А.В. Столяров - Введение в операционные системы, страница 4

Óïðàâëåíèåýòèìè âîçìîæíîñòÿìè òàêæå âîçëàãàåòñÿ íà îïåðàöèîííóþ ñèñòåìó.Âçàèìîäåéñòâèå ïðîöåññîâ. Ïðîöåññû íå âñåãäà âûïîëíÿþòñÿ íåçàâèñèìî äðóã îò äðóãà; â ðÿäå ñëó÷àåâ íåîáõîäèìû ñðåäñòâà èõ âëèÿíèÿ äðóã íàäðóãà (íàïðèìåð, îáìåíà èíôîðìàöèåé)2 . Ñîâðåìåííûå ÎÑ ïðåäîñòàâëÿþòïîëüçîâàòåëüñêèì ïðîãðàììàì âîçìîæíîñòü òàêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.Ðàçãðàíè÷åíèå ïîëíîìî÷èé.

Ðåãëàìåíòèðîâàíèå äîñòóïà ïîëüçîâàòåëåé (èëè, òî÷íåå ãîâîðÿ, ïîëüçîâàòåëüñêèõ ïðîãðàìì) ê ðåñóðñàì âû÷èñëèòåëüíîé ñèñòåìû ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âàæíåéøóþ çàäà÷ó ìíîãîïîëüçîâàòåëüñêèõ îïåðàöèîííûõ ñèñòåì. Ïðè ýòîì ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî è â îäíîïîëüçîâàòåëüñêîé ñèòóàöèè (íàïðèìåð, íà ëè÷íîì ïåðñîíàëüíîì êîìïüþòåðå, êîòîðûìïîëüçóåòñÿ îäèí ÷åëîâåê) ôóíêöèè ðåãëàìåíòèðîâàíèÿ äîñòóïà îêàçûâàþòñÿâåñüìà âîñòðåáîâàííûìè, à èíîãäà è íåîáõîäèìûìè. Ýòî âûçâàíî òåì, ÷òîðåàëüíî äîñòóï ê ðåñóðñàì îñóùåñòâëÿåò íå ïîëüçîâàòåëü, à çàïóñêàåìûå èìïðîãðàììû; ôàêòè÷åñêè ïðè çàïóñêå ëþáîé ïðîãðàììû ïîëüçîâàòåëü ïåðåäàåò óïðàâëåíèå ñâîèì êîìïüþòåðîì àâòîðó ýòîé ïðîãðàììû. Âìåñòå ñ òåì, äàëåêî íå âñÿêîé ïðîãðàììå ìîæíî áåçãðàíè÷íî äîâåðÿòü.

Îòñóòñòâèå ôóíêöèéðåãëàìåíòèðîâàíèÿ äîñòóïà â íåêîòîðûõ ïîïóëÿðíûõ îïåðàöèîííûõ ñèñòåìàõïðèâîäèò ê ýïèäåìèÿì âèðóñîâ è òðîÿíñêèõ ïðîãðàìì. Êðîìå òîãî, â òàêèõñèñòåìàõ çà÷àñòóþ îøèáêà, ïóñòü è íåçëîíàìåðåííàÿ, â îäíîé èç ïðîãðàììïðèâîäèò ê óíè÷òîæåíèþ âñåé ñèñòåìû âìåñòå ñ âàæíûìè ïîëüçîâàòåëüñêèìèäàííûìè.2Êñåòèâçàèìîäåéñòâèþ ïðîöåññîâ îáû÷íî îòíîñÿò, êðîìå âñåãî ïðî÷åãî, è îáìåí äàííûìè ïî êîìïüþòåðíîé12Задача 1Задача 2Задача 3Ðèñ. 2: Îäíîâðåìåííîå âûïîëíåíèå çàäà÷ íà îäíîì ïðîöåññîðåËåêöèÿ 244.1Ìóëüòèçàäà÷íîñòüÎäíîâðåìåííîå èñïîëíåíèå íåñêîëüêèõ çàäà÷Êàê óæå óïîìèíàëîñü íà ïåðâîé ëåêöèè, ìóëüòèçàäà÷íîñòü èëè ðåæèììóëüòèïðîãðàììèðîâàíèÿ − ýòî òàêîé ðåæèì ðàáîòû âû÷èñëèòåëüíîé ñèñòåìû, ïðè êîòîðîì íåñêîëüêî ïðîãðàìì ìîãóò âûïîëíÿòüñÿ â ñèñòåìå îäíîâðåìåííî.Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî äëÿ ýòîãî, âîîáùå ãîâîðÿ, íå íóæíû íåñêîëüêîôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîðîâ.

