Формы мультипрограммной работы
Мультипрограммирование призвано повысить эффективность использования вычислительной системы. Наиболее характерными показателями эффективности систем являются:
пропускная способность – количество задач, выполняемых системой в единицу времени;
удобство работы пользователей, заключающихся, в частности, в том, что они могут одновременно работать в интерактивном режиме с несколькими приложениями на одной машине;
реактивность системы – способность выдерживать заранее заданные (возможно, очень короткие) интервалы времени между запуском программы и получением конечного результата.
В зависимости от выбора одного из этих показателей различают следующие виды многопрограммной работы: классическое мультипрограммирование, режим разделения времени, режим реального времени.
Р
ежим
классического мультипрограммирования,
или пакетной обработки,
имеет целью обеспечить минимальное
время обработки пакета заданий и
максимально загрузить процессор. Пакет
заданий упорядочивается в соответствии
с приоритетами заданий, и обслуживание
программ ведется в порядке очередности.
Если при обслуживании наиболее
приоритетной программы создается
ситуация, что вычисления не могут быть
продолжены (например, требуется ввести
дополнительные данные), то прерывание
обслуживания сопровождается передачей
управления следующей по приоритетности
программе. Но как только условия,
препятствующие продолжению наиболее
приоритетной задачи, отпадут, процессор
вновь возвращается к продолжению решения
ранее прерванной программы. Этот случай
иллюстрируется на рисунке при выполнении
задания В.
Это позволяет до минимума сократить
непроизводительные простои процессора.
Р
ежим
разделения времени -
отдельные наиболее приоритетные
программы пользователей выделяются в
одну или несколько групп. Для каждой
такой группы устанавливается круговое
циклическое обслуживание, при котором
каждая программа группы периодически
получает для обслуживания достаточно
короткий интервал времени - время
кванта-т.
После завершения очередного цикла процесс выделения квантов повторяется. Условием прерывания текущей программы является либо истечение выделенного кванта времени, либо естественное завершение (окончание) решения, либо прерывание по вводу-выводу, как при классическом мультипрограммировании.
Режим реального времени имеет специфические особенности:
• поток заявок от абонентов носит, как правило, случайный, непредсказуемый характер;
•
потери поступающих на вход ЭВМ заявок
и данных к ним не допускаются, поскольку
их не всегда можно восстановить;
• время реакции ЭВМ на внешние воздействия, а также время выдачи результатов i-й задачи должны удовлетворять tP<= tРДОП, где tP - время решения задачи; tРДОП - допустимое время решения.
На рисунке показана зависимость стоимости решения задачи от времени tP. При нарушении неравенства стоимость решения резко падает до нуля; в отдельных системах она может стать и отрицательной, что показано штриховой линией.
Интересная форма мультипрограммной работы связана с мультипроцессорной обработкой. Мультипроцессорная обработка – это способ организации вычислительного процесса в системе с несколькими процессорами, при котором несколько задач (процессов, потоков) могут одновременно выполняться на разных процессорах системы. Современные ОС, как правило, поддерживают мультипроцессирование (Sun Solaris 2.x, Santa Cruz Operation Open Server 3.x, OS/2, Windows NT/2000/2003/XP, NetWare).
Мультипроцессорные системы часто характеризуют как симметричные и как несимметричные. Симметричная архитектура мультипроцессорной системы предполагает однотипность и единообразие включения процессоров и большую разделяемую между этими процессорами память. В вычислительных системах с асимметричной архитектурой процессоры могут быть различными как по характеристикам (производительность, система команд), так и по функциональной роли в работе системы.