В. Столлингс - Операционные системы, страница 10

Так они они пере онитору. Каждая программа составлена таким образом, что при заверше аботы управление переходит к монитору, который автоматически загр тедующую программу. ~ж~~ ы~ Чтобы понять работу этой схемы, рассмотрим ее с точки зрения монн ' роцессора, ° Работа схемы с точки зрения монитора. Монитор управляет после тельностью событий.

Чтобы это было возможно, большая его должна всегда находиться в основной памяти и быть готовой к р (р .. ). Эту часть монитора называют резидентным монитором. ис. 2.3). тавшуюся часть составляют утилиты и общие функции, которые з, жаются в виде подпрограмм, вызываемых программой пользоват начале выполнения каждого задания (если они для него требук1 Монитор считывает с устройства ввода данных (обычно это устро ' ввода с перфокарт или магнитная лента) по одному заданию. При текущее задание размещается в области памяти, предназначенной программ пользователя, и ему передается управление. По заверше задания оно возвращает управление монитору, который сразу же нает считывать следующее задание.

Результат исполнения каждого дания направляется на устройство вывода, например принтер. Работа схе емы с точки зрения процессора. Допустим, в некоторый мо времени и роцессор исполняет команды, которые находятся в той части' нонной памяти, которую занимает монитор. Это приводит к тому, другую область памяти считывается новое задание. После того как з полностью считано, монитор отдает процессору команду перехода, по Рой он о д лжен начать исполнение программы пользователя.

Процессор-:.: Реходит к обработке программы пользователя и выполняет ее команды' тех пор, пока не дойдет до конца или пока не возникнет сбойная ситу Часть 1. Основные поня ' В любом из этих двух случаев следующей командой, которую процессор извлечет из памяти, будет команда монитора.

Таким образом, фраза -т онтроль передается заданию" означает, что процессор перешел к извлече"тоо Ф нию и выполнению команд программы пользователя. Фраза же ' контроль воз вращ щается монитору" означает, что теперь процессор извлекает из памяти т и выполняет команды монитора. Граница Монитора Рис. 2.3. Схема размещения резидентного монитора в памяти Как видите, монитор решает проблему разработки графика. Задания в пакетах выстраиваются в очередь и выполняются без простоев настолько быстро, насколько это возможно.

Кроме того, монитор помогает в подготовке программы к исполнению. В каждое задание включаются простые команды языка управления заданиями (1оЬ соп1го1 1апяпаяе — ЮС1.). Это специальный тип языка программирования, используемый для того, чтобы отдавать команды монитору. Рассмотрим простой пример, в котором нужно принять на обработку программу пользователя, составленную на языке РОВТВАМ, и дополнительные данные, ис"ользуемые этой программой. Все команды языка ГОВТВАХ и данные находятся на отдельных перфокартах или в отдельных записях на магнитной ленте.

Каждое задание, кроме операторов языка ГОВТВАЖ и данных, содержит командьт Управления заданием, каждая из которых начинается знаком 5. Формат за"акия в целом выглядит следующим образом: в1 ° ~ ""нструкттки ГОЕТВАБ --' *л3 ~р~л 1'лава 2. Обзор операционных систем ° данные Чтобы выполнить это задание, монитор читает строку ЗГТН и загружает минающего устройства большой емкости 1обычно это лента) компилятор вуюг|его языка. Компилятор преобразует программу пользователя в объек который записывается в память или на запоминающее устройство. Если этот кь носится в память, то операция называется *'компиляция, загрузка и запуск",'.: же он записывается на магнитную ленту, то нужна дополнительная команда Монитор, к которому вернулось управление после компиляции, читает эту и обращается к загрузчику, который загружает объектную программу в место компилятора) и передает ей управление.

В таком режиме различные п мы совместно используют один и тот же участок основной памяти, хотя в момент времени работает только одна из этих подсистем. Во время выполнения программы пользователя по каждой команде„' считывается только одна строка данных. Команда ввода программы пол ' ля обращается к подпрограмме ввода, которая является составной частью' ционной системы. Подпрограмма ввода проверяет, не произошло ли считывание строки языка ЛС1.. Если это произошло, управление переда нитору.

При успешном (или неудачном) завершении задания пользователя. тор проверяет строки задания, пока не дойдет до строки с командой на~ управления, что защищает систему от программ, в которых оказалось много или слишком мало строк с данными 1иначе очередным заданием оказаться излишние данные предыдущего задания, или часть нового могла бы рассматриваться как недостающие данные предыдущего задани Таким образом, монитор, или пакетная операционная система, — э ная компьютерная программа. Ее работа основана на способности про выбирать команды из различных областей основной памяти; при этом дит передача и возврат управления.

Желательно также использование Нз возможностей аппаратного обеспечения. ° Защита памяти. Во время работы программы пользователя она не ' вносить изменения в область памяти, в которой находится монн же такая попытка предпринята, аппаратное обеспечение процессора" обнаружить ошибку и передать управление монитору. Затем монн мет задачу с выполнения, распечатает сообщение об ошибке и загр дующее задание. ь Таймер. Таймер используется для того, чтобы предотвратить ситу гда одна задача захватит безраздельный контроль над системой.