Âû÷èñëèòåëüíàÿ ñèñòåìà ìîæåò èìåòü âñåãî îäèíïðîöåññîð, ÷òî íå ìåøàåò ñàìî ïî ñåáå ðåàëèçàöèè ðåæèìà ìóëüòèïðîãðàììèðîâàíèÿ. Òàê èëè èíà÷å, êîëè÷åñòâî ïðîöåññîðîâ â ñèñòåìå, â îáùåì ñëó÷àå,ìåíüøå êîëè÷åñòâà îäíîâðåìåííî âûïîëíÿåìûõ ïðîãðàìì.ßñíî, ÷òî ïðîöåññîð â êàæäûé ìîìåíò âðåìåíè ìîæåò âûïîëíÿòü òîëüêîîäíó ïðîãðàììó. ×òî æå, â òàêîì ñëó÷àå, ïîíèìàåòñÿ ïîä ìóëüòèïðîãðàììèðîâàíèåì?Êàæóùèéñÿ ïàðàäîêñ ðàçðåøàåòñÿ ââåäåíèåì ñëåäóþùåãî îïðåäåëåíèÿîäíîâðåìåííîñòè äëÿ ñëó÷àÿ âûïîëíÿþùèõñÿ ïðîãðàìì (ïðîöåññîâ, èëè çàäà÷ ):Äâå çàäà÷è, çàïóùåííûå íà îäíîé âû÷èñëèòåëüíîé ñèñòåìå, íàçûâàþòñÿ âûïîëíÿåìûìè îäíîâðåìåííî, åñëè ïåðèîäû èõ âûïîëíåíèÿ (âðåìåííîé îòðåçîê ñ ìîìåíòà çàïóñêà äî ìîìåíòà çàâåðøåíèÿêàæäîé èç çàäà÷) ïîëíîñòüþ èëè ÷àñòè÷íî ïåðåêðûâàþòñÿ.Èòàê, åñëè ïðîöåññîð, ðàáîòàÿ â êàæäûé ìîìåíò âðåìåíè ñ îäíîé çàäà÷åé,ïðè ýòîì ïåðåêëþ÷àåòñÿ ìåæäó íåñêîëüêèìè çàäà÷àìè, óäåëÿÿ âíèìàíèå òîîäíîé èç íèõ, òî äðóãîé, ýòè çàäà÷è â ñîîòâåòñòâèè ñ íàøèì îïðåäåëåíèåìáóäóò ñ÷èòàòüñÿ âûïîëíÿåìûìè îäíîâðåìåííî (ñì.

ðèñ. 2).13работаожидание (простой)работаÐèñ. 3: Ïðîñòîé ïðîöåññîðà â îäíîçàäà÷íîé ñèñòåìå4.2Ïàêåòíûé ðåæèì ïðîñòåéøåì ñëó÷àå ìóëüòèçàäà÷íîñòü ïîçâîëÿåò ðåøèòü ïðîáëåìó ïðîñòîÿ öåíòðàëüíîãî ïðîöåññîðà âî âðåìÿ îïåðàöèé ââîäà-âûâîäà. Ïðåäñòàâèìñåáå âû÷èñëèòåëüíóþ ñèñòåìó, â êîòîðîé âûïîëíÿåòñÿ îäíà çàäà÷à (íàïðèìåð, îáñ÷åò ñëîæíîé ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè).  íåêîòîðûé ìîìåíò âðåìåíèçàäà÷å ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ îïåðàöèÿ îáìåíà äàííûìè ñ êàêèì-ëèáî âíåøíèì óñòðîéñòâîì (íàïðèìåð, ÷òåíèå î÷åðåäíîãî áëîêà âõîäíûõ äàííûõ ëèáî,íàîáîðîò, çàïèñü êîíå÷íûõ èëè ïðîìåæóòî÷íûõ ðåçóëüòàòîâ).Ñêîðîñòü ðàáîòû âíåøíèõ óñòðîéñòâ (ëåíò, ìàãíèòíûõ áàðàáàíîâ, äèñêîâè ò.ï.) îáû÷íî íà ïîðÿäêè íèæå, ÷åì ñêîðîñòü ðàáîòû öåíòðàëüíîãî ïðîöåññîðà, è â ëþáîì ñëó÷àå íèêîèì îáðàçîì íå áåñêîíå÷íà.

