Однозадачный и многозадачный режимы работы вычислительной системы: основные принципы, преимущества и недостатки. Дисциплина обслуживания. Дескриптор процесса: определение, состав

Введение в состав вычислительной машины специальных контроллеров позволило совместить во времени (распараллелить) операции вывода получен­ных данных и последующие вычисления на центральном процессоре. Однако всё равно процессор продолжал часто и долго простаивать, дожидаясь завершения очередной операции ввода/вывода. Поэтому было предложено организовать так называемый мультипрограммный (мультизадачный, многопрограммный, многозадачный) режим работы вычислитель­ной системы. Суть его заключается в том, что пока одна программа (один вычис­лительный процесс или задача, как мы теперь говорим) ожидает завершения очередной операции ввода/вывода, другая программа (а точнее, другая задача) может быть поставлена на решение. Из рис. 4, на котором в качестве примера изображена такая гипотетическая си­туация, видно, что благодаря совмещению во времени выполнения двух программ общее время выполнения двух задач получается меньше, чем если бы мы выпол­няли их по очереди (запуск одной только после полного завершения другой). Из этого же рисунка видно, что время выполнения каждой задачи в общем слу­чае становится больше, чем если бы мы выполняли каждую из них как единст­венную.

При мультипрограммировании повышается пропускная способность системы, но отдельный процесс никогда не может быть выполнен быстрее, чем если бы он выполнялся в однопрограммном режиме (всякое разделение ресурсов замедляет работу одного из участников за счёт дополнительных затрат времени на ожида­ние освобождения ресурса).

дисци­плины обслуживания (правила обслуживания) (например, дисциплина «последний пришедший обслуживается первым» определяет обслуживание в порядке, обратном очерёдности поступления соответствующих запросов)

Системные данные, используемые ядром в течении времени жизни процесса, составляют дескриптор процесса. Дескриптор процесса резервируется ядром при образовании процесса и освобождается при его завершении.

Для того чтобы операционная система могла управлять процессами, она должна располагать всей необходимой для этого информацией. С этой целью на каждый процесс заводится специальная информационная структура, называемая дескрип­тором процесса (описателем задачи, блоком управления задачей). В общем слу­чае дескриптор процесса содержит следующую информацию:

1) идентификатор процесса (так называемый PID = Process IDentificator);

2) тип (или класс) процесса, который определяет для супервизора некоторые пра­вила предоставления ресурсов;

3) приоритет процесса, в соответствии с которым супервизор предоставляет ре­сурсы (в рамках одного класса процессов в первую очередь обслуживаются более приоритетные процессы);

4) переменную состояния, которая определяет, в каком состоянии находится процесс (готов к работе, в состоянии выполнения, ожидание устройства вво­да/вывода и т. д.);

5) защищённую область памяти (или адрес такой зоны), в которой хранятся те­кущие значения регистров процессора, если процесс прерывается, не закон­чив работы; эта информация называется контекстом задачи;

6) информацию о ресурсах, которыми процесс владеет и/или имеет право поль­зоваться (указатели на открытые файлы, информация о незавершённых опе­рациях ввода/вывода и т. п.);

7) место (или его адрес) для организации общения с другими процессами;

8) параметры времени запуска (момент времени, когда процесс должен активи­зироваться, и периодичность этой процедуры);

9) в случае отсутствия системы управления файлами – адрес задачи на диске в её исходном состоянии и адрес на диске, куда она выгружается из оператив­ной памяти, если её вытесняет другая (для диск-резидентных задач, которые постоянно находятся во внешней памяти на системном магнитном диске и за­гружаются в оперативную память только на время выполнения).