Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf

Приоритетное обслуживание может осуществляться либо без прерывания кванта времени, либо с прерыванием. При обслу­ живании без прерывания кванта переход к обслуживанию оче­ редного требования осуществляется только в конце текущего кванта времени, поэтому возможна ситуация, когда в данный момент обслуживается требование не самого высокого прио­ ритета.

При обслуживании с прерыванием кванта в любой момент времени осуществляется выполнение программы, принадлежащей очереди с наивысшим приоритетом.

В этом случае возможны два варианта организации вычис­ лений:

— повторение вычислений при возврате к прерванной про­ грамме, начиная с той операции, которая соответствует началу прерванного кванта; при этом теряется часть кванта, предше­ ствующая моменту приоритетного прерывания;

— возобновление вычислений при возврате к прерванной про­ грамме, начиная с того места программы, где эти вычисления были прерваны.

Рассмотрим конкретные примеры организации очередности об­ служивания требований (программ), применяемые в существую­ щих СРВ [64, 65].

Организация очередей в соответствии с алгоритмом FBjV (FB — начальные буквы английского словосочетания Foreground — Background). Алгоритм разработан применительно к однопроцес­ сорной СРВ. Из программ, имеющихся в системе, организуется ряд очередей, которым присваиваются номера от 1 до N. Вновь прибывающие требования на обслуживание (на выполнение про­ грамм) поступают в конец очереди № 1. Программы выполняются в такой последовательности. Сначала выполняется программа, стоящая первой в очереди № 1. Ей предоставляется квант вре­ мени Ткв* Если за время тКв выполнение этой программы закан­ чивается, результаты выводятся на печать или вообще каким-то образом регистрируются и к исполнению принимается следующая программа из первой очереди. В противном случае незавершенная программа отправляется в конец очереди № 2 и т. д. Так про­ должается до тех пор, пока в очереди № 1 не останется ни одной программы. Затем таким же образом выполняются программы из

390

реди, а вновь прибывающие программы поступают в конец пер­ вой очереди. Из первой очереди программы выбираются для вы­ полнения по принципу кругового обслуживания, причем каждая из них проходит не более трех циклов обслуживания. В каждом цикле программе предоставляется один квант времени (ткв= = 600 мсек). Программы, на выполнение которых трех квантов оказалось недостаточно, из первой очереди отправляются в конец второй очереди.

Во второй очереди, где также используется принцип кругового обслуживания, программы выполняются в течение одного цикла, причем каждая из них получает от одного до шести квантов вре­ мени (здесь также т:кв= 600 мсек). Незавершенные программы от­ правляются в конец третьей очереди, где они обслуживаются за один цикл. За время цикла каждой программе предоставляется до 20 квантов по 600 мсек. После окончания каждого кванта вре­ мени выполнение программ из очередей № 2 и 3 может быть прервано, если за это время появились программы в первой оче­ реди.

Выполнение в СРВ программ абонентов по частям с предостав­ лением каждой из них определенного количества квантов времени связано с заметным снижением производительности (эффектив­ ного быстродействия) центрального процессора за счет непроизво­ дительных передач информации между оперативной памятью и ВЗУ, поскольку все активные программы, т. е. программы, требую­ щие машинного времени, не могут быть размещены в ОЗУ. При прочих равных условиях потери времени, обусловленные обменом информацией между ОЗУ и ВЗУ, возрастают с уменьшением величины кванта, так как увеличивается число смен про­ грамм.

Один из возможных способов уменьшения числа непроизводи­ тельных передач информации между ОЗУ и ВЗУ состоит в том, что при квантовании приоритетного обслуживания требований каждому уровню приоритета ставится в соответствие своя вели­ чина кванта времени, причем с увеличением номера уровня вели­ чина кванта возрастает. В процессе обслуживания требований происходит перемещение их из одной очереди в другую. Если вы­ полнение некоторой программы при предоставлении ей очеред­ ного кванта, не завершено, соответствующее этой программе тре­ бование перемещается в конец очереди, принадлежащей следую­ щему уровню приоритета с большим номером. Следовательно, требования с большим временем обслуживания получают большие значения квантов. Передвижение требования из одной очереди в другую, связанное с увеличением суммарного времени ожидания обслуживания, происходит до определенного момента. Если время ожидания требования в очереди превышает некоторую величину Т, это требование перемещается в конец очереди, принадлежащей следующему уровню приоритета с меньшим номером. Очевидно, что такой способ сокращения числа непроизводительных передач информации не применим в случае, когда реализуется приори­

391

тетное обслуживание по принципу «чем важнее требование, тем выше его приоритет».