Òàê, äëÿ ÷òåíèÿ çàäàííîãî áëîêà äàííûõ ñ äèñêà íåîáõîäèìî âêëþ÷èòü ïðèâîä ãîëîâêè, ÷òîáû ïåðåìåñòèòü åå â íóæíîå ïîëîæåíèå (íà íóæíóþ äîðîæêó) è äîæäàòüñÿ, ïîêà ñàìäèñê ïîâåðíåòñÿ íà íóæíûé óãîë (äëÿ ðàáîòû ñ çàäàííûì ñåêòîðîì); çàòåì,ïîêà ñåêòîð ïðîõîäèò ïîä ãîëîâêîé, ïðî÷èòàòü çàïèñàííûå â ýòîì ñåêòîðåäàííûå âî âíóòðåííèé áóôåð êîíòðîëëåðà äèñêà1 ; íàêîíåö, ñëåäóåò ðàçìåñòèòü ïðî÷èòàííûå äàííûå â òîé îáëàñòè ïàìÿòè, ãäå èõ ïîÿâëåíèÿ îæèäàåòïîëüçîâàòåëüñêàÿ ïðîãðàììà, è ëèøü ïîñëå ýòîãî âåðíóòü åé óïðàâëåíèå.Âñå ýòî âðåìÿ (êàê ìèíèìóì, âðåìÿ, çàòðà÷èâàåìîå íà ïåðåìåùåíèå ãîëîâêè è îæèäàíèå íóæíîé ôàçû ïîâîðîòà äèñêà) öåíòðàëüíûé ïðîöåññîð áóäåò ïðîñòàèâàòü (ðèñ.

3). Ïðè ýòîì, âîçìîæíî, âî âõîäíîé î÷åðåäè çàäàíèéèìåþòñÿ çàäà÷è, íà ðåøåíèå êîòîðûõ ìîæíî áûëî áû óïîòðåáèòü âðåìÿ öåíòðàëüíîãî ïðîöåññîðà, âïóñòóþ ïðîïàäàþùåå â îæèäàíèè îêîí÷àíèÿ îïåðàöèé ââîäà-âûâîäà.Èìåííî òàê ïîñòóïàþò ìóëüòèçàäà÷íûå îïåðàöèîííûå ñèñòåìû. Êàê òîëüêî àêòèâíàÿ çàäà÷à çàòðåáóåò ïðîâåäåíèå îïåðàöèè ââîäà-âûâîäà, îïåðàöèîííàÿ ñèñòåìà âûïîëíÿåò íåîáõîäèìûå äåéñòâèÿ ïî çàïóñêó êîíòðîëëåðîâóñòðîéñòâ íà èñïîëíåíèå çàïðîøåííîé îïåðàöèè, ïîñëå ÷åãî çàìåíÿåò àêòèâ1 ×òåíèåíåïîñðåäñòâåííî â îïåðàòèâíóþ ïàìÿòü òåîðåòè÷åñêè âîçìîæíî, íî òåõíè÷åñêè ñîïðÿæåíî ñîïðåäåëåííûìè òðóäíîñòÿìè è ïðèìåíÿåòñÿ ðåäêî14задача 1блокировкаготовностьзадача 1задача 2Ðèñ.

4: Ïàêåòíàÿ ÎÑíóþ çàäà÷ó íà äðóãóþ − íîâóþ èëè óæå èìåþùóþñÿ. Çàìåíåííàÿ çàäà÷àâ ýòîì ñëó÷àå ñ÷èòàåòñÿ ïåðåøåäøåé â ñîñòîÿíèå îæèäàíèÿ ðåçóëüòàòàââîäà-âûâîäà, èëè ñîñòîÿíèå áëîêèðîâêè. ïðîñòåéøåì ñëó÷àå íîâàÿ àêòèâíàÿ çàäà÷à îñòàåòñÿ â ðåæèìå âûïîëíåíèÿ äî òåõ ïîð, ïîêà îíà íå çàâåðøèòñÿ ëèáî íå çàòðåáóåò, â ñâîþ î÷åðåäü,ïðîâåäåíèå îïåðàöèè ââîäà-âûâîäà. Ïðè ýòîì áëîêèðîâàííàÿ çàäà÷à ïî îêîí÷àíèè îïåðàöèè ââîäà-âûâîäà ïåðåõîäèò èç ñîñòîÿíèÿ áëîêèðîâêè â ñîñòîÿíèå ãîòîâíîñòè ê âûïîëíåíèþ, íî ïåðåêëþ÷åíèÿ íà íåå íå ïðîèñõîäèò (ñì.ðèñ. 4); ýòî îáóñëîâëåíî òåì, ÷òî îïåðàöèÿ ñìåíû àêòèâíîé çàäà÷è, âîîáùåãîâîðÿ, îòíèìàåò ìíîãî ïðîöåññîðíîãî âðåìåíè.Òàêîé ñïîñîá ïîñòðîåíèÿ ìóëüòèçàäà÷íîñòè, ïðè êîòîðîì ñìåíà àêòèâíîéçàäà÷è ïðîèñõîäèò òîëüêî â ñëó÷àå åå îêîí÷àíèÿ èëè çàïðîñà íà îïåðàöèþââîäà-âûâîäà, íàçûâàåòñÿ ïàêåòíûì ðåæèìîì 2 , à îïåðàöèîííûå ñèñòåìû,ðåàëèçóþùèå ýòîò ðåæèì,− ïàêåòíûìè îïåðàöèîííûìè ñèñòåìàìè.Ðåæèì ïàêåòíîé ìóëüòèçàäà÷íîñòè ÿâëÿåòñÿ ñàìûì ýôôåêòèâíûì ñ òî÷êè çðåíèÿ èñïîëüçîâàíèÿ âû÷èñëèòåëüíîé ìîùíîñòè öåíòðàëüíîãî ïðîöåññîðà, ïîýòîìó èìåííî ïàêåòíûé ðåæèì èñïîëüçóåòñÿ äëÿ óïðàâëåíèÿ ñóïåðêîìïüþòåðàìè è äðóãèìè ìàøèíàìè, îñíîâíîå íàçíà÷åíèå êîòîðûõ − áîëüøèåîáúåìû ÷èñëåííûõ ðàñ÷åòîâ.4.3Äðóãèå ñïîñîáû ïëàíèðîâàíèÿ âðåìåíè ÖÏ.

