Занятие пятое: что здесь делают все эти люди?

Это не люди, это пользователи...

Однозадачная система

• Пакетный режим обработки задач (программ): сначала первая, затем -- рорая и т. п.
• Преимущество: программе доступны ресурсы компьютера
• Недостаток: неэкономное расходование вычислительных мощностей на обменных задачах

Многозадачная однопользовательская система

Обменные и счётные программы

• Счётная программа занимается, в основном, вычислениями и редко использует внешние устройства

  • Признак: всегда задействуется 100% вычислительных ресурсов (процессор всё время работает)

  • Примеры: архивация больших файлов с высокой степенью сжатия, физические расчёты

• Обменная программа занимается, в основном, вводом и выводом, а вычисляет относительно немного

  • Признак: большую часть времени процессор простаивает, программа ожидает окончания операции ввода-вывода

  • Примеры: коприрование множества файлов, передача данных по медленному каналу связи

Самое медленное внешнее устройство -- человек!

Псевдопараллелизм

• Программы выполняются в режиме разделения времени: немного (один квант веремени) поработает одна программа, затем -- другая, затем -- третья и т. д., затем -- опять первая, вторая, ...

• Две псевдопараллельные счётные задачи работают в два раза медленнее одной
• Несколько псевдопараллельных обменных задач работают так же быстро (если не спорят из-за доступа к устройству ввода-вывода)
• Если программа (скорее всего, обменная задача) не готова работать (операция ввода-вывода не закончилась), нет смысла отдавать ей квант; такая программа становится в "очередь для тех, кто без очереди" и отработывает свой квант времени, как только будет готова

Достоинства:

• более рациональное использование ресурсов компьютера
• иллюзия параллельности (особенно для пользователя-человека)

Недостатки (сложности):

• Необходимо распределять ресурсы между программами (память, нешние устройства)

• Необходимо защищать ресурсы одной программы от порчи другими программами

• При переключении с одной (не доработавшей до конца) программы на другую необходимо сохранять контекст процесса, т. е. всю информацию, которая позволить продолжить выполнение этой программы "как ни в чём не бывало" (регистры процессора, карту памяти и т. п.). Переключение контекстов само по себе требует ресурсов компьютера.

Квант времени -- промежуток времени, в течение которого программа выполняется непрерывно.

Контекст процесса -- информация, достаточная для того, чтобы возобновлять выполнение задачи.

Супервизор

Процесс -- поддержка многозадачности центрвльным процессором:

• Процесс имеет доступ только к выделенной ему оперативной памяти

• Один процесс не имеет возможности напрямую использовать оперативную мамять другого процесса

• Существуют таблицы процессов и команды сохранения и восстановления контекста процесса

Выделение памяти и переключение контекстов -- команды процессора, недоступные обычным процессам. Ровно один процесс имеет возможность выполнять эти команды и доступ ко всей оперативной памяти компьютера. Этот процесс называется супервизором. Как правило, в режиме супервизора работает только ядро операционной системы.

Многогопользовательская система

Человек -- самое медленное устройство в/в, поэтому подключение нескольких таких устройств к одному компьютеру не должно замедлить работу системы Достоинства:

• Экономия вычислительных ресурсов
• Совместное использование разделяемых ресурсов
• Одну большую машину администрировать намного проще и дешевле, чем сто маленьких

Недостатки (сложности):

• Необходимо распределять и учитывать ресурсы, потребляемые разными пользователями
• Необходимо разграничивать доступ пользователей к данным другим пользователей, в т. ч. на устройствах хранения
• Необходимо каждому пользователю предоставить удобный интерфейс по управлению системой

Следствия:

• Пользователь -- это не человек, а причина, по которой запускаются процессы

• Нужна "политика доступа к ресурсам", то есть првила, сопоставляющие пользователей, процессы и объекты системы (например, файлы)

• Нужен универсальный, и притом множественный интерфейс, т. е. средство управления компьютером, которое можно предоставить сразу нескольким пользователям