Занятие 1.2. Циклическое квантование времени

Цель занятия: освоить основы организации режима разделения времени работы операционных систем, оценить преимущества режима разделения времени

Краткое изложение теоретического материала

Первые мультипрограммные ОС функционировали в пакетном режиме, в котором пользователь отделялся от процесса выполнения его заданий. Предварительно подготовленные задания организовывались в очереди на перфокартах либо магнитном диске. Затем смесь заданий подавалась на вход вычислительной системы:

Необходимость взаимодействия пользователя с выполняющимися программами, автоматизация процессов подготовки заданий с помощью текстовых редакторов, а также появление дисплеев с электронно-лучевой трубкой обусловили появление ВС с диалоговым режимом работы. В этом режиме несколько пользователей одновременно взаимодействуют с ВС с помощью терминалов.

Для обеспечения работы нескольких пользователей в диалоговом режиме особенно важным становится время реакции ОС на команды пользователя. При использовании классического мультипрограммирования один из процессов может захватить процессор на неопределённое время и, таким образом, блокировать работу остальных пользователей. Эффективный диалоговый режим возможен при гарантированном времени реакции ОС, не превышающем несколько секунд.

Для обеспечения диалоговой работы был предложен режим разделения времени, обеспечивающий совместную работу нескольких пользователей. Основой для обеспечения режима разделения времени является циклическое квантование времени астрального процессора. Каждому процессу при получении процессора выделяется определённый интервал времени - квант, в течение которого он выполняется на процессоре; затем процесс возвращается в конец очереди готовых процессов. Таким образом, процессор циклически переключается между готовыми процессами и каждый из пользователей считает, что ОС работает только с ним одним; далее представлен фрагмент диаграммы состояний процесса, обеспечивающий циклическое квантование:

Следует отметить, что организация квантования вле­чёт за собой некоторое снижение производительности ВС. Переключение между процессами требует определённого времени, в течение которого работают программы ОС, и представляет собой накладные расходы ресурсов ОС при организации режима разделения времени. При реализации циклического квантования встаёт вопрос о выборе оптимального размера кванта. Большой размер кванта снижает время реакции ОС, малый - увеличивает накладные расходы из-за частого переключения. Реальные ОС применяют адаптивные механизмы выбора размера кванта.

Время

Квантование трёх процессов

Для реализации квантования времени используется аппаратный таймер. Таймер устанавливается на продолжительность кванта при выделении процессора процессу; прерывание таймера по истечении времени кванта инициирует переключение.

Задание

Выполнить ручную трассировку работы средств управления процессами. Заполнить трассировочную таблицу.

Характеристики ОС: циклическое квантование времени, мультипрограммирование

Порядок выполнения

1. Выполнить ручную трассировку выполнения указанной смеси процессов.

2. Заполнить трассировочные таблицы.

3. Выполнить анализ эффективности режима разделения времени:

а) при мгновенном переключении процессов;

б) при времени переключения равном 1. 4. Сформулировать преимущества и недостатки режима разделения времени.

Пример выполнения

Размер кванта - 10

Характеристики выполняемых процессов

Пример заполнения трассировочной таблицы

Варианты заданий - Приложение 1.2.

Контрольные вопросы

1. В чём состоит режим разделения времени?

2. Как влияет режим разделения времени на произво­дительность ВС?

3. Каковы требования к аппаратным средствам компьютера для организации квантования?

4. Какие критерии используют при выборе оптимального размера кванта?