Режим разделения времени и особенности ос с режимом разделения времени

Когда в составе компьютерных систем появились терминалы (вначале телетайпы, затем дисплеи), возникла необходимость реализации в ОС режима разделения времени (time sharing) – возможности одновременной работы пользователей со своими заданиями с терминалов, ввода заданий в систему, их запуска (при наличии свободного процессора), управления заданиями с терминала, их приостановки, отладки, визуализации на терминале их результатов. Рассмотрим особенности ОС с режимом разделения времени.

Хранение заданий в памяти или на диске. Ресурсы процессора в ОС с разделением времени распределены между несколькими заданиями, находящимися в памяти или на диске. Задание загружается в память (при наличии свободной памяти), если оно является пакетным и выбрано операционной системой для выполнения, либо если оно активируется пользователем с терминала. Процессор выделяется только тем заданиям, которые находятся в памяти.

Откачка и подкачка (swapping) - загрузка заданий с диска в память и их выгрузка из памяти на диск. В системе с разделением времени возможна ситуация, когда какое-либо задание, управляемое с терминала, неактивно (например, выполняет ввод-вывод, либо система ожидает ответа от пользователя, у которого в данный момент перерыв в работе). В этом случае ОС может принять решение о временной выгрузке (swap out) образа памяти задания из оперативной памяти на диск, с целью освобождения памяти для других заданий. При повторной активизации задания оно (при возможности) вновь загружается в память (swapped in). Подобная стратегия называется откачкой и подкачкой.

Поддержка диалогового взаимодействия между пользователем и системой. Когда ОС завершает исполнение пользовательской команды, она выполняет поиск следующего управляющего оператора (control statement), введенного с пользовательской клавиатуры.

Предоставление диалогового доступа к данным и коду пользовательской программы. В ОС с разделением времени обеспечивается возможность для пользователя ввода, запуска, редактирования, отладки своей программы с терминала, управления своим заданием (приостановки, с последующим возобновлением), просмотра его промежуточных результатов, состояния памяти и регистров, просмотра окончательных результатов на терминале при завершении задания.

Следует учитывать, что в ОС с разделением времени обрабатываются как пакетные, так и интерактивные (диалоговые) задания, поэтому система должна обеспечивать их диспетчеризацию – переключение в нужный момент с диалогового задания на пакетное, либо с одного диалогового (пакетного) задания на другое.

Режим разделения времени, наряду с пакетным режимом, был основным в операционных системах 1960-х – 1970х- гг.

Ключевые термины

FIFO (First-In-First-Out) – режим обслуживания некоторой очереди (например, очереди введенных заданий) в порядке их поступления.

UNIX - первая мобильная ОС для миникомпьютеров, разработанная в 1970 г. Б. Керниганом и Д. Ритчи на новом языке программирования Си.

Буферизация вывода (spooling) – хранение для каждого задания буфера его вывода (в виде области памяти или файла), накопление в буфере выводимой заданием информации и ее вывод полностью на устройство (принтер) при завершении задания.

ДИСПАК – отечественная операционная система для ЭВМ БЭСМ-6.

Диспетчер (dispatcher) – ранняя упрощенная версия операционной системы , -системная программа, управляющая прохождением пакета вводимых заданий.

Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ) – семейство отечественных mainframe-компьютеров 1970-х – 1980-х годов, разработанных путем копирования американских компьютеров серии IBM 360.

Задание (job) – пользовательская программа, введенная в систему с внешнего носителя или с терминала.

Мобильная (переносимая) ОС – операционная система, использовуемая на нескольких семействах компьютеров путем переноса ее кода (возможно, с небольшими изменениями).

Монитор – упрощенный вариант операционной системы; программа, осуществляющая поочередную обработку пользовательских заданий, с последовательной передачей управления от задания к заданию, по мере их завершения.

Мультипрограммирование (multi-programming) – одновременная обработка операционной системой нескольких пользовательских заданий.

Однозадачная операционная система – ОС, обрабатывающая, выполняющая и хранящая в оперативной памяти в каждый момент времени только одно пользовательское задание (программу).

Откачка и подкачка заданий (swapping) – загрузка задания с диска в оперативную память при его активизации и его выгрузка из памяти на диск при неактивности задания; выполняется в режиме разделения времени.

Пакетная обработка (batch mode) – обработка пакета заданий, введенных пользователями, с учетом их приоритетов и требуемых ими ресурсов.

Планирование загрузки процессора (CPU scheduling) – реализация в ОС алгоритмов выбора очередного задания их набора загруженных в память заданий и выделения кванта времени центрального процессора очередному выбранному заданию.

Разделение времени (time sharing) – поддержка операционной системой одновременной работы в системе нескольких пользователей с терминалов, управление прохождением своих заданий, выполнение их ввода, редактирования, компиляции, выполнения, отладки, визуализации результатов.

Распределения памяти для пользовательских заданий – выделение памяти операционной системой для загружаемого пользовательского задания и ее освобождение после завершения каждого задания.

Резидентная программа - программа, постоянно находящаяся в оперативной памяти по фиксированным адресам.

Система мини-ЭВМ (СМ ЭВМ) - семейство отечественных миникомпьютеров 1970-х – 1980-х годов, разработанных путем копирования американских компьютеров серии PDP 10 – PDP 11.

Тег – числовой код типа данных, хранящихся в рассматриваемом слове памяти, по которому аппаратура контролирует правильность выполнения операции над данными.

Управление процессами – параллельное (или поочередное - на однопроцессорном компьютере) выполнение пользовательских процессов; возможность явного запуска параллельных процессов, управления ими и их синхронизации.

Фрагментация памяти - дробление свободной памяти на мелкие несмежные участки, вследствие неточного совпадения размеров свободных и требуемых при запросах кОС участков памяти.

"Эльбрус" - семейство отечественных многопроцессорных суперкомпьютеров (Эльбрус-1, Эльбрус-2) 1970-х – 1980-х годов, архитектура которого основана на использовании тегов, принципах динамизма и аппаратной поддержке механизмов реализации языков высокого уровня; в операционной системе впервые был реализован аналог многопоточных вычислений (multi-threading), а также были поддержаны виртуальная память, пакетный режим, режим разделения времени, динамическое выделение памяти по запросу, динамическая линковка и загрузка выполняемых программ при первом вызове.