многозадачность операционной системы windows означает что
Многозадачность в операционных системах, виды многозадачности
Многозада́чность — свойство ОС или среды выполнения обеспечивать возможность параллельной обработки нескольких процессов. Иными словами, многозадачность — способ выполнения нескольких задач в один период времени. При этом задачи делят между собой общие ресурсы (resources sharing), помимо этого осуществляется планирование (scheduling). [1]
Система называется однозадачной,если она не обладает свойством многозадачности, т.е. задачи в ней выполняются последовательно. DOS — однозадачная ОС.
Многозадачность имеет место при наличии нескольких потоков исполнения.
Поток исполнения — набор последовательных инструкций, выполняемых процессором во время работы программы. На одном процессорном ядре одновременно выполняется лишь один поток исполнения, который называется активным. Процесс выбора активного исполнительного потока носит название планирование.
По типу наименьшего элемента управляемого кода
Процессная многозадачность.
Здесь программа — наименьший элемент управляемого кода, которым может управлять планировщик операционной системы. Известна большинству пользователей (одновременная работа в текстовом редакторе и прослушивание музыки). Многозадачная система позволяет двум или более программам выполняться одновременно.
Поточная многозадачность.
Многопоточность — специализированная форма многозадачности. Наименьший элемент управляемого кода — поток. Многопотоковая (multi-threaded) система предоставляет возможность одновременного выполнения одной программой 2 и более задач
По способу организации времени выполнения каждого процесса
Параллельная многозадачность
Параллельная многозадачность, когда каждая задача исполняется в своём аппаратном микропроцессорном ядре действительно одновременно друг с другом. Реализация данного типа многозадачности требует больших материальных вложений. Альтернативой параллельной многозадачности является применение псевдопараллельной многозадачности или совокупности параллельной и псевдопараллельной многозадачности при наличии нескольких процессорных ядер.
Типы псевдопараллельной многозадачности
Невытесняющая многозадачность. Существенным ограничением такого подхода является то, что время, затрачиваемое программой на обработку сообщения может быть очень большим, а управление операционной системе передается только после обработки сообщения.
Совместная или кооперативная многозадачность. ОС передает управление от одного приложения другому не в любой момент времени, а только когда текущее приложение отдает управление системе, получил, как было упомянуто, название кооперативной многозадачности
Вытесняющая, или приоритетная, многозадачность (режим реального времени)
С Windows 95 ОС действительно контролирует и управляет процессами, потоками и их переключением. Способность ОС прервать выполняемый поток практически в любой момент времени и передать управление другому ожидающему потоку определяется термином preemptive multitasking — преимущественная, или вытесняющая, многозадачность.
Многозадачность ОС в разрезе системы массового обслуживания
Мне бы хотелось рассказать немного о многозадачности операционной системы. О концепте управления процессами и потоками с точки зрения ОС (и процессора/процессоров) как системы массового обслуживания. О том, «как это происходит».
Процессов ведь много, а ресурсы ограничены. На всех сразу не хватает. Что же делать? И вот тут возникает аналогия с системой массового обслуживания. Можно представить пул процессов как очередь в кассу. Ой, простите, в процессор. И архаичных вариантов обработки такой очереди [мне известно] три.
Предислование
Изначально я буду ориентироваться на то, что процессор один. Для упрощения. Потом расскажу, в чем, на мой, взгляд разница.
Для начала: общие сведения.
Картинка процессора
Что же такое «процесс» и в чем его отличие от «потока»? Процесс — это (грубо говоря) — заявка на реализацию чего-либо. Точнее, на потребление системных ресурсов. ОС генерирует системную информацию, в которой говорит, какие необходимы это процессу ресурсы. А так же о тех ресурсах, которые ему фактически были выделены. И это — для каждого вновь создаваемого процесса отдельно. О том, сколько ему необходимо памяти, сколько процессорного времени, и т.д.
Так о чем же я? Ах, да.
О способах обработки очереди процессов
Архаичных способов обработки очереди, как я говорила, мне известно три.
Т.е., каждому процессу выделяется определенный квант времени, после которого процессор радостно рапортует: «Свободная касса!», и получает на обслуживание следующий процесс. Текущий процесс же идет в конец очереди. Ибо «все равны». Недостатки: (грубый пример) у Вас идет видеоконференция. Очень важная. Прямо на самом интересном месте: бабах! И начинает печатается «важный» документ. Он же письмо с просьбой перенести время доставки ежедневного обеда с 13:00 на 14:00. А Ваша видеоконференция «неизвестно когда» будет возобновлена. Конечно, на практике так не бывает, потому что принтер работает по прерыванию, и там вообще все иначе. Но аналогия, мне кажется, в целом ясна.
Это когда «не все равны». Процессу назначается приоритет, и пока процесс с более высоким приоритетом не будет обслужен (ой, простите, обработан), другие к кассе (ой, простите, к процессору) подойти не смогут. Недостатки: могут быть процессы, которые из-за низкого приоритета не обработаются вообще никогда. Т.е., письмо Вы так никогда и не распечатаете.
На практике же зачастую используется подход «все равны, но некоторые ровнее». Т.е., «смешанный». Когда процессу выделяется квант времени и приоритет одновременно. Тогда процесс уходит не в конец очереди, а куда-то в «свою» середину. И там ждет.
