Когда в составе компьютерных систем появились терминалы (вначале телетайпы, затем дисплеи), возникла необходимость реализации в ОС режима разделения времени (time sharing) – возможности одновременной работы пользователей со своими заданиями с терминалов, ввода заданий в систему, их запуска (при наличии свободного процессора), управления заданиями с терминала, их приостановки, отладки, визуализации на терминале их результатов. Рассмотрим особенности ОС с режимом разделения времени.
Хранение заданий в памяти или на диске.Ресурсы процессора в ОС с разделением времени распределены между несколькими заданиями, находящимися в памяти или на диске. Задание загружается в память (при наличии свободной памяти), если оно является пакетным и выбрано операционной системой для выполнения, либо если оно активируется пользователем с терминала. Процессор выделяется только тем заданиям, которые находятся в памяти.
Откачка и подкачка (swapping) — загрузка заданий с диска в память и их выгрузка из памяти на диск. В системе с разделением времени возможна ситуация, когда какое-либо задание, управляемое с терминала, неактивно (например, выполняет ввод-вывод, либо система ожидает ответа от пользователя, у которого в данный момент перерыв в работе). В этом случае ОС может принять решение о временнойвыгрузке (swap out) образа памяти задания из оперативной памяти на диск, с целью освобождения памяти для других заданий. При повторной активизации задания оно (при возможности) вновь загружается в память (swapped in). Подобная стратегия называетсяоткачкой и подкачкой.
Урок 28. Режим ядра и режим пользователя
Поддержка диалогового взаимодействия между пользователем и системой. Когда ОС завершает исполнение пользовательской команды, она выполняет поиск следующегоуправляющего оператора (control statement),введенного с пользовательской клавиатуры.
Предоставление диалогового доступа к данным и коду пользовательской программы. В ОС с разделением времени обеспечивается возможность для пользователя ввода, запуска, редактирования, отладки своей программы с терминала, управления своим заданием (приостановки, с последующим возобновлением), просмотра его промежуточных результатов, состояния памяти и регистров, просмотра окончательных результатов на терминале при завершении задания.
Следует учитывать, что в ОС с разделением времени обрабатываются как пакетные, так и интерактивные (диалоговые) задания, поэтому система должна обеспечивать их диспетчеризацию – переключение в нужный момент с диалогового задания на пакетное, либо с одного диалогового (пакетного) задания на другое.
Режим разделения времени, наряду с пакетным режимом, был основным в операционных системах 1960-х – 1970х- гг.
Ключевые термины
Теория построения операционных систем в этот период обогатилась рядом плодотворных идей. Появились различные формы мультипрограммных режимов работы, в том числе разделение времени – режим, обеспечивающий работу многотерминальной системы. Была создана и развита концепция виртуальной памяти, а затем и виртуальных машин. Режим разделения времени позволил пользователю интерактивно взаимодействовать со своими программами, как это было до появления систем пакетной обработки.
Лекция «Введение в операционные системы реального времени»
Одной из первых ОС, использующих эти новейшие решения, была операционная система МСР (главная управляющая программа), созданная фирмой Burroughs для своих компьютеров В5000 в 1963 году. В этой ОС были реализованы многие концепции и идеи, ставшие впоследствии стандартными для многих операционных систем:
- мультипрограммирование;
- мультипроцессорная обработка;
- виртуальная память;
- возможность отладки программ на исходном языке;
- написание операционной системы на языке высокого уровня.
- Berkeley Software Distribution (BSD), в настоящее время – FreeBSD (University of Berkeley) – один из наиболее известных диалектов UNIX, разработанный в Университете Беркли, США. В нем впервые были реализованы сетевые сокеты. Именно этот диалект был положен в основу первой версии ОС Solaris фирмы Sun (Solaris 1.x) при ее создании в 1982 г. Один из авторов данного диалекта – Билл Джой (Bill Joy), один из четверых легендарных создателей фирмы Sun.
- System V Release 4 (SVR4) – диалект UNIX, разработанный в фирме ATакул» в мире ИТ – фирмой Hewlett-Packard.
- Digital UNIX (DEC) – диалект UNIX, разработанный в начале – середине 1990-х гг. фирмой Digital Equipment Corporation (DEC), впоследствии приобретенной фирмой Compaq. Первая версия UNIX, поддерживавшая 64-разрядные процессоры.
Источник: studfile.net
ОС с разделением времени
На рубеже 60-70 гг. распространенным и не слишком дорогим периферийным устройством становятся мониторы (сначала монохромные и работающие только в текстовом режиме). При этом процессор и ОЗУ остаются самыми дорогими и громоздкими устройствами вычислительной системы. В этих условиях возникает и быстро приобретает популярность принципиально новый тип ОС – системы с разделением времени.
