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

стоящая из отдельных моделей абонентов, работающих с набором различных задач.

Для определения значений показателей качества функциони­ рования СРВ могут быть использованы как аналитические мето­ ды, так и метод статистического моделирования.

В основу аналитических методов оценки качества СРВ обыч­ но кладутся непрерывные марковские процессы. Число состояний в таком процессе определяется числом активных абонентов. При­ менение аналитических методов оценки связано с необходимостью различных ограничений, допущений, упрощений. В имеющихся оте­ чественных и иностранных материалах по оценке СРВ с помощью аналитических методов, как правило, принимается, что СРВ пред­ ставляет собой систему массового обслуживания с одним обслу­ живающим прибором, моменты поступления запросов образуют однородный пуассоновский поток, длительности обслуживания абонентов являются независимыми случайными величинами с экс­ поненциальным распределением.

Естественно, что такие допущения приводят к результатам, ко­ торые могут приниматься лишь за ориентировочные оценки каче­ ства функционирования СРВ. Тем не менее применение аналити­ ческих методов для предварительной, прикидочной оценки вполне оправдано и в отдельных случаях может дать хорошие резуль­ таты. Например, в [62] показано, что марковская модель однопро­ цессорной СРВ дает достаточно точное предсказание среднего времени обслуживания абонента как функции числа абонентов, взаи­ модействующих с системой. Такая точность объясняется, очевидно, тем, что основное влияние на результат оценки качества функцио­ нирования однопроцессорной СРВ оказывают среднее время об­ думывания (это средний интервал времени между моментом, когда абонент получил от центрального процессора ответ о реализации его последнего кванта информации по данному запросу, и момен­ том посылки абонентом очередного кванта), среднее время работы процессора и число активных абонентов. Все эти величины фигу­ рируют в марковской модели.

Применение аналитических методов особенно целесообразно

преимуществ), предоставляемые организацией работы ЦВМ в ре­ жиме разделения времени;

—установить факторы, оказывающие наибольшее влияние на размеры упомянутых преимуществ;

—выяснить, к каким изменениям в качестве функционирова­ ния системы приводят изменения тех или иных ее параметров.

Эта цель достигается с помощью аналитических методов, кото­ рые могут существенно облегчить и ускорить разработку СРВ, выбор оптимальной структуры системы и выбор дисциплины об-

394

служивания абонентов, поскольку применение этих методов дает возможность:

—получить предварительную информацию, на основании ко­ торой можно судить о целесообразности использования режима разделения времени;

—существенно сократить объем работы при использовании метода статистического моделирования, когда проводится более

полная и глубокая оценка СРВ выбранной структуры; сокращение объема работы осуществляется за счет возможности экстраполя­ ции в широких пределах результатов моделирования СРВ для от­ дельных вариантов набора ее параметров;

— более целенаправленно осуществлять поиск приемлемых ва­ риантов структуры СРВ или дисциплины обслуживания або­ нентов.

Рассмотрим задачу определения максимального числа рабочих программ абонентов, которые одновременно могут выполняться в однопроцессорной СРВ. Будем полагать, что для однопроцессор­ ной СРВ цикл обслуживания п рабочих программ состоит из сле­ дующей рекуррентной неперекрывающейся последовательности операций: запоминание (перепись из ОЗУ в ВЗУ) выполняемой программы, для которой очередной квант времени ткв закончился, загрузка (перепись из ВЗУ в ОЗУ) следующей рабочей програм­ мы, выделение кванта времени для ее выполнения. Здесь имеется в виду то обстоятельство, что емкость оперативной памяти не­ достаточна для хранения всех одновременно выполняемых про­ грамм, что обычно и имеет место в процессе функционирования СРВ.

Тогда при циклическом выполнении программ абонентов спра­ ведливо следующее очевидное соотношение:

,лмакс

,гмакс п

(тгп — время на перепись /-й программы из ОЗУ в ВЗУ или на­

оборот) .

Из (12.1) видно, что при фиксированных значениях Тц, т], -сп увеличение пмаис возможно за счет уменьшения ткв.

При n = const величина Тц, получаемая из соотношения (12.1), может быть существенно сокращена, если перепись (i-H)-ft про­ граммы (из числа одновременно выполняемых) из ВЗУ в ОЗУ бу­ дет осуществляться заранее, во время реализации i-и программы.

В этом случае

Если, кроме того, перепись t-к программы (после предостав­ ления ей очередного кванта времени) из ОЗУ в ВЗУ осуще­ ствляется одновременно с выполнением (/+1)-й программы, то

Организация работы СРВ, при которой справедливы соотно­ шения (12.2) и (12.3), возможна в случае, когда тп ^ хкп. Таким образом, за счет динамического перемещения программ между за­ поминающими устройствами различных уровней, выполняемого в

ло Ломакс одновременно обслуживаемых активных абонентов, нуж­ дающихся в машинном времени центрального процессора, может быть больше величины /гм ак с. Это объясняется следующим:

— при решении своей задачи абонент сравнительно много вре­ мени затрачивает на обдумывание и анализ промежуточных ре­ зультатов, он обычно не успевает за процессором;

— средний абонент не является профессионалом, поэтому он больше затрачивает времени на ручной ввод информации при ра­ боте с периферийными устройствами;

— довольно много времени уходит на выдачу данных або­ ненту.

Величина р - £ ызкс устанавливается в результате обобще-

^макс

ния статистических данных по работе абонентов в различных СРВ.