Можно добиться уменьшения времени обслуживания требова­ ний за счет сокращения простоев процессора при обмене инфор­ мацией между ступенями памяти СРВ путем регулировки вели­ чины кванта времени. При уменьшении числа требований величи­ на кванта увеличивается, следовательно, уменьшается количество непроизводительных передач информации и сокращается время на обслуживание требовании.

§ 12.5. Показатели качества функционирования систем с разделением времени

Основные цели, которые преследуются при организации работы ЦВМ в режиме разделения времени, существенно отличаются от главной задачи, решаемой в режиме пакетной обработки. Главное для режима пакетной обработки — максимальная производитель­ ность ЦВМ или минимальное время на решение заданного пакета задач. Это достигается путем рациональной организации работы машины, установлением таких правил перехода от одной рабочей программы к другой, при которых наиболее широко используются совмещения в работе отдельных устройств ЦВМ, а, значит, коэф­ фициент загрузки этих устройств повышается. Следовательно, главная задача в режиме пакетной обработки решается путем оптимизации использования оборудования. Естественный показа­ тель качества функционирования машины в таком режиме — вре­ мя на реализацию заданного набора задач.

В режиме работы с разделением времени главным является обеспечение удобств для абонентов в процессе их взаимодействия с ЦВМ. Эти удобства определяются наличием общедоступных и простых в использовании языков программирования, качеством операционной системы, наличием достаточно простого командного языка для связи абонентов с машиной посредством операционной системы, организацией длительного хранения информационных массивов (в частности, программ) абонентов, возможностью сов­ местного использования одновременно работающими абонентами библиотеки стандартных программ, хранящихся в ЗУ машины, возможностью получения результатов решения задач в приемле­ мые сроки. Количественно оценить показатели, определяющие сте­ пень удобства тех или иных систем программирования, операцион­ ных систем, систем хранения информационных массивов, либо довольно трудно, либо вообще невозможно. Поэтому качество функционирования СРВ чаще всего оценивается с помощью вре­ менных показателей.

Наиболее распространенными являются следующие показатели качества функционирования СРВ.

Полное время обслуживания абонента (Гоа)— это интервал времени от момента подачи запроса на обслуживание до момента получения результатов решения задачи абонента или ответа на

392

запрос. Иногда это время называется также временем реакции си­ стемы на запрос.

Максимальное число абонентов, которые одновременно могут обслуживаться системой.

Коэффициент замедления — отношение времени Гоа, получен­ ного при максимальном числе одновременно работающих абонен­ тов, ко времени Гоа, определенному для случая, когда запрос на обслуживание.поступил только от одного абонента.

Коэффициент эффективности программ операционной системы (т]), с помощью которого оцениваются затраты времени на работу самой операционной системы:

где Тц— время одного цикла обслуживания; это время, в течение которого каждой из обслуживаемых рабочих программ абонентов предоставляется один квант времени ткв;

Гос — время, затрачиваемое на работу программ операционной системы в течение Гц.

Определение конкретных значений указанных показателей с достаточной точностью связано с необходимостью моделирования процесса функционирования СРВ с учетом специфических для таких систем факторов.

Существенной особенностью СРВ является то, что абоненты составляют неотъемлемую часть системы, поэтому точная оценка качества ее функционирования должна проводиться с учетом их поведения. В СРВ абонент может рассматриваться как адаптив­ ная и изменяющаяся система. Понятие взаимодействия абонента с центральным процессором СРВ включает в себя вопросы связи, обработки и обмена информацией. В процессе такой активной

некоторые направленные управляющие воздействия.

Можно выделить два аспекта в поведении абонента во время работы его в СРВ:

— абонент наперед программирует свои действия, т. е. он за­ ранее решает, что необходимо будет сделать в той или иной си­ туации;

—абонент действует после обдумывания и некоторой оценки,

врезультате которой выявляется наиболее приемлемый путь к достижению поставленной цели.

Оба эти аспекта могут иметь место в различном соотношении не только при решении различных задач в СРВ, но и при решении одной достаточно сложной задачи. Эффект взаимодействия чело­ века с машиной в значительной степени определяется квалифика­ цией абонентов, уровнем их подготовки, поэтому при полной и глубокой оценке качества функционирования СРВ каждый або­

нент должен представляться своей математической моделью. Тогда объединенная модель абонентов — это сложная модель, со­

393