9. Виртуальные машины

Термин «виртуальный» в буквальном переводе означает «кажу­щийся». Говоря о виртуальных машинах, обычно имеют в виду такой способ организации вычислений, когда каждому из множества поль­зователей, работающих на одной ЭВМ, кажется, что он работает на этой машине один, и все ресурсы машины полностью находятся в его распоряжении.

В частности, каждый пользователь имеет возможность запу­стить собственную ОС и работать с ней, не мешая другим пользо­вателям.

Такая организация вычислений возможна с применением специ­ального системного ПО, получившего название Менеджер виртуаль­ных машин (МВМ). В типичной системе виртуальных машин МВМ становится самым низким уровнем иерархии ПО, выполняющимся непосредственно на аппаратуре ЭВМ (рис. 9.1). Все остальные про­граммы, в том числе все ОС, загружаются под его управлением и занимают более высокие уровни иерархии. Для обеспечения возмож­ности поочерёдной работы всех загруженных ОС МВМ реализует режим разделения времени.

П оскольку загруженные ОС «считают», что они выполняются непосредственно на аппаратуре ЭВМ, необходима аппаратная под­держка перехвата привилегированных команд, выполняемых ядрами этих ОС. Перехваченные команды обрабатываются МВМ в режиме эмуляции их выполнения, после чего управление возвращается ОС.

МВМ должен также разделять все ресурсы ЭВМ между загру­женными ОС, эмулируя при необходимости недостающие.

10. Цели и задачи мультипрограммирования.

Мультипрограммирование или многозадачность — это способ ор­ганизации вычислительного процесса, 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, и т. п.

Мультипрограммирование призвано повысить эффективность использования вычислительной системы. Идея мультипрограммного режима работы заключается в том, что пока одна программа ожи­дает завершения очередной операции ввода-вывода или наступления какого-либо события, другая программа может быть поставлена на решение. Это позволяет более полно использовать имеющиеся ресур­сы и уменьшить общее время, необходимое для решения некоторого множества задач.

Наиболее характерными целями мультипрограммирования явля­ются:

• увеличение пропускной способности — количества задач, вы­полняемых вычислительной системой в единицу времени;

• удобство работы пользователей, заключающееся, в частности, в том что они имеют возможность интерактивно работать одновре­менно с несколькими приложениями на одной машине;

• улучшение реактивности системы — способности системы вы­держать заранее заданные интервалы времени между запуском про­граммы и получением результата.

Важно понимать, что описанные цели могут быть достигнуты лишь «в среднем». Отдельно взятая задача при мультипрограмм­ном режиме работы никогда не сможет выполниться быстрее, чем в однозадачном режиме. А во многих случаях время выполнения отдельной задачи может даже увеличиться. Но в общем смесь за­дач выполняется с большей эффективностью, чем при однозадачном способе организации вычислений.

При организации мультипрограммного режима работы системы необходимо уделять внимание разделению ресурсов системы между параллельно работающими процессами и особое внимание вопросам защиты программ друг от друга и ОС от программ пользователей. Если такую защиту организовать невозможно, то система не может считаться надёжной.