Функции управляющих программ операционной системы

Мультипрограммная работа компьютера обеспечивается с помощью управляющих программ операционной системы, которые координируют работу устройств компьютера в процессе параллельного выполнения нескольких программ. Принцип управления мультипрограммной обработкой иллюстрируется рис. 3.14.

Основной управляющей программой является супервизор. Супервизор контролирует состояние и управляет работой всех устройств компьютера: процессора П, основной памяти ОП, внешних запоминающих устройств ВЗУ и устройств ввода-вывода УВВ. Контроль состояния устройств сводится к получению и сохранению в супервизоре следующей информации: устройство включено или выключено, исправно или неисправно, занято или свободно. Для каждого запоминающего устройства супервизор ведет таблицу, в которой отмечается местоположение (адреса) занятых и свободных участков памяти и размещение информации в пределах запоминающего устройства. Управление работой устройств сводится к закреплению устройств и освобождению устройств и областей памяти по окончании их использования программами. В момент окончания этапа процессорной обработки или операции ввода-вывода супервизор получает извещение об этом в виде сигнала прерывания, формируемого процессором или внешним устройством и после соответствующей обработки в процессоре воздействующего на супервизор. Кроме того супервизор обслуживает особые ситуации, возникающие при выполнении программ и в работе устройств: переполнение, нарушение защиты памяти, обрыв бумаги в печатающем устройстве и т. п. Информация о таких ситуациях передается в супервизор также с помощью сигналов прерывания. Через устройства ввода-вывода на супервизор воздействуют внешние сигналы: нажатие кнопки на пульте, свидетельствующее о необходимости принять информацию от оператора; нажатие кнопки о готовности устройства для дальнейшей работы и т. п.

Другой управляющей программой является планировщик, функция которого – ввод заданий и обеспечение их ресурсами с целью создания задач, подготовленных для обработки (см. рис. 3. 14). Задания J₁… J_Р поступают в компьютер через устройства ввода-вывода и записываются в память. Планировщик, руководствуясь некоторой стратегией планирования, выбирает первоочередные задания и начинает обеспечивать их необходимыми емкостями основной и внешней памяти и устройствами ввода-вывода. Потребность в ресурсах выявляется из задания, на основе которого должно выполняться задание, и описания данных. Запросы на требуемые ресурсы посылаются в супервизор, который удовлетворяет их по мере возможности. При обеспечении задания ресурсами планировщик заполняет информационную таблицу, в которую заносится перечень конкретных ресурсов, предоставляемых для выполнения задания. Задание, обеспеченное всеми необходимыми ресурсами, становится задачей, которая включается в смесь из М задач P₁… P_М, выполняемых компьютером под управлением супервизора.

Супервизор инициирует задачу путем загрузки соответствующей программы в основную память. При освобождении процессора задача переходит в состояние счета (см. рис. 3. 14) и обрабатывается процессором до тех пор, пока не появиться необходимость во вводе-выводе информации. Все запросы на ввод-вывод, формируемые программами, обрабатываются супервизором, который, реагируя на запрос, инициирует работу внешнего устройства, закрепленного за задачей. В период выполнения операции ввода-вывода задача находится в состоянии ожидания окончания ввода-вывода, а супервизор переключает процессор на обработку другой задачи, находящейся в состоянии ожидания счета. В момент окончания операции ввода-вывода внешнее устройство формирует сигнал прерывания, реагируя на который супервизор ставит задачу в очередь на процессорную обработку. Когда выполнение задачи заканчивается, супервизор инициирует планировщик, который начинает подготавливать к обработке очередное задание.

Чтобы отличать программы, обрабатываемые компьютером, от управляющих программ, первые называются прикладными программами. И прикладные программы, и управляющие программы реализуются на одних и тех же устройствах компьютера поочередно. Планировщик включается в работу супервизором и выполняется процессором в следующих случаях: 1) при поступлении из устройства ввода-вывода директивы на ввод задания, воспринимаемой и декодируемой супервизором; 2) по окончании обработки задачи для создания следующей задачи. Супервизор включается в работу: 1) сигналами прерывания; 2) командами прикладных программ и планировщика, посредством которых эти программы обращаются к супервизору для получения ресурсов, контролируемых супервизором, и выполнения операций ввода-вывода. Прикладные программы обрабатываются процессором в промежутки времени, когда процессор не занят выполнением управляющих программ – супервизора и планировщика.