17. Основные характеристики многопрограммных ос

Мультипрограммирование, или многозадачность (multitasking), — это способ организации вычислительных процессов, при котором на одном процессоре попеременно выполняются сразу несколько программ. Эти программы совместно используют не только процессор, но и другие ресурсы компьютера: оперативную и внешнюю память, устройства ввода-вывода, данные. Мультипрограммирование призвано повысить эффективность использования вычислительной системы.

Многопрограммные ОС, как и однопрограммные, включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем. В отличие от однопрограммных, многопрограммные ОС управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства. Из них наиболее важным является процессорное время.

Многопрограммные операционные системы для персональных компьютеров относятся к классу систем разделения времени. Существует 2 основных вида многопрограммных ОС:

1. ОС с невытесняющей многозадачностью:

Программа, выполняющаяся в данный момент, будет выполняться, пока не отдаст процессор в распоряжение ОС.

Примеры: Windows 3.x (3.1, 3.11), NetWare.

Невытесняющая многозадачность представляет угрозу работоспособности ОС – выполняемая в данный момент программа из-за ошибки в программе или умышленно может долгое время не возвращать управление ОС, тем самым не давая выполняться другим программам. Поэтому в настоящее время невытесняющая многозадачность не применяется.

2. ОС с вытесняющей многозадачностью:

Программа выполняется до того момента, пока ОС не переключит выполнение на другую задачу. Время переключения определяется операционной системой и не подвластно процессу (иногда программа может отказаться от выделенного ей процессорного времени, но в любом случае не может получить больше выделенного операционной системой).

Примеры: Windows NT, 95 и выше (98, Me, 2000, XP и т.д.), OS/2, Unix.

В основе многих вытесняющих алгоритмов планирования лежит приоритетное обслуживание. На уровне ОС поддерживается система приоритетов процессов и потоков, определяющих, какую долю процессорного времени они будут получать.

Отдельно стоит выделить мультипроцессорные ОС. Мультипроцессирование – способ организации вычислительных процессов, при котором несколько процессов могут выполняться одновременно на разных процессорах. Все современные ОС поддерживают мультипроцессорную обработку.

Другие (специфические) классы мультипрограммных ОС:

Системы пакетной обработки – предназначены для минимизации простоев и максимально эффективного использования времени аппаратуры, в первую очередь, процессора. Пакет заданий формируется таким образом, чтобы во время ожидания одним заданием ввода-вывода могло выполняться другое задание. Недостатками является невозможность интерактивной работы; отсутствие гарантии, что определённое задание будет выполнено в заданный промежуток времени; сложность выбора оптимальной плана выполнения заданий.

Системы реального времени – предназначены для выполнения процессов, критических по времени. На время выполнения программ накладываются жёсткие ограничения, и ОС выделяет процессорное время в первую очередь таким критическим по времени процессам.