Ðåæèìðàçäåëåíèÿ âðåìåíèÑ ïîÿâëåíèåì ïåðâûõ òåðìèíàëîâ è äèàëîãîâîãî (èíà÷å ãîâîðÿ, èíòåðàêòèâíîãî) ðåæèìà ðàáîòû ñ êîìïüþòåðàìè âîçíèêëà ïîòðåáíîñòü â äðóãèõ2 Ðóññêîÿçû÷íûéòåðìèí ïàêåòíûé ðåæèì ÿâëÿåòñÿ óñòîÿâøèìñÿ, õîòÿ è íå ñëèøêîì óäà÷íûì ïåðåâîäîì àíãëèéñêîãî òåðìèíà batch mode; ñëîâî batch ìîæíî òàêæå ïåðåâåñòè êàê êîëîäà (ñîáñòâåííî,èçíà÷àëüíî èìåëèñü â âèäó êîëîäû ïåðôîêàðò, îëèöåòâîðÿâøèå çàäàíèÿ). Íå ñëåäóåò ïóòàòü ýòîò òåðìèíñ òåðìèíàìè, èñïîëüçóþùèìè ñëîâî packet, êîòîðîå òîæå îáû÷íî ïåðåâîäèòñÿ íà ðóññêèé êàê ïàêåò.15ñòðàòåãèÿõ ñìåíû àêòèâíûõ çàäà÷, èëè, êàê ïðèíÿòî ãîâîðèòü, ïëàíèðîâàíèÿâðåìåíè öåíòðàëüíîãî ïðîöåññîðà.Äåéñòâèòåëüíî, ïîëüçîâàòåëþ, âåäóùåìó äèàëîã ñ òîé èëè èíîé ïðîãðàììîé, âðÿä ëè çàõî÷åòñÿ æäàòü, ïîêà íåêàÿ àêòèâíàÿ çàäà÷à, âû÷èñëÿþùàÿ,ñêàæåì, îáðàòíóþ ìàòðèöó ïîðÿäêà 100x100, çàâåðøèò ñâîþ ðàáîòó.

Ïðè ýòîììíîãî ïðîöåññîðíîãî âðåìåíè íà îáñëóæèâàíèå äèàëîãà ñ ïîëüçîâàòåëåì íåòðåáóåòñÿ: â îòâåò íà êàæäîå äåéñòâèå ïîëüçîâàòåëÿ (íàïðèìåð, íàæàòèå íàêëàâèøó) îáû÷íî íåîáõîäèìî âûïîëíèòü íàáîð äåéñòâèé, óêëàäûâàþùèéñÿâ íåñêîëüêî ìèëëèñåêóíä, òîãäà êàê ñàìèõ òàêèõ ñîáûòèé ïîëüçîâàòåëü äàæå â ðåæèìå àêòèâíîãî íàáîðà òåêñòà ìîæåò ñîçäàòü íèêàê íå áîëüøå òðåõ÷åòûðåõ â ñåêóíäó (ñêîðîñòü êîìïüþòåðíîãî íàáîðà 180 ñèìâîëîâ â ìèíóòóñ÷èòàåòñÿ î÷åíü âûñîêîé è äîñòèãàåòñÿ òîëüêî ïðîôåññèîíàëüíûìè ìàøèíèñòêàìè).