К одной ЭВМ подключается несколько десятков рабочих мест, оборудованных дисплеем (монитор + клавиатура) и совместно использующих вычислительные ресурсы ЭВМ. Процессорное время делится на кванты длительностью в несколько десятков миллисекунд и по истечении каждого кванта процессор может быть переключен на обслуживание другого процесса, другого дисплея. Поскольку теперь подготовку текстов программ выполняют сами программисты за дисплеями, а работа по редактированию текста требует очень малых затрат процессорного времени, процессор успевает обслужить все рабочие места практически без ощутимой задержки. Большая часть времени процессора уделяется небольшому числу рабочих мест, где в данный момент запущены на выполнение программы. При этом, разумеется, средняя скорость работы каждой программы уменьшается, по крайней мере во столько раз, сколько программ выполняется одновременно.
Режим разделения времени стал огромным облегчением для программистов, которые вновь смогли в некоторой степени почувствовать себя «хозяевами» ЭВМ и получили возможность запускать программы на трансляцию и отладку хоть каждые 5 минут. Это позволило сократить сроки разработки и отладки программ.
Для трудоемких вычислительных заданий, предусматривающих счет по ранее отлаженным программам, режим разделения времени менее эффективен, чем пакетный, поскольку частое переключение процессора между выполняемыми программами требует дополнительных затрат времени.
Системы разделения времени используются в режиме диалога с пользователем, поэтому вместо громоздких, детализированных операторов JCL в них используются более простые команды, выполняющие элементарные действия – запуск программы, выдача на экран файла или каталога, копирование или удаление файла и т.п. Пользователю не нужно предвидеть заранее все возможные исходы выполнения команды, гораздо проще увидеть результат выполнения на экране и после этого принять решение, какую команду выполнять следующей. В то же время, некоторые часто повторяющиеся последовательности команд удобно описать один раз в виде «пакетного задания» и затем использовать при необходимости. В этом плане системы разделения времени сохраняют те удобные возможности, которые предоставляли пакетные системы.
Первоначально в качестве аппаратной основы систем разделения времени должны были использоваться «большие» ЭВМ, которые позднее стало принято называть «мейнфреймами» (mainframes). Позднее, по мере прогресса вычислительной техники, это стало по плечу даже миниЭВМ (так назывался в те годы класс компьютеров, занимавших всего лишь один-два небольших шкафчика). Следует особо упомянуть серию миниЭВМ PDP-11, имевшую широчайшее распространение во всем мире в течение полутора десятков лет.
Этот период (70-е годы в мире, 80-е в СССР) характерен глубоким развитием теории и практики создания мощных ОС, содержащих развитые средства управления процессами и памятью, реализующих многопользовательский режим работы. Из большого числа подобных систем особого упоминания заслуживает UNIX – единственная система, благополучно дожившая до нашего времени.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Режим разделения времени и особенности ОС с режимом разделения времени
Когда в составе компьютерных систем появились терминалы (вначале телетайпы, затем дисплеи), возникла необходимость реализации в ОС режима разделения времени (time sharing) – возможности одновременной работы пользователей со своими заданиями с терминалов, ввода заданий в систему, их запуска (при наличии свободного процессора), управления заданиями с терминала, их приостановки, отладки, визуализации на терминале их результатов. Рассмотрим особенности ОС с режимом разделения времени.
Хранение заданий в памяти или на диске. Ресурсы процессора в ОС с разделением времени распределены между несколькими заданиями, находящимися в памяти или на диске. Задание загружается в память (при наличии свободной памяти), если оно является пакетным и выбрано операционной системой для выполнения, либо если оно активируется пользователем с терминала. Процессор выделяется только тем заданиям, которые находятся в памяти.
Откачка и подкачка (swapping) — загрузка заданий с диска в память и их выгрузка из памяти на диск. В системе с разделением времени возможна ситуация, когда какое-либо задание, управляемое с терминала, неактивно (например, выполняет ввод- вывод, либо система ожидает ответа от пользователя, у которого в данный момент перерыв в работе). В этом случае ОС может принять решение о временной выгрузке (swap out) образа памяти задания из оперативной памяти на диск, с целью освобождения памяти для других заданий. При повторной активизации задания оно (при возможности) вновь загружается в память (swapped in). Подобная стратегия называется откачкой и подкачкой.
Поддержка диалогового взаимодействия между пользователем и системой. Когда ОС завершает исполнение пользовательской команды, она выполняет поиск следующего управляющего оператора (control statement),введенного с пользовательской клавиатуры.
