Главная | Обратная связь

Классификация операционных систем

Основным вычислительным ресурсом является процессор. Существует также множество второстепенных ресурсов – это и оперативная память, и внешние устройства, и множество системных (программных) объектов. В зависимости от стратегии управления различными ресурсами выделяют несколько типов ОС.

Многозадачность

По числу одновременно выполняемых задач (программ) выделяют два типа ОС: однозадачные и многозадачные.

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, внешние устройства и проч. Иначе говоря, многозадачные ОС позволяют запускать сразу несколько программ в одном сеансе. Соответственно многозадачность – свойство ОС или среды программирования обеспечивать возможность параллельной (псевдопараллельной) обработки нескольких процессов.

Например, DOS является однозадачной ОС, а Windows – многозадачной.

Несомненным минусом однозадачных ОС является то, что задачи выполняются по очереди. Выполняемая задача может занять достаточно продолжительное время, прежде чем будет завершена. При этом может возникнуть такая ситуация, что текущая задача (Pr1) будет ждать ввода от пользователя или внешнего устройства, в то время, как процессор будет простаивать (рис. 1).

Ясно, что последовательное выполнение ведет к тому, что каждая отдельная задача выполняется быстрее, чем в многозадачных ОС (нет затрат на переключение между задачами), но в сумме, производительность многозадачных ОС много выше, поскольку в них отсутствует, например, факт простоя процессора.

Рисунок 1 – Неоптимальное использование ресурсов в однозадачных ОС

Сеансы

По числу одновременно работающих пользователей (количеству сеансов) ОС подразделяют на два типа: однопользовательские и многопользовательские.

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

Примером однопользовательской системы может служить DOS. К многопользовательским относятся, например, Linux и Windows.

1.7.3. Стратегии планирования

Многозадачность подразумевает конкурентный доступ к разделяемому ресурсу. Одним из таких ресурсов является процессорное время. В связи с этим существует два основных подхода распределения процессорного времени: централизованный и децентрализованный. Первый предполагает наличие централизованного механизма управления задачами – диспетчера задач. Децентрализованный подход подразумевает, что каждая выполняемая программа самостоятельно контролирует время доступа к ресурсу, при освобождении ресурса управление передается следующей в очереди программе.

Стратегия планирования с использованием диспетчера задач получила название вытесняющая многозадачность. И, наоборот, при децентрализованном управлении задачами, имеет место невытесняющая многозадачность.

Примером ОС с невытесняющей многозадачностью могут служить NetWare и Windows 3.x. Вытесняющая многозадачность используется в большинстве современных ОС.

Пакетная обработка

Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени.

Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; 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; так, например, 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. Следовательно, в 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 (рис. 2). Поэтому одна задача может надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных задач.

Рисунок 2 – Выполнение задач в ОС пакетной обработки

Разделение времени

Один из способов реализации вытесняющей многозадачности – это разделение времени между выполняемыми задачами. В таких системах каждой задаче выделяется определенный интервал времени – квант, – в течение которого она выполняется. По истечении кванта управление передается следующей в очереди задаче. Продолжительность кванта выбирается таким, чтобы время отклика было приемлемым. Таким образом, складывается впечатление параллельного выполнения программ. Ясно, что системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая «выгодна» системе, и, кроме того, имеются накладные расходы вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.

На рисунке 3 приведен пример временной диаграммы работы ОС с разделением времени.

Рисунок 3 – Временная диаграмма работы ОС с разделением времени