Мультипрограммирование. Реализация в системах пакетной обработки
Важнейшая функция ОС – организация рационального использования всех её аппаратных информационных ресурсов.
Мультипрограммирование или многозадачность (multitasking) – это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются сразу несколько программ.
Мультипрограммирование призвано повысить эффективность использования вычислительной системы, но эффективность может пониматься по-разному.
Критерии эффективности вычислительных систем:
- пропускная способность – количество задач, выполняемых вычислительной системой в единицу времени;
- удобство работы пользователей;
- реактивность системы – способность системы выдерживать заранее заданные (возможно, очень короткие) интервалы времени между запуском программы и получением результата.
В зависимости от выбранного критерия все мультипрограммные ОС на 3 класса:
ОС пакетной обработки
ОС разделения времени
ОС реального времени
Мультипрограммирования в системах пакетной обработки.
В этом случае главное целью является минимизация простоя всех устройств компьютера и прежде всего процессора
Системы пакетной обработки предназначены для решения задач в основном вычислительного характера
Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, т.е. решение максимального числа задач в единицу времени
В системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования:
в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам;
из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, т.е. множество одновременно выполняемых задач.
При формировании ОС мультипрограммной смеси выбираются задачи и единицы работы программ, которые предъявляются разные требования к ресурсам. В этом случае обеспечивается возможность параллельная работа ресурсов, а, следовательно, уменьшается время простоя.
Совмещение по времени работы программ может быть достигнуто разными способами в зависимости от типа вычислительной системы.
Рис. 1. Параллельное выполнение вычислений и операций
Ввода-вывода
Рис. 1а – показан 1й способ, характерен для высокопроизводительный ВС (майнфрейм).
Рис. 1б – поясняется другой способ совмещения по времени операций, характерный для обычных ВС с контролерами ввода-вывода.
В этом случае, максимальный эффект ускорения достигается при наиболее полном перекрытии вычислений и ввода-вывода.
В случае, когда процессор выполняет только одну задачу, степень ускорения зависит от природы данной задачи и от того, насколько тщательно был выявлен возможный параллелизм при её программировании:
В задачах, в которых преобладают либо вычисления, либо ввод-вывод, ускорение почти отсутствует.
Параллелизм невозможен также, когда для продолжения вычислений необходимо завершение операции ввода-вывода.
Если же в системе выполняются одновременно несколько задач, появляется возможность совмещения вычислений одной задачи с вводом-выводом другой.
Рис.2.
Рис. 2. Время выполнения двух задач: в однопрограммной системе (а),