Ñîîòâåòñòâåííî, áûëî áû íåëîãè÷íî æäàòü, ïîêà ïîëüçîâàòåëüïîëíîñòüþ çàâåðøèò ñâîé äèàëîãîâûé ñåàíñ: áîëüøóþ ÷àñòü âðåìåíè ïðîöåññîð ìîã áû ïðîèçâîäèòü àðèôìåòè÷åñêèå äåéñòâèÿ, íåîáõîäèìûå äëÿ çàäà÷è,âû÷èñëÿþùåé ìàòðèöó.Ðåøèòü ïðîáëåìó ïîçâîëÿåò ðåæèì ðàçäåëåíèÿ âðåìåíè.

 ýòîì ðåæèìåêàæäîé çàäà÷å îòâîäèòñÿ îïðåäåëåííîå âðåìÿ ðàáîòû, íàçûâàåìîå êâàíòîìâðåìåíè. Ïî îêîí÷àíèè ýòîãî êâàíòà, åñëè â ñèñòåìå èìåþòñÿ äðóãèå ãîòîâûåê èñïîëíåíèþ çàäà÷è, àêòèâíàÿ çàäà÷à ïðèíóäèòåëüíî ïðèîñòàíàâëèâàåòñÿ èçàìåíÿåòñÿ äðóãîé çàäà÷åé. Ïðèîñòàíîâëåííàÿ çàäà÷à ïîìåùàåòñÿ â î÷åðåäüçàäà÷, ãîòîâûõ ê âûïîëíåíèþ è íàõîäèòñÿ òàì, ïîêà îñòàëüíûå çàäà÷è îòðàáîòàþò ñâîè êâàíòû; çàòåì îíà ñíîâà ïîëó÷àåò î÷åðåäíîé êâàíò âðåìåíè äëÿðàáîòû, è ò.ä.Åñòåñòâåííî, åñëè àêòèâíàÿ çàäà÷à çàòðåáîâàëà îïåðàöèþ ââîäà-âûâîäà,îíà ïåðåâîäèòñÿ â ñîñòîÿíèå áëîêèðîâêè (òî÷íî òàê æå, êàê è â ïàêåòíîìðåæèìå). Çàäà÷è, íàõîäÿùèåñÿ â ñîñòîÿíèè áëîêèðîâêè, íå ñòàâÿòñÿ â î÷åðåäüíà âûïîëíåíèå è íå ïîëó÷àþò êâàíòîâ âðåìåíè äî òåõ ïîð, ïîêà îïåðàöèÿââîäà-âûâîäà (èëè äðóãàÿ ïðè÷èíà áëîêèðîâêè) íå áóäåò çàâåðøåíà, è çàäà÷àíå ïåðåéäåò â ñîñòîÿíèå ãîòîâíîñòè ê âûïîëíåíèþ.Íåêîòîðûå îïåðàöèîííûå ñèñòåìû, âêëþ÷àÿ ðàííèå âåðñèè Windows, ïðèìåíÿëè ñòðàòåãèþ, çàíèìàþùóþ ïðîìåæóòî÷íîå ïîëîæåíèå ìåæäó ïàêåòíûìðåæèìîì è ðåæèìîì ðàçäåëåíèÿ âðåìåíè.

 ýòèõ ñèñòåìàõ çàäà÷àì âûäåëÿëñÿ êâàíò âðåìåíè, êàê è â ñèñòåìàõ ðàçäåëåíèÿ âðåìåíè, íî ïðèíóäèòåëüíîéñìåíû òåêóùåé çàäà÷è ïî èñòå÷åíèè êâàíòà âðåìåíè íå ïðîèçâîäèëîñü; ñèñòåìà ïðîâåðÿëà, íå èñòåê ëè êâàíò âðåìåíè ó òåêóùåé çàäà÷è, òîëüêî êîãäà çàäà÷à îáðàùàëàñü ê îïåðàöèîííîé ñèñòåìå çà êàêèìè-ëèáî óñëóãàìè (íåîáÿçàòåëüíî çà ââîäîì-âûâîäîì). Òàêèì îáðàçîì, çàäà÷à, íå íóæäàþùàÿñÿ âóñëóãàõ îïåðàöèîííîé ñèñòåìû, ìîãëà îñòàâàòüñÿ íà ïðîöåññîðå ñêîëü óãîäíî äîëãî, êàê è â ïàêåòíûõ îïåðàöèîííûõ ñèñòåìàõ.