24550

Что такое мультипрограммирование (многозадачность). Реализация мультипрограммирования в системах пакетной обработки, разделения времени, реального времени

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Что такое мультипрограммирование многозадачность Реализация мультипрограммирования в системах пакетной обработки разделения времени реального времени. При реализации мультизадачности существуют разные критерии эффективности: пропускная способность количество задач выполняемых ВС в единицу времени; удобство работы пользователей заключающееся в их возможности работать в интерактивном режиме сразу с несколькими приложениями; реактивность системы способность системы выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском...

Русский

2013-08-09

54.02 KB

54 чел.

Вопрос 13. Что такое мультипрограммирование (многозадачность)? Реализация мультипрограммирования в системах пакетной обработки, разделения времени, реального времени.

§4.1.1 Мультипрограммирование.

Мультипрограммирование или многозадачность (multitasking) – это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются сразу несколько процессов (задач).

В первых ВС любая программа могла выполняться только после завершения предыдущей. Центральный процессор при этом выполнял программу и осуществлял управление операциями ввода/вывода. Поэтому пока выполнялся обмен данными с внешним устройством, процессор простаивал, дожидаясь завершения операции ввода/вывода. Машинное время в то время стоило очень дорого, поэтому было предложено организовать так называемый мультизадачный режим работы ВС. Суть заключалась в том, что пока один процесс ожидает завершения операции ввода/вывода, другая программа может быть поставлена на выполнение.

Мультипрограммирование позволяет повысить эффективность использования ресурсов ВС. При реализации мультизадачности существуют разные критерии эффективности:

- пропускная способность – количество задач, выполняемых ВС в единицу времени;

- удобство работы пользователей, заключающееся в их возможности работать в интерактивном режиме сразу с несколькими приложениями;

- реактивность системы – способность системы выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском процесса и получением результата.

В зависимости от выбранного критерия эффективности ОС делятся на системы пакетной обработки, системы разделения времени и системы реального времени. Некоторые операционные системы могут поддерживать одновременно несколько режимов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть – в режиме реального времени или в режиме разделения времени.

§4.1.2.Мультипрограммирование в системах пакетной обработки.

Системы пакетной обработки были разработаны в середине 1950-х годов и предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени, что было следствием высокой стоимости машинного времени.

Для достижения данной цели в системах пакетной обработки вначале формируется пакет заданий, предъявляющих различные требования к системным ресурсам. Далее из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения задачи выбираются так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины. Например, в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом.

При выполнении пакета заданий пока одна задача ожидает какого-либо события (завершения ввода-вывода, разблокирования файла, загрузки с диска недостающей страницы программы и т.п.), процессор не простаивает, как это происходит при последовательном выполнении программ, а выполняет другую задачу (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Диаграммы выполнения процессов А и В

в однозадачном режиме (а) и многозадачном режиме (б)

Общее время выполнения смеси задач оказывается меньше, чем их суммарное время последовательного выполнения. Однако выполнение отдельной задачи в мультипрограммном режиме может занять больше времени, чем при монопольном выделении процессора этой задаче. Действительно, при совместном использовании процессора в системе могут возникать ситуации, когда задача готова выполняться, но процессор занят выполнением другой задачи.

В системах пакетной обработки переключение процессора с одной задачи на другую происходит по инициативе самой активной задачи. Поэтому существует высокая вероятность того, что одна задача может надолго занять процессор. Кроме того, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается "выгодное" задание. Следовательно, в ВС под управлением пакетных ОС невозможно гарантировать выполнение заданий в течение определенного периода времени.

§4.1.3.Мультипрограммирование в системах разделения времени.

Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя от процесса выполнения его задач. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.

Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно малым, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.

Системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая "выгодна" системе. Кроме того, имеются дополнительные расходы вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу.

Мультипрограммирование в системах реального времени.

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами (станок, спутник, научная экспериментальная установка) или технологическими процессами (гальваническая линия, доменный процесс и т.п.).

Критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы – реактивностью.

В системах реального времени мультипрограммная смесь представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется по прерываниям (исходя из текущего состояния объекта) или в соответствии с расписанием плановых работ.

Способность аппаратуры компьютера и ОС к быстрому ответу зависит в основном от скорости переключения с одной задачи на другую и, в частности, от скорости обработки сигналов прерывания. Если процессор должен опросить сотни потенциальных источников прерывания, то реакция системы будет слишком медленной. Время обработки прерывания в системах реального времени часто определяет требования к классу процессора даже при небольшой его загрузке.

