2.2Пакетный режим

Таким образом, режиму непосредственного доступа пользователя пришел на смену режим косвенного доступа управляющей программы, осуществляющей автоматический переход от задачи к задаче в рамках заранее сформированного пакета заданий пользователей и контроль за их исполнением. Общая структура пакета представлена на рис.3.

…

…

...

Задание 1

Задание N

Рис. 3. Общая структура пакета заданий

Каждое задание, входящее в состав пакета, разбивается на шаги (пункты). В шаге задания специфицируется некоторая задача, то есть идентифицируется программа, реализующая шаг задания, и ресурсы, необходимые для ее выполнения (аппаратные и информационные). Таким образом, шаг задания связан либо с запуском одной системной программы (например, компилятора), либо подготовленной к выполнению программы пользователя. Задания ракета сначала накапливаются в буферной области во внешней памяти, называемой областью ввода, а затем ОС начинает реализацию пакета в однопрограммном либо многопрограммном режиме.

2.2.1Однопрограммный (последовательный) режим выполнения пакета

В режиме последовательной обработки в каждый момент времени ОС обслуживает запрос на обработку только одной программы пакета (например, процесс компиляции или счета), остальные находятся в состоянии ожидания во внешней памяти.

На период выполнения ни одна пользовательская программа не может быть прервана для перехода к реализации другой пользовательской программы; этот переход осуществляется только по окончании выполнения (нормальном или аварийном) текущей программы.

2.2.2Многопрограммный режим. Классическое мультипрограммирование

Назовем истинным совмещением действия системы по использованию нескольких устройств обработки информации, работающих в одно и то же время.

Заметим, что в однопроцессорных СОИ с магистральной архитектурой истинное совмещение наступает в течение интервала времени, когда для одной из нескольких одновременно загруженных в оперативную память программ ЦП выполняет последовательность машинных команд, а для каждой из остальных программ реализуется операция обмена с соответствующим УВВ, причем для каждого устройства данные перемещаются между его контроллером и носителем (см. 6.2).

Говорят, что СОИ работает в мультипрограммном (многопрограммном ) режиме, если несколько программ пользователей одновременно находятся в системе и выполнение одной их них может быть прервано для перехода к реализации другой с последующим возвратом в прерванную программу.

Этот режим характеризуется тем, что правила перехода от программы к программе устанавливаются из соображений достижения максимальной производительности работы СОИ путем возможно более широкого использования истинных совмещений. Основная идея здесь - стремление избежать простоя наиболее дорогостоящих элементов ЭВМ (в особенности, ЦП). В мультипрограммном режиме, как только одна программа приостанавливает свою работу (например, в ожидании выполнения операции ввода-вывода), ОС передает управление другой программе, не давая простаивать ЦП.

В мультипрограммном режиме ОС осуществляет предварительное планирование очередности запуска программ пакета на реализацию, оценивая требования программ на ресурсы и наличие свободных ресурсов с целью максимальной загрузки устройств ввода-вывода. Очевидно, что максимальной производительности можно достичь в случае, когда параллельно выполняется несколько программ, работающих каждая со своим устройством ввода-вывода, а одна программа использует ЦП, причем такое соотношение поддерживается в течение всей реализации пакета.

Очевидно, что ОС отслеживает и разрешает конфликты, возникающие при обращении нескольких процессов к одному и тому же устройству ввода-вывода или к одним и тем же данным.

Задача организации эффективного совместного использования ресурсов несколькими процессами является весьма сложной, и сложность эта порождается в основном случайным характером возникновения запросов на потребление ресурсов. В мультипрограммной системе образуются очереди заявок от одновременно выполняемых программ к разделяемым ресурсам компьютера: процессору, к принтеру, к диску. Операционная система организует обслуживание этих очередей по разным алгоритмам: в порядке поступления, на основе приоритетов, кругового обслуживания и т.д. Анализ и определение оптимальных дисциплин обслуживания заявок является предметом специальной области прикладной математики — теории массового обслуживания. Эта теория иногда используется для оценки эффективности тех или иных алгоритмов управления очередями в операционных системах. Очень часто в ОС реализуются и эмпирические алгоритмы обслуживания очередей, прошедшие проверку практикой.

Эффективность пакетной обработки оценивается по максимальному количеству задач, которое удается решить за достаточно большой промежуток времени, исчисляемый неделями или, даже, месяцами. Способом увеличения эффективности работы СОИ является максимальная загрузка отдельных параллельно работающих устройств ЭВМ.

Результаты выполнения программ ОС накапливает в буферной области (области вывода) во внешней памяти и выдаются пользователям после окончания реализации всего пакета. Ясно, что при таком непрямом методе эксплуатации ЭВМ (режиме off-line) потери времени значительно сокращаются, повышается эффективность использования системы, однако при этом улучшение качества обслуживания пользователей не предусматривается :

• может случиться так, что какая-либо из программ надолго монополизирует ЦП, блокируя тем самым реализацию других программ,

• полностью исключается возможность диалога “человек-машина”, то есть, работа в режиме on-line,

• все пользователи одновременно получают результаты выполнения своих программ только после реализации всего пакета заданий; для внесения малейшего изменения в программу необходимо ожидать ввода в машину следующего пакета.

Другими словами, время реакции системы стало в большинстве случаев превышать время реакции пользователя.