Критерии эффективности ОС

Мультипрограммирование применяется для повышения эффективности вычислительной системы.

Эффективность же может пониматься как

- общая пропускная способность вычислительной системы;

- удобство работы пользователей, например, возможность интерактивной работы для нескольких пользователей или возможность работы одного пользователя с несколькими приложениями на одной машине;

- реактивность системы – то есть способность системы выдерживать заранее заданные (возможно, очень короткие) интервалы времени между запуском программы и получением результата.

В зависимости от выбранного критерия эффективности операционные системы делятся на:

- системы пакетной обработки (например, OC EC),

- системы разделения времени (UNIX, VMS),

- системы реального времени (QNX, RT/11).

Системы пакетной обработки служат для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов.

Главной целью и критерием эффективности таких систем является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени.

Схема функционирования систем пакетной обработки данных:

ü в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам;

ü из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины; (в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом).

!!! Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается " выгодное" задание.

Þ таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.

В системах пакетной обработки переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому одна задача может надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных задач.

Þ взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

Основной недостаток систем пакетной обработки - изоляция пользователя-программиста от процесса выполнения его задач.

Системы разделения времени призваны исправить недостаток систем пакетной обработки данных.

Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой.

Каждой задаче выделяется только квант процессорного времени,

Þ ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым.

Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.

!!! Системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как

1) на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая " выгодна" системе,

2) увеличивается время работы, так как выполняется более частое переключение процессора с задачи на задачу.

Таким образом, критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п.

Существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме.

Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия).

Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы - реактивностью.

Для этих систем мультипрограммная смесь представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется исходя из текущего состояния объекта или в соответствии с расписанием плановых работ.

Замечание. Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть - в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым режимом.

Типы и классы операционных систем.

Все операционные системы можно разделить на две группы:

1. многопользовательские - предусматривающие одновременную работу и обращение к системным ресурсам нескольких пользователей с отдельных терминалов, подключенных к общей ЭВМ или серверу. Примером такой ОС может быть система UNIX, ОС для больших ЭВМ типа Main frame - OS 400 или PRIMUS (для ЕС ЭВМ).

1. однопользовательские - предусматривающие работу за компьютером или на рабочей станции только одного пользователя.

В свою очередь, они подразделяются на три группы:

1. однозадачные - т.е. способные выполнять в любой момент времени только одну пользовательскую, системную или прикладную задачу. Классическим примером таких ОС является система MS DOS и DOS - подобные системы.
2. сетевые - работающие с несколькими ПЭВМ, объединенными в компьютерную сеть: Novell NetWare, Windows NT и др.
3. многозадачные - позволяющие на одном комьютере в любой момент времени выполнять одновременно несколько задач, например, распечатывать текст на принтере, редактировать документ и выполнять вычисления. К таким системам относятся Windows’95 и OS/2.

По реализации многозадачности все многозадачные ОС делятся на две группы:

• с кооперативной многозадачностью - это ОС, где задачи сами следят за временем своего выполнения, а потом передают управление другой задаче (так называемое переключение по событию). То есть, если задача сама не отдает ресурсы, то у неё их «отнять» нельзя. Такими системами являются DOS+ Windows 3.11, Windows’95, Novell NetWare.
• c вытесняющей многозадачностью - в таких ОС системные ресурсы выделяются задаче специальным диспетчером в зависимости от приоритетов задачи и ресурса на некоторое непродолжительное время (квант времени ~ 0.1 мксек.), а потом эта задача принудительно выгружается. Таким образом, у пользователя и прикладной программы создается полная иллюзия одновременного выполнения нескольких задач. Такие ОС называются истинно многозадачными. Это OS/2 Warp, Windows NT, UNIX.