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

49 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

83610. Классификация характеристик помещений 31.22 KB
  Применение или хранение на производстве взрывающихся и воспламеняющихся при определенных условиях веществ определяет их категорию по взрыво и пожароопасности. Всего предусмотрено пять категорий пожароопасности: А Б В Г Д. Категории пожароопасности Категории А и Б по взрыво пожароопасности присваиваются производствам на которых возможна нештатная ситуация воспламенения и при этом существует угроза взрыва с избыточным давлением более 5 кПа. Категория пожароопасности А На взрывоопасных производствах категории А в качестве причины...
83611. Определение расчетных нагрузок для жилого городского района напряжением до 1 кВ 39.53 KB
  Расчетная электрическая нагрузка квартир Pкв кВт приведенная к вводу жилого дома определяется по формуле Pкв = Pкв.1 кВт квартира; n количество квартир. Расчетная нагрузка силовых электроприемников Pс кВт приведенная к вводу жилого дома определяется по формуле Pс = Pр.л кВт определяется по формуле где kc коэффициент спроса по табл.
83612. Категории электроприёмников, надёжность электроснабжения 30.34 KB
  В отношении обеспечения надежности электроснабжения потребителей разделяют на следующие три категории:Потребители I категории электроприемники перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования массовый брак продукции расстройство сложного технологического процесса нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.Из состава электроприемников I категории выделяют особую группу...
83613. Определение расчетных нагрузок для сельской местности напряжением до 1 кВ 50.72 KB
  В результате протяженность сетей на единицу мощности потребителя во много раз превышает эту величину в других отраслях народного хозяйства а стоимость электроснабжения в сельском хозяйстве составляет до 6575 от общей стоимости электрификации включая затраты на приобретение рабочих машин. Определяются суммарные мощности: 5. Определяют расчётную нагрузку осветительных приёмников цеха определяется по установленной мощности и коэффициенту спроса кВт РРО 5. Определяют отдельно дневную и вечернюю полные мощности: 6.
83614. Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей 41.03 KB
  Условиями выбора разъединителей являются где номинальное напряжение сети кВ; номинальное напряжение электрического аппарата или токоведущих частей кВ; максимально возможный ток в месте установки разъединителей в рабочем режиме кА; номинальный ток электрического аппарата или токоведущих частей кА. Условия проверки электродинамической стойкости разъединителей: по способности выдерживать ударный ток Условия проверки термической стойкости разъединителей Короткозамыкатели и отделители это специальные разъединители имеющие...
83615. Выбор трансформаторов тока 38.4 KB
  В режиме короткого замыкания необходимо проверить трансформатор тока на динамическую и термическую стойкость. Условия выбора трансформатора тока: номинальное напряжение: номинальный первичный ток: по вторичной нагрузке: Проверка трансформатора тока по динамической стойкости: где кратность тока динамической стойкости. Проверка трансформатора тока по термической стойкости: где кратность тока термической стойкости.
83616. Выбор силовых трансформаторов на напряжение выше 1 кВ 44.49 KB
  Нормальный режим работы – раздельная работа трансформаторов это предусматривается в целях уменьшения токов короткого замыкания и позволяет применить более легкую и дешевую аппаратуру на стороне низшего напряжения трансформаторов. Номинальная мощность цеховых SНТ выбирается по расчетной мощности исходя из условия экономичной работы трансформаторов 6080 в нормальном режиме и допустимой перегрузки на 3040 от SНТ в послеаварийном режиме. После выбора мощности трансформаторов определим их количество: где Кз это...
83617. Типы проводников, применяемые в основных электрических цепях 29.51 KB
  Все соединения внутри закрытого РУ 610 кВ включая сборные шины выполняются жесткими голыми алюминиевыми шинами прямоугольного или коробчатого сечения. Токоведущие части в РУ 35 кВ и выше обычно выполняются сталеалюминиевыми проводами АС. В некоторых конструкциях ОРУ часть или вся ошиновка может выполняться алюминиевыми трубами. От стены ГРУ до выводов установленного вблизи ГРУ соединение выполняется жесткими алюминиевыми шинами.
83618. Выбор кабелей, марки кабелей 43.25 KB
  Если условия применения проводов и кабелей отличаются от приведённых то длительно допустимые токовые нагрузки пересчитывают по формуле: I\'доп=Iдоп K1K2 где Iдоп – длительно допустимый ток одиночного кабеля провода; K1 – коэффициент учитывающий количество кабелей; К2 – коэффициент допустимой перегрузки кабельной линии. Для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией несущих нагрузки меньше номинальных для таких кабелей допускается перегрузки в течение 5 суток в пределах указанных в таблицах справочника. Для кабелей с...