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操作系统的概观1.1.ppt
管理程序阶段程序算题过程 管理程序 还有未处理 作业 取下一个作业步控制卡 读Job卡登记新作业 End 作业卡 回收资源撤离作业 执行作业步 作业步 正常结束 分析原因 作相应处理 作业继续执行 转向某作业步 S S S F F F 结束 ?1.2.3多道程序设计与操作系统形成(1) 1.?多道程序设计的概念 多道程序设计是指允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行计算的方法。 多道程序都处于开始运行,但尚未运行结束。 从宏观上看:并行 从微观上看:串行 引入多道程序设计技术的根本目的:提高CPU的效率 多道程序设计与操作系统形成 多道程序设计技术提高资源利用率和系统吞吐率的原理: 例如:计算某个数据处理问题,输入500个字符(花78ms),经CPU处理52ms后,将结果2000个字符存到磁带上(花20ms) ,重复进行,直至输入数据全部处理完毕。 多道程序设计与操作系统形成单道算题运行时处理器的使用效率 78 输入机 处理器 磁带机 130 150 228 280 300 378 430 450 时 间 多道程序设计与操作系统形成 为提高效率,让计算机同时接受两道算题,当第一道程序在等待外围设备的时候,让第二道程序运行,降低CPU空等时间,处理器的利用率显然可以有所提高。 例如:计算机还接受了另一算题:从另一台磁带机上输入2000个字符,经42毫秒的处理后,从行式打印机上输出两行(约化 88ms) 。 多道程序设计与操作系统形成两道算题运行时处理器的使用效率 78 输入机 处理器 磁带机1 130 150 228 280 300 378 430 450 时 间 磁带机2 打印机 P1 P1 P2 多道程序设计与操作系统形成 52 /(78十52十20)≈ 35% (52+42)/ 150 ≈ 63% 多道程序设计与操作系统形成 采用多道程序设计提高了效率,即增长了单位时间的算题量,但对每道程序来说,却延长了计算时间。 多道程序设计技术提高资源利用率和系统吞吐率是以牺牲用户的响应时间为代价的。 多道程序设计与操作系统形成 例如,甲、乙两道程序,独占计算机单道运行时每道花一个小时,若此时处理器利用率为30%,粗略地说,甲(或乙)程序执行时所需要的处理器时间为: 1小时×30%=18分钟 多道程序设计与操作系统形成 假定按多道程序设计方法运行,处理器的利用率达50%,提供36分钟的CPU时间,约要运行72分钟。加上系统开销,若共花80分钟。 单道运行时,甲、乙依次执行完需120分钟。因而;采用多道程序设计方法后可以提高效率。 甲、乙两道程序,如果单道运行,它花60分钟就可得到结果,多道运行时,却要花80分钟才有结果,延长了20分钟。 多道程序设计与操作系统形成多道程序设计的道数问题(1) ?多道程序设计的道数多少不是任意的 ?例如,两道程序都要用打印机,若系统只有一台,就算它们同时接受进入计算机内存运行,未必能提高效率。 ?内存储器的容量和用户的响应时间等因素也影响多道程序道数的多寡。 多道程序设计与操作系统形成多道程序设计的道数问题(2) 假如一道程序等待I/O操作的时间占其运行时间的比例为p,当内存中有n道程序时,所有程序都等待I/O的概率是pn,那么, CPU利用率=1-pn n称多道程序的道数或度数,可见CPU的利用率是n的函数。 若计算机有1MB内存,操作系统占200KB,其余空间允许4道用户程序共享,每个占用200KB,如果进程平均花费80%的时间等待I/O操作。则(忽略操作系统开销时): CPU 利用率=1-(0.8)4=59%。 多道程序设计与操作系统形成多道程序设计的道数问题 多道程序设计与操作系统形成CPU利用率的计算 当增加1MB内存后,多道程序可从4道增加到9道,因而,CPU的利用率=1-(0.8)9=87%,第二个1MB内存提高了47%的系统吞吐量。 增加第三个1MB内存只将CPU的利用率从87%提高到96%,吞吐量仅提高了10%。 多道程序设计与操作系统形成(16) 操作系统中引入多道程序设计的好处: 一是提高了CPU的利用率, 二是提高了内存和I/O设备的利用率, 三是改进了系统的吞吐率, 四是充分发挥了系统的并行性。 其主要缺点是:作业周转时间延长。 多道程序设计与操作系统形成多道程序设计系统与多重处理系统 多重处理系统是指配置了多个物理CPU,能真正同时执行多道程序的系统。要有效地使用多重处理系统,必须采用多道程序设计技术;反过来,多道程序设计不一定
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