Занятие 1.1. Мультипрограммирование

Цель занятия: освоить основы организации мультипрограммного режима работы операционных систем, оценить преимущества мультипрограммирования

Краткое изложение теоретического материала

Первые вычислительные системы (ВС) работали в однопрограммном режиме. ОС начинала выполнение но­вого задания лишь в случае полного завершения текущего задания. Схематически это можно представить следующим образом:

Это приводило к неэффективному использованию ресурсов вычислительной системы в связи с простоем оборудования. Только одно из многочисленных устройств (процессор, магнитный диск, принтер, магнитная лента) работало в конкретный момент времени.

Мультипрограммные ОС позволяют загрузить множество устройств вычислительной системы за счёт одновременного выполнения нескольких заданий, что приводит к сокращению суммарного времени выполнения смеси заданий. Схематически ОС, выполняющую N заданий, можно представить следующим образом:

Число N называют коэффициентом мультипрограммирования. Сокращение суммарного времени выполнения достигается за счёт совмещения работы процессора с работой внешних устройств. В то время, как Процесс 2 выполняется на процес­соре, Процесс 1 может обслуживаться на магнитном диске:

Следует отметить, что мультипрограммный режим работы требует соответствующей аппаратной поддержки. Оборудование должно обеспечивать автономную работу внешних устройств, управляемых своим контроллером (каналом), а также систему прерываний для сигнализации внешних устройств о завершении операции.

Задание

Выполнить ручную трассировку работы средств управления процессами мультипрограммной ОС. Оценить эффективность работы мультипрограммной ОС.

Порядок выполнения

1. Выполнить ручную трассировку выполнения указанной смеси процессов:

а) в однопрограммной вычислительной системе;

б) в мультипрограммной вычислительной системе.

2. Заполнить трассировочные таблицы.

3. Выполнить анализ эффективности мультипрограммного режима:

3.1. Оценить ускорение выполнения смеси процессов.

3.2. Рассчитать и сравнить коэффициенты загрузки устройств.

4. Сформулировать преимущества мультипрограммного режима.

Пример выполнения

Характеристики выполняемых процессов

Ускорение выполнения смеси процессов

Время выполнения смеси в однопрограммном режиме:

Т1 = (40+100+20)+(20+100+ 80)+(60+100+10) = 530

Время выполнения смеси в мультипрограммном режиме:

Тм = 350

Ускорение

А = Т1 / Тм = 530 / 350 = 1,51

Коэффициенты загрузки устройств

К = Тустр / Тобщ

Варианты заданий - Приложение 1.1.

Контрольные вопросы

1. В чём состоит мультипрограммный режим работы ОС?

2. За счёт чего сокращается время выполнения смеси процессов в мультипрограммном режиме?

3. Каковы требования к аппаратным средствам компьютера для организации мультипрограммного режима?

4. Каковы накладные расходы организации мультипрограммного режима?