Единицы работы вычислительной системы

Основными единицами работы вычислительной системы являются задание, пункт задания и задача. 3адание является внешней единицей работы. С заданием связаны пункты задания. Именно в терминах заданий и пунктов заданий пользователь формулирует работу вычислительной системы.

Для реализации заданий и их пунктов операционная т. система образует задачи (или процессы). Задача является внутренней единицей работы вычислительной системы и может выполняться параллельно с другими задачами. Таким образом, она является единицей мультипрограммирования.

В Задание представляет собой совокупность действий, которые должна произвести вычислительная система для выполнения некоторой работы, т. е. вычислений в некотором конкретном применении. Задание включает в себя выполнение одной или нескольких связанных программ, например: расчета и вывода ведомости заработной платы; ввода, сортировки и вывода набора данных; трансляции, редактирования и выполнения модуля и т. д. Задания никак не связаны друг с другом и не могут влиять друг на друга, поэтому их можно выполнять одновременно в режиме мультипрограммирования.

Каждое задание должно быть описано на языке управления заданиями. Ввод заданий осуществляется через одно или несколько устройств системного ввода. Последовательность заданий, поступающая в систему, называется входным потоком заданий. Он формируется случайным образом по мере поступления заданий в вычислительный центр на обработку.

Задание состоит из одной или нескольких логических частей, выполняемых последовательно. Такие части называются пунктами (шагами) задания. Отмеченные пункты одного задания должны выполняться строго последовательно, так как они передают данные друг другу.

С каждым пунктом задания связано выполнение некоторой программы. Она может быть единственной программой в пункте задания либо может динамически вызывать другие программы в процессе своего выполнения. Имя этой программы указывается при описании пункта на языке управления заданиями. Выполнение пункта задания влияет на последующие пункты. Предыдущие пункты могут передавать наборы данных последующим пунктам задания.

Пользователь сообщает системе о своем задании и его пунктах на языке управления заданиями. На этом языке система получает информацию о задании и программе, характеристики данных, требования к устройствам. Важно подчеркнуть, что эта информация сообщается системе при выполнении задания.

При инициировании выполнения для каждого пункта задания создается задача (задача пункта задания), основой которой является программа пункта задания. Задача может образовать подзадачи, выполняемые параллельно с породившей ее задачей и другими подзадачами. В свою очередь, подзадача может образовывать собственные подзадачи и т. д. Таким образом, с помощью подзадач можно распараллеливать выполнение программ, повышая уровень мультипрограммирования.

Пакетная обработка заданий. Пакет заданий образует входной поток, который содержит их описание на языке управления заданиями. Это описание может содержать входные наборы данных. Операционная система автоматически выполняет непрерывный поток заданий, что уменьшает необходимость ручного вмешательства оператора в процесс обработки.

 

Виртуальные системы.

Виртуальные системы позволили сделать новый шаг в развитии операционных систем в направлении повышения их эффективности и развития диалоговых режимов в сочетании с режимом пакетной обработки.

Причины появления виртуальных систем. Вычислительные системы III поколения обеспечены современными операционными системами, которые характеризуются многофункциональностью, широким охватом областей применения, выключением всех режимов функционирования.

Основным свойством таких операционных систем является их универсальность. Обеспечение универсальности — важнейшее требование на современном этапе развития вычислительных систем. Универсальность операционных систем определяется прежде всего обеспечением множественного доступа к отдельным ресурсам вычислительной системы, а также к системе в целом. В режиме пакетной обработки множественный доступ выражается в одновременной обработке нескольких заданий (потоков заданий); в режиме реального времени — в одновременном функционировании нескольких процессов, обрабатывающих данные, которые поступают в реальном масштабе времени; в диалоговом режиме — в одновременном обслуживании нескольких терминалов пользователей.

Основой, на которой строится множественный доступ, является мультипрограммный режим работы вычислительной системы, обеспечиваемый операционной системой. Операционные системы обычно обеспечивают возможность одновременного функционирования нескольких режимов, например диалогового режима и режима пакетной обработки. В связи с этим указанные режимы строятся на базе общей мультипрограммной управляющей программы (рис. 9).

Диалоговые режимы обычно реализуются на базе системы разделения времени (СРВ), одновременно обслуживающей большое число пользователей удаленных или локальных терминалов. В результате включения большого числа обеспечиваемых функций и режимов «традиционные» операционные системы потеряли концептуальную «чистоту» и структурное единство, что нередко приводило к значительному и неоправданному росту их объемов и увеличению доли времени, теряемого на управленческие функции. Структура таких операционных систем породила ряд проблем.

1. Обеспечение пакетного и диалогового режимов тесно переплетается в одной управляющей программе (УП), которая становится сложной из-за одновременного функционирования обоих режимов. Возникают трудности при разработке, так как изменения, вносимые в программы для одного режима, могут повлиять на функционирование другого режима. Трудности при эксплуатации — аварийные ситуации одного режима влияют на функционирование другого режима. Управляющая программа становится громоздкой и плохообозримой.

2. Пользователь отделен от вычислительной машины сложной «прослойкой» управляющей программы. Взаимодействие пользователя с техническими средствами осуществляется через сложные алгоритмы УП; УП теряет «прозрачность».

 

 

Рис. 9. Структура «традиционных» ОС III поколения

 

3. Использование основной памяти приводит к возникновению проблемы «фрагментации» памяти, решение которой требует странично-сегментной организации памяти.

4. Интенсивность использования отдельных ресурсов требует дальнейшего её повышения. В первую очередь это относится к центральному процессору и реальной оперативной памяти.

5. Объемы отдельных ресурсов являются недостаточными. Желательно расширение объема ресурса, что относится в первую очередь к основной памяти.

6. Часто возникают потребности на одной реальной ЭВМ использовать одновременно различные операционные системы, или несколько вариантов одной и той же I операционной системы, или независимые программы, что не может быть реализовано «традиционной» УП. I Введение концепции логического или виртуального ресурса, а также виртуальной машины значительно продвинуло вперед решение этих проблем. Концепция виртуального ресурса (машины), появившаяся в 60-х годах, в настоящее время распространена достаточно широко. Однако она требует дальнейшего развития и изучения. Виртуальные ресурсы обычно соответствуют некоторым реально существующим (программным или аппаратным). Их моделирование осуществляется программно-аппаратным или чисто программным способом. Использование виртуального ресурса осуществляется через более простой и/или более эффективный интерфейс. Использование виртуального ресурса позволяет снять ряд «досадных» ограничений или недостатков, которыми обладают реальные ресурсы. Примером может служить введение понятия виртуальной памяти, размер которой считается практически неограниченным. В результате при разработке программного проекта не возникает задачи размещения программ и данных в ограниченном объеме реальной памяти. Это ограничение снимается также и для операционной системы, что может повысить ее эффективность.