Лекция 2

Мультипрограммирование

Мультипрограммирование предназначено для повышения эффективности использования ЭВМ. Наиболее общими показателями эффективности являются:

1) Пропускная способность - количество задач, выполняемых системой в единицу времени

2) Удобство работы пользователей, обеспечивающее одновременную работу в интерактивном режиме с несколькими приложениями на одном компьютере

3) Реактивность системы - способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результатов

В зависимости от выбора одного из этих показателей ОС подразделяют на :

- системы пакетной обработки

- системы разделения времени

- системы реального времени

Системы пакетной обработки-

предназначены для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результата. Максимальна пропускная способность компьютера достигается минимизацией простоев всех его устройств и прежде всего центрального процессора

Для достижения этой цели, пакет заданий формируется так, чтобы мультипрограммная смесь равномерно загружала все устройства машины. Обычно чередуют задачи вычислительного характера и задачи с интенсивным вводом-выводом.

Параллелизм ввода-вывода вычислений в рамках одной задачи невозможен. В благоприятных случаях общее время выполнения смеси задач меньше, чем суммарное время их последовательного выполнения. При этом время выполнения отдельной задачи может быть больше, чем при монопольном ее выполнении.

Системы разделения времени-

обеспечивают возможность интерактивной работы сразу с несколькими программами.

Проблема решается за счёт того, что ОС принудительно периодически приостанавливает приложение, не дожидаясь пока они добровольно освободят процессор. Всем приложениям попеременно выделяются кванты времени процессора, что обеспечивает поддержку диалога пользователя и приложения. Если время кванта достаточно мало (примерно 0,02 секунды), у всех пользователей складывается впечатление единоличной работы на машину.

Системы реального времени-

предназначены для управления техническими объектами, технологическими процессами, системами обслуживания и тд. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа управления объектами. Критерием эффективности таких ОС является способность выдерживать заранее заданные интервалы времени решения задач (не более, чем). Это время называют временем реакции системы, а само свойство - реактивностью.

Ввиду того, что системы данного типа обычно применяются в жизненно важных для человека областях деятельности, в них должен закладываться запас вычислительной мощности на случай пиковой нагрузки (примерно30%); для обеспечения высокой надежности работы применяется резервирование, дублирование, третирование и тд элементов. Резервирование - копия одной и той же инфы в разных источниках.

Мультипроцессорная обработка -

способ организации вычислительного процесса в системе с несколькими процессорами, при котором несколько задач могут одновременно выполняться на разных процессорах системы. Система может обрабатывать каждую задачу на отдельном процессоре одновременно (простой вариант) или решение одной задачи одновременно на нескольких процессорах (сложный вариант)

(по архитектуре и способу организации вычислительного процесса) Мультипроцессорные системы делят на:

- симметричные

- асимметричные

Симметричная архитектура предполагает однотипность и единообразие включения процессоров в единую память, что снижает масштабируемость ( возможность наращивания числа процессоров), тк они используют одну и ту же память и должны располагаться в одном корпусе ( масштабирование по вертикали).ОС такой системы полностью децентрализована, ее модули выполняются на любом доступном процессоре, поэтому все процессоры равноправно участвуют в управлении вычислительным процессом. Система способна работать со специальным повторно вводимыми рентабельными программами ОС, допускающими перезагрузку во время работы.

Общий принцип работы такой системы может заключаться как в идее один процесс - один процессор, так и в случае, если программист владеет навыками параллельного программирования потоков, обработки одного процесса нескольким процессорами.

Достоинства:

- высокая скорость обработки данных из-за единого пространства оперативной памяти

- простота ремонта, тк все процессоры идентичны

Недостатки:

- ограничение по наращиванию количества процессоров при неизменном объеме памяти

Отдельно следует отметить высокую надежность работы ОС, свзянную с ее децентрализацией (однако сама система при этом значительно усложняется)

Асимметричные системы строятся на основе процессоров различных как по типу и характеристикам, так и по функционалу решаемых задач. Система имеет явно выраженную неоднородность, которая ведет к структурным отличиям во фрагментах системы, содержащих разные процессоры и схемы их подключения, различные наборы периферийных устройств, различные способы взаимодействия с ресурсами и другое. В этих системах снимает требование единого корпуса. Система может состоять из нескольких устройств, содержащих один или более процессоров. Такие системы получили наименование класторных,а масштабирование в ней осуществляется по горизонтали.

ОС строго централизована и работает по принципу "ведущий - ведомый". ОС загружена на один процессор (ведущий), который организует централизованное управление подчиненными процессорами (ведомыми).

Есть один существенный недостаток: если летит главный процессор, на который загружена ОС, то летит все остальное.