Занятие 1.2. Циклическое квантование времени

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

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?

Занятие 1.3. Приоритетные дисциплины

Цель занятия: освоить основы организации приоритетных дисциплин работы операционных систем, оценить преимущества приоритетных дисциплин

Краткое изложение теоретического материала

Множество процессов, исполняемых в среде ОС, можно разделить на системные и прикладные. Системные процессы являются частью операционной системы и обеспечивают работу ВС в целом. Таким образом, во многих случаях требуется обеспечить преимущественное выделение им ресурсов, в особенности центрального процессора.

Кроме того, прикладные процессы также следует различать на основе предпочтительного выделения ресурсов, особенно при использовании ВС в технологическом управлении. Ввиду жёстких ограничений на время реакции и связанных с этим особенностей построения, операционные системы, предназначенные для технологического управления, выделяют в специальный класс, именуемый операционные системы реального времени (ОСРВ).

Приоритетные дисциплины планирования процессов были предложены как для оптимизации выполнения смеси заданий, так и для обеспечения оперативности исполнения системных процессов и процессов реального времени.

Уровень приоритета во многих случаях может быть представлен целым числом. Различают два типа приоритетов процессов: относительные и абсолютные. Относительные приоритеты используются только при постановке процессов в очередь, таким образом, появление процесса с более высоким относительным приоритетом не прерывает исполнение на процессоре текущего процесса. Абсолютный приоритет сравнивается с приоритетом текущего выполняемого процесса и, в случае превышения, прерывает исполнение текущего процесса до завершения его кванта:

Таким образом, абсолютные приоритеты используются для мгновенного переключения на новый процесс, и применяется для процессов реального времени и наиболее важных системных процессов, например, самой подсистемы управления процессами.

Различают статические и динамические приоритеты. Статические приоритеты назначаются вручную администратором ОС, либо пользователем в определённых отведенных ему администратором ОС границах и не изменяются во время исполнения процессов. Динамические приоритеты назначаются и изменяются ОС во время выполнения процессов в целях оптимизации функционирования ВС. Например, ОС может повысить приоритет процесса, часто выполняющего ввод/вывод и понизить приоритет процесса, продолжительно занимающего процессор, для повышения загрузки устройств ВС.

Статические абсолютные приоритеты обеспечивают минимальное время реакции ОС РВ в технологическом управлении. Следует отметить, что применение приоритетных дисциплин не всегда оптимально с точки зрения критерия обеспечения максимальной загрузки устройств ВС. Для ОС РВ на первое место выдвигаются критерии минимального времени реакции, что оправдано, так как потери из-за неоперативного технологического управления могут значительно превышать потери из-за простоя устройств ВС.

Задание

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

Характеристики ОС: приоритетная дисциплина, мультипрограммирование

Порядок выполнения

1. Выполнить ручную трассировку выполнения указанной смеси процессов.

2. Заполнить трассировочные таблицы.

3. Выполнить анализ эффективности приоритетной дисциплины.

4. Сформулировать преимущества и недостатки приоритетной дисциплины планирования.

Пример выполнения

Характеристики выполняемых процессов