Т ставляется в начале каждого задания. По истечении определенного.„, жутка времени программа пользователя останавливается и управл редается монитору. Привилегированные команды. Некоторые команды машинного имеют повышенные привилегии и могут исполняться только мо Если процессор натолкнется на такую команду во время исполне граммы пользователя, возникнет ошибка, при которой управле передано монитору. В число привилегированных команд входят ввода-вывода; это значит, что все устройства ввода-вывода контролируются монитором.

Это, например, предотвращает случайное чтение программой пользователя команд управления, относящихся к следующему заданию. Если пр программе пользователя нужно произвести ввод-вывод, она должна запросить для выполнения этих операций монитор. П е ывания. В первых моделях компьютеров этой возможности не было.

Она придает операционной системе большую гибкость при передаче управления программе пользователя и его возобновлении. Конечно, операционную систему можно разработать и без учета описанных Ше воз можностей. Однако поставщики компьютеров скоро поняли, что это ~ведет к ос к хаосу поэтому даже сравнительно простые пакетные операционные , системы ы обращались к таким возможностям аппаратного обеспечения. П и работе пакетных операционных систем машинное время распределяри лось ме ежду исполнением программы пользователя и монитора. При этом в ' ямртву .

приносились два вида ресурсов: монитор занимал некоторую часть оперативно ой памяти им же потреблялось некоторое машинное время. И то и другое Ф : яриводи ило к непроизводительным издержкам. Несмотря на это, простые пакетяне системы существенно повышали эФФективность использования компьютера.

. МНОгОзадаЧНЫЕ ПаКЕтНЫЕ СИСТЕМЫ Процессору часто приходилось простаивать даже при автоматическом вы. полнении заданий под управлением простой пакетной операционной системы. Проблема заключается в том, что устройства ввода-вывода работают намного медленнее, чем процессор. На рис. 2.4 представлены соответствующие расчеты, . выполненные для программы, которая обрабатывает файл с записями, причем ': для обработки одной записи требуется в среднем 100 машинных команд.

В этом ' примере 96% всего времени процессор ждет, пока устройства ввода-вывода закончат передачу данных в Файл и из него. На рис. 2.б,а показана такая ситуадяя для одной программы. Некоторое время процессор исполняет команды; затем, дойдя до команды ввода-вывода, он должен подождать, пока она не закон- чатся. Только после этого процессор сможет продолжить работу. Чтение одной записи из файла 0.0015 з Выполнение 100 машинных команд 0.0001 ю Внесение одной записи в файл 0.0015 л Всего 0.0031 в 0.0001 Степень использования процессора = ' = 0.032 = 3.2% 0.0031 Рис. 2.4. Пример исиользования системы ЭФФективность использования процессора можно повысить. Мы знаем, что ~~яти должно хватить, чтобы разместить в ией операционную систему р"~вдентный монитор) и программу пользователя. Представим, что в памяти 4 остаточно места для операционной системы и двух программ пользователя.

Те"ь когда одно из заданий ждет завершения операций ввода-вывода, процессор 'кьт переключиться на другое задание, для которого в данный момент вводЪц ~од, скорее всего, не требуется (рис. 2.б,б). Более того„если памяти достаточ- 90 Часть 1. Основные и ' '.Р„ ':. ~инз 2. Обзор операционных систем ПРогРамма А Раб~~а Ожидание ат Одноаадачнссть Ожидание Интенсивный ввод" вывод Интенсивный ввод-зывод Интенсивные вычисления Тип задавил Программа Б Ожидание Работа Ожиданно 10 мии 30 К 15 мин 100 К 5 мин Продолятительиость Требуемая память Требуется ли диск Требуется ли термииал Требуется лк пркитер 50 К Да Нет Да Нет Работа Работа А:", Зг,'" Нет Совместная работа Ожидание Ожидание Да Нет Нет Нет б) многозадачность — две программы Многозадачность Одиозадачиость Использоваиие процессора Ислользоваиие памяти Программа А Работа Ожидание 30% 67% Использование диска 33% Использование приитера Затраченное время Производительиость Среднее время отклика 33% Программа 3 Ож 15 мив 12 заданий/час 10 мии 30 мии б заданий/чае 18 мии Программа С Совместная работа в) Многозадачность — три программы Рис.

2,Б. Пример многозадачносггти Часть 1. Основные пон но для размещения большего количества п?тограмм, то процессор может в нять их параллельно, переключаясь с одной на другую (рис. 2.5,е). Такой ре известен как многозадачность (пш?с(ргойгатпптш3) и является основной ч современных операционных систем. Рабе~а Работа Работа Работа Работа Работа А а 3; С Ожидание А ': 3" . С Ожидание Приведем простой пример, иллюстрирующий преимущества многозада сти, Рассмотрим компьютер, имеющий 256 К слов памяти, не использу операционной системой, диск, терминал и принтер. На обработку одноврем -" пяты три программы, ЮВ1, ?ОВ2 и ?ОВЗ, атрибуты которых перечислены в бл.