Глубокая и достаточно полная оценка качества функциониро­ вания СРВ осуществляется с помощью метода статистического моделирования, представляющего собой метод исследования сложных динамических процессов путем многократных реализаций на универсальной ЦВМ статистической модели изучаемого про­ цесса и обработки большого объема вырабатываемой статистиче­ ской информации, которая по своему характеру близка к инфор­ мации, получаемой в ходе натурных испытаний. Под статистиче­ ской моделью понимается совокупность соотношений (математиче­ ских, логических), в наиболее полной форме воспроизводящих кар­ тину реальных процессов, имеющих место в рассматриваемых системах при некоторых значениях случайных возмущающих фак­

торов.

Для оценки качества функционирования СРВ плодотворным оказывается сочетание аналитических методов и метода статисти­ ческого моделирования. В этом случае аналитические методы ис­ пользуются для приближенной оценки системы, а метод статисти­ ческого моделирования—для более полной и точной оценки.

396

§ 12.6. Операционная система

Операционная система (ОС) многопрограммной ЦВМ должна обеспечивать организацию функционирования машины в различ­ ных режимах работы, в том числе в режиме разделения времени, если машина снабжена мультиплексным и селекторными канала­ ми и соответствующей периферийной аппаратурой. В режиме раз­ деления времени операционной системой решаются задачи двух типов: управление обменом информацией между абонентами и машиной и управление выполнением рабочих программ в самой машине. Операционная система современных СРВ должна обла­ дать свойством адаптируемости к разнообразию условий и обла­ стей применения: состав активных. абонентов и характер решае­ мых ими задач могут изменяться в достаточно широком диапазо­ не, могут изменяться также и периферийные технические средства (внешние устройства ввода — вывода).

Обеспечение адаптируемости, расширения функций и возмож­ ностей операционной системы с целью использования ее с новой аппаратурой, для новых областей применения и с новыми про­ граммами по мере их появления достигается с наименьшими затратами при использовании принципа модульного программирова­ ния. Этот принцип зародился еще в классическом понятии под­ программы, которая представляет собой независимый блок обра­ ботки информации, работающий с некоторым количеством данных, задаваемых вызывающей программой. Результаты, полученные после выполнения подпрограмм, возвращаются этой вызывающей программе.

Модульное программирование состоит в том, что процесс об­ работки информации разбивается на ряд элементарных процессов или модулей. В применении к операционной системе модульное программирование сводится к разбиению ее программ на модули, каждый из которых специализирован на управлении определенной совокупности операций, выполняемых в СРВ. При этом один и тот же модуль может использоваться для нескольких программ. Мо­ дули могут формироваться и отлаживаться независимо друг от друга, т. е. разными программистами. Благодаря модульной струк­ туре программы операционной системы легко поддаются измене­ нию либо заменой модулей, либо подключением новых, либо пере­ становкой модулей, определяющих процесс обработки информа­ ции. Таким образом, модульное программирование является мощ­ ным средством для построения адаптивных систем.

Структура операционной системы СРВ довольно тесно связана со структурой самой машины, поэтому подробное описание про­ грамм ОС имеет смысл лишь применительно к конкретной СРВ. Однако несмотря на разнообразие структур операционных систем можно выделить более или менее типовые ее компоненты. Можно считать, что операционная система состоит из управляющей про­ граммы и совокупности системных обслуживающих программ, ра­ ботающих под контролем управляющей программы. К обслужи­

397

вающим программам относятся программы переписи информации из одного ЗУ в другое, система отладочных программ, программы упорядочения массивов информации и др.

Управляющая программа составляет основу ОС. Она выпол­ няет функции супервизора и монитора, т. е. все управляющие и координирующие функции в СРВ. В ее состав входят программы управления заданиями (диспетчер заданий), программы управле­ ния задачами (диспетчер задач), программы управления данными (диспетчер данных). Существенная функция управляющей про­ граммы— управление системными ресурсами, т. е. регистрация за­ просов на ресурсы, согласование противоречивых требований, рас­ пределение ресурсов. Системными ресурсами являются произво­ дительность центрального процессора, емкость ЗУ, библиотека стандартных программ, магистрали для передачи информа­ ции и др.

В отличие от режима пакетной обработки, когда возможно чет­ кое планирование выполнения рабочих программ, в режиме разде­ ления времени нельзя заранее предусмотреть ни времени поступ­ ления запросов, ни требуемых системных ресурсов на их удовлетво­ рение. Тем не менее необходимо обеспечить такое обслуживание абонентов, при котором у каждого из них создается впечатление, будто он один работает с машиной. Следовательно, управляющая программа должна осуществлять динамическое распределение ресурсов СРВ, которое постоянно меняется в зависимости от за­ просов.

С точки зрения учета машинного времени и организации функ­ ционирования СРВ независимой единицей работы является зада­ ние. Задания описываются с помощью управляющих предложений, включающих несколько типов операторов. Этими операторами определяются конкретные характеристики задания: опознаватели задания; его приоритет; временные и другие условия выполнения; рабочие программы, подлежащие выполнению; название и харак­ теристики используемых или образуемых массивов информации; количество и типы внешних устройств, требуемых для выполнения задания. Задание состоит из последовательно выполняемых ша­ гов или пунктов задания. По каждому пункту задаются название рабочей программы, массивы, необходимые для выполнения этой

жится в запросе на обслуживание (однако не обязательно в виде определенной последовательности стандартных операторов).

Совокупность программ, предназначенных для управления за­ даниями, объединяется под общим названием диспетчера зада­ ний, основные функции которого состоят в следующем:

—анализ входного потока заданий;

—распределение устройств ввода — вывода;

—распределение памяти ВЗУ;

—формализация шага (пункта) задания как отдельной за­

дачи;

398