Схема ясна, но как же обрабатываются процессы? В какой очередности? Тут все та же система массового обслуживания. Есть несколько подходов к обработке процессов в случае квантования и «смешанного» типа:
— FIFO. Первый пришел, первый вышел. (First-In-First-Out)
— LIFO. Последний пришел, первый вышел. (ИМХО, не очень честно… ) (Last-In-First-Out)
— SIRO. Ну, тут полный рандом. Service-In-Random-Out.
В случае «чистых» приоритетов таких вопросов не возникает, ясное дело.
А что же там с многопроцессорными системами?
Ведь я обещала поделиться своими мыслями на этот счет. Ну, давайте представим, что касс (процессоров) несколько. И тут те же принципы, только либо несколько очередей, и процессы попадают в рандомном или не очень порядке в очередь (что мне кажется не очень логичным, ну, например, хотя бы потому, что на новых процессорах по прежнему работают «однопроцессорные» системы). Либо так же очередь (пул, из которого берутся процессы) — одна, а обрабатывают их несколько касс. Но это исключительно мысли автора, не более того.
Может возникнуть вполне резонный вопрос.
А в чем же все-таки отличие процесса от потока?
А все просто. В начале статьи вскользь упоминалось, что программе для выполнения необходимы ресурсы и процессорное время. Так вот, система «воспринимает» процесс как заявку на любые виды ресурсов, кроме процессорного времени. Заявка на процессорное время — это поток. Именно процессорное время распределяется между потоками. Таким образом, процесс состоит из нескольких потоков. Раньше, конечно, это все было единое целое. И процесс, и поток, и все в одном, и вообще, «зачем платить больше?». Как оказалось, в данном случае мы, скорее, «платим меньше». Когда потоков несколько.
Для того, чтобы процессы не могли вмешиваться в распределение ресурсов, система их «изолирует». Предоставляет каждому из них своё виртуальное адресное пространство. Так что ни один процесс не может получить прямого доступа к командам и данным другого процесса.
При необходимости взаимодействия процессы обращаются к ОС, в буквальном смысле, как к посреднику. А она уже им помогает, выдаёт средства связи.
А вот между потоками одного и того же процесса нет полной защиты. Потому что это не только невозможно, но и никому не нужно. Чтобы обмениваться данными потокам вовсе не обязательно обращаться к ОС. Они используют общую память. Один записывает данные, другой читает. И все хорошо. Кроме того, потоки разных процессов по-прежнему хорошо защищены друг от друга.
Мультипрограммирование более эффективно на уровне потоков, а не процессов. Каждый поток имеет свой счетчик команд и стек. Задача, оформленная в виде нескольких потоков может быть выполнена быстрее за счет параллельного (или псевдопараллельного в однопроцессорной системе) выполнения её частей.
Очевидные выводы
Процесс — это заявка на потребление всех ресурсов, кроме процессорного времени. Процессы изолированы друг от друга, и включает в себя потоки. Собственно, потоки — это заявки на потребление этого самого процессорного времени.
Наибольший эффект от введения многопоточной обработки достигается в мультипроцессорных системах, в которых потоки (даже в рамках одного процесса) могут выполняться действительно параллельно, а не псевдо.
Ко всему прочему, был продемонстрировано на примере непосредственно концепт работы системы [массового обслуживания] как таковой.
Я немного «смахлевала» в начале и в середине статье, рассказывая по поводу процессорного времени для «процесса» как такового. Но не сильно, и, я надеюсь, Вы меня простите за эту вынужденную неточность.
Многозадачная ОС
Многозадачные операционные системы
Почти все современные операционные системы (Windows 95, Windows NT, Windows 2000, Unix) поддерживают преимущественную многозадачность
Основным признаком многозадачной ОС является способность совмещать выполнение нескольких прикладных программ. Большое значение при этом имеет способ совмещения, то есть на каком уровне или как конкретно реализовано совмещение. Если однопроцессорная, но многозадачная, система выделяет каждой прикладной программе определенный квант времени
В настоящее время, когда каждый пользователь имеет достаточно мощный персональный компьютер, акценты в развитии ОС снова изменились. Теперь большое значение приобретает развитие сетевых, многозадачных ОС. В сущности, теперь пользователь имеет возможность установить на отдельном персональном компьютере многозадачную ОС и разрабатывать приложения, совмещающие вы-полнение нескольких процессов. Каждый процесс, в свою очередь, может состоять из нескольких потоков, выполняемых в адресном пространстве процесса.
Первые операционные системы, реализованные на персональных компьютерах, сильно уступали в концептуальном плане и по своим реальным возможностям системам с разделением времени, давно реализованным в mainframe- компьютерах. В Win 16, например, тоже существует понятие многозадачности. Реализовано оно следующим образом: обработав очередное сообщение, приложение передает управление операционной системе, которая может передать управление другому приложению. Такой вид многозадачности, при котором операционная система передает управление от одного приложения другому не в любой момент времени, а только когда текущее приложение отдает управление системе, получил, как было упомянуто, название кооперативной многозадачности (cooperative multi-tasking).
Если при таком подходе обработка сообщения затягивается, то пользователь увидит реакцию системы только после завершения обработки текущим приложением • текущего сообщения. Обычно при