Предоставление диалогового доступа к данным и коду пользовательской программы. В ОС с разделением времени обеспечивается возможность для пользователя ввода, запуска, редактирования, отладки своей программы с терминала, управления своим заданием (приостановки, с последующим возобновлением), просмотра его промежуточных результатов, состояния памяти и регистров, просмотра окончательных результатов на терминале при завершении задания.
Следует учитывать, что в ОС с разделением времени обрабатываются как пакетные, так и интерактивные (диалоговые) задания, поэтому система должна обеспечивать их диспетчеризацию – переключение в нужный момент с диалогового задания на пакетное, либо с одного диалогового (пакетного) задания на другое.
Режим разделения времени, наряду с пакетным режимом, был основным в операционных системах 1960-х – 1970х- гг.
Ключевые термины
FIFO (First-In-First-Out) – режим обслуживания некоторой очереди (например, очереди введенных заданий) в порядке их поступления.
UNIX -первая мобильная ОС для миникомпьютеров, разработанная в 1970 г. Б. Керниганом и Д. Ритчи на новом языке программирования Си.
Буферизация вывода (spooling) – хранение для каждого задания буфера его вывода (в виде области памяти или файла), накопление в буфере выводимой заданием информации и ее вывод полностью на устройство (принтер) при завершении задания.
ДИСПАК – отечественная операционная система для ЭВМ БЭСМ-6.
Диспетчер (dispatcher) – ранняя упрощенная версия операционной системы, — системная программа, управляющая прохождением пакета вводимых заданий.
Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ) – семейство отечественных mainframe -компьютеров 1970-х – 1980-х годов, разработанных путем копирования американских компьютеров серии IBM 360.
Задание (job) – пользовательская программа, введенная в систему с внешнего носителя или с терминала.
Мобильная (переносимая) ОС – операционная система, используемая на нескольких семействах компьютеров путем переноса ее кода (возможно, с небольшими изменениями).
Монитор – упрощенный вариант операционной системы; программа, осуществляющая поочередную обработку пользовательских заданий, с последовательной передачей управления от задания к заданию, по мере их завершения.
Мультипрограммирование (multi-programming) – одновременная обработка операционной системой нескольких пользовательских заданий.
Однозадачная операционная система – ОС, обрабатывающая, выполняющая и хранящая в оперативной памяти в каждый момент времени только одно пользовательское задание (программу).
Откачка и подкачка заданий (swapping) – загрузка задания с диска в оперативную память при его активизации и его выгрузка из памяти на диск при неактивности задания; выполняется в режиме разделения времени.
Пакетная обработка (batch mode) – обработка пакета заданий, введенных пользователями, с учетом их приоритетов и требуемых ими ресурсов.
Планирование загрузки процессора (CPU scheduling) – реализация в ОС алгоритмов выбора очередного задания их набора загруженных в память заданий и выделения кванта времени центрального процессора очередному выбранному заданию.
Разделение времени (time sharing) – поддержка операционной системой одновременной работы в системе нескольких пользователей с терминалов, управление прохождением своих заданий, выполнение их ввода, редактирования, компиляции, выполнения, отладки, визуализации результатов.
Распределения памяти для пользовательских заданий – выделение памяти операционной системой для загружаемого пользовательского задания и ее освобождение после завершения каждого задания.
Резидентная программа — программа, постоянно находящаяся в оперативной памяти по фиксированным адресам.
Система мини-ЭВМ (СМ ЭВМ) -семейство отечественных миникомпьютеров 1970-х – 1980-х годов, разработанных путем копирования американских компьютеров серии PDP 10 – PDP 11.
Тег – числовой код типа данных, хранящихся в рассматриваемом слове памяти, по которому аппаратура контролирует правильность выполнения операции над данными.
Управление процессами – параллельное (или поочередное — на однопроцессорном компьютере) выполнение пользовательских процессов; возможность явного запуска параллельных процессов, управления ими и их синхронизации.
Фрагментация памяти — дробление свободной памяти на мелкие несмежные участки, вследствие неточного совпадения размеров свободных и требуемых при запросах к ОС участков памяти.
«Эльбрус» — семейство отечественных многопроцессорных суперкомпьютеров (Эльбрус-1, Эльбрус-2) 1970-х – 1980-х годов, архитектура которого основана на использовании тегов, принципах динамизма и аппаратной поддержке механизмов реализации языков высокого уровня; в операционной системе впервые был реализован аналог многопоточных вычислений (multi-threading), а также были поддержаны виртуальная память, пакетный режим, режим разделения времени, динамическое выделение памяти по запросу, динамическая линковка и загрузка выполняемых программ при первом вызове.