При проектировании ОС реального времени не стремятся максимально «загружать» все устройства ВС, а наоборот предусматривают некоторый запас мощности на случай пиковой загрузки, например, срабатывания множества датчиков в критической или аварийной ситуации.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80789. Дисциплинарная и материальная ответственность за экологические правонарушения 31.43 KB
  Материальная ответственность заключается в обязанности работника возместить в установленном порядке и в определенных размерах имущественный ущерб причиненный по его вине предприятию организации в результате ненадлежащего исполнения им своих трудовых обязанностей. Для привлечения работника к материальной ответственности необходимы следующие условия ее наступления: 1 причинение работником прямого действительного ущерба. Неполученные доходы улучшенная выгода взысканию с работника не подлежат ст.
80790. Административная ответственность за экологические правонарушения 35.2 KB
  Понятие и виды экологического вреда. Принципы и порядок возмещения экологического вреда Вред причиняемый нарушением правовых экологических требований называется в доктрине экологического права экологическим или экогенным вредом. Новым для российского экологического права элементом экологического вреда является моральный вред. Так как природа удовлетворяет эстетические духовные потребности человека уничтожение к примеру зеленых насаждений в городах также может рассматриваться как фактор причинения морального вреда и соответственно должно...
80791. Правовая охрана земель 36.31 KB
  Охрана земель осуществляется на основе комплексного подхода к земельным угодьям как к сложным природным образованиям и ставит следующие цели: предотвратить деградацию и разрушение земель другие неблагоприятные последствия хозяйственной деятельности путем стимулирования природоохранных технологий производства; обеспечить улучшение и восстановление земель подвергшихся деградации или нарушению; создать механизм учета и проверки экологического состояния земель ст. 100 Земельного кодекса РСФСР. Законодательством предусматривается...
80792. Правовая охрана недр 49.69 KB
  правовые меры охраны водных объектов Статья 55. Основные требования к охране водных объектов 1. Собственники водных объектов осуществляют мероприятия по охране водных объектов предотвращению их загрязнения засорения и истощения вод а также меры по ликвидации последствий указанных явлений. Охрана водных объектов находящихся в федеральной собственности собственности субъектов Российской Федерации собственности муниципальных образований осуществляется исполнительными органами государственной власти или органами местного самоуправления в...
80793. Правовые меры охраны морской воды 36.9 KB
  Конкретизированы экологически значимые виды деятельности которые могут ими осуществляться проведение исследований разведка и разработка добыча водных биологических ресурсов и других природных ресурсов внутренних морских вод и территориального моря а также другая деятельность в том числе с борта летательного аппарата. Экономические отношения по эксплуатации природных ресурсов внутренних морских вод и территориального моря строятся на основе принципов: платности пользования; ответственности за нарушения условий хозяйственной...
80794. Правовое регулирование охоты и рыболовства 34.38 KB
  Законодательство о рыболовстве и сохранении водных биоресурсов основывается на следующих принципах: 1 учет значения водных биоресурсов как основы жизни и деятельности человека согласно которому регулирование отношений в области рыболовства и сохранения водных биоресурсов осуществляется исходя из представлений о них как о природном объекте охраняемом в качестве важнейшей составной части природы природном ресурсе используемом человеком для потребления в качестве основы осуществления хозяйственной и иной деятельности и одновременно как об...
80795. Правовая охрана атмосферного воздуха 34.01 KB
  Это Федеральный закон Об охране атмосферного воздуха акты федерального уровня о санитарноэпидемиологическом благополучии населения об отходах и т. Российское законодательство об охране атмосферного воздуха базируется на принципах приоритета охраны жизни и здоровья человека обеспечения благоприятных условий для жизни труда и отдыха недопущения необратимых последствий загрязнения атмосферного воздуха для окружающей среды обязательности государственного регулирования выбросов загрязняющих веществ и вредных физических воздействий на...
80796. Правовая охрана памятников природы, редких и находящихся под угрозой исчезновения растений и животных 32.41 KB
  Природные объекты и комплексы объявляются памятниками природы федерального значения а территории занятые ими особо охраняемыми природными территориями федерального значения Правительством Российской Федерации по представлению федеральных органов исполнительной власти в области охраны окружающей среды. Природные объекты и комплексы объявляются памятниками природы регионального значения а территории занятые ими особо охраняемыми природными территориями регионального значения соответствующими органами государственной власти субъектов...
80797. Правовой режим государственных природных заповедников 30.95 KB
  Исторически заповедники первая форма особо охраняемых природных территорий. 8 Федерального закона Об особо охраняемых природных территориях принимает Правительство РФ по представлению специально уполномоченного на то государственного органа Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды. Природные комплексы и объекты земля воды недра растительный и животный мир на территории государственных природных заповедников полностью изымаются из хозяйственного использования ст.