Краткие итоги
В ранних mainframe -компьютерах операционные системы отсутствовали. Обращение к памяти осуществлялось по конкретным физическим адресам, обращение к внешним устройствам – специальными командам, также по физическим адресам.
В 1960-х гг. были разработаны диспетчеры – упрощенные варианты ОС, осуществлявшие поочередный пропуск пользовательских заданий.
Для классических ОС 1960-х – 1970-х гг. (ATLAS, MULTICS, OS IBM 360) были характерны поддержка мультипрограммирования, пакетного режима, режима разделения времени, управление процессами.
Первой мобильной ОС, использованной на нескольких аппаратных платформах, стала система UNIX, первая версия которой разработана в 1970 г.
Первые ОС для персональных компьютеров (1980-е гг.) – CP /M (для 8-разрядных процессоров) и MS-DOS (для 16-разрядных процессоров).
Операционная система MacOS фирмы Apple характеризуется удобным графическим пользовательским интерфейсом.
С начала 1990-х гг. до настоящего времени имеет место эволюция Windows от графической оболочки к MS-DOS до наиболее популярной ОС для настольных и портативных компьютеров (Windows 7, Windows 2008 и др.). Также популярна ОС Linux (как серверная ОС).
Наиболее распространены в мире операционные системы для мобильных устройств, ввиду широкой распространенности последних. Это прежде всего ОС Symbian. Windows в этом отношении на втором месте.
Наиболее распространенные диалекты ОС UNIX: Berkeley Software Distribution (BSD), в настоящее время – FreeBSD (University of Berkeley); System V Release 4 (SVR4) – фирмы AT Linux (RedHat, SuSE, Mandrake, Caldera, Debian, Fedora и другие диалекты); Solaris (Oracle / Sun); IRIX (Silicon Graphics); HP-UX (Hewlett-Packard); Digital UNIX (Digital / Compaq).
Из отечественных ОС следует отметить ОС ДИСПАК для БЭСМ-6 и ОС «Эльбрус» для МВК «Эльбрус», отличавшиеся оригинальными идеями и методами.
В 1970-х гг. в СССР было принято правительственное решение о копировании зарубежных компьютеров серии IBM 360, а затем – миникомпьютеров серий PDP -10 и PDP -11, которое на долгие годы предопределило развитие отечественной вычислительной техники и на 15-20 лет продлило срок использования их операционных систем.
Первые операционные системы для mainframe -компьютеров поддерживали обработку пакетов заданий в однозадачном режиме. Затем в ОС появилась поддержка мультипрограммирования и разделения времени, что привело к необходимости реализации в ОС распределения памяти для пользовательских заданий, диспетчеризации процессора и буферизации ввода-вывода.
Особенности ОС с поддержкой режима разделения времени: хранение заданий в памяти либо на диске, с их откачкой и подкачкой (swapping) по мере необходимости; поддержка интерактивного взаимодействия между пользователями и ОС; поддержка диалогового доступа к коду и данным пользователей.
Вопросы и задания для самопроверки:
1. Каким образом происходило обращение к памяти и к внешним устройствам для ранних моделей компьютеров, при отсутствии операционных систем?
2. Назовите классические операционные системы 1960-х – 1970-х гг., зарубежные и отечественные.
3. Каковы основная цель и идея разработки ОС UNIX?
4. Назовите операционные системы для 8-разрядных, 16-разрядных и современных персональных компьютеров.
5. Какая операционная система является наиболее распространенной в мире?
6. Назовите известные Вам диалекты ОС UNIX.
7. Каковы основные возможности отечественной ОС ДИСПАК и для каких компьютеров она была разработана?
8. Какие оригинальные идеи были положены в основу системы «Эльбрус» и ее операционной системы?
9. Какие зарубежные серии компьютеров были скопированы в СССР в 1970-е гг. и под какими названиями? В чем, по-Вашему, состояли плюсы и минусы подобного подхода к развитию вычислительной техники?
10. Каковы особенности однозадачных ОС для mainframe -компьютеров с поддержкой пакетного режима?
11. Что такое монитор?
12. Как распределялась память в однозадачных ОС?
13. Что такое режим мультипрограммирования?
14. Как распределяется память в ОС с поддержкой мультипрограммирования?
15. Какие функции выполняла ОС с пакетной обработкой заданий и поддержкой мультипрограммирования?
16. Что такое режим разделения времени и каковы особенности ОС, поддерживающих этот режим?
17. Что такое откачка и подкачка заданий?
18. Какие возможности предоставлялись пользователю операционной системой для управления его заданием в режиме разделения времени?
Источник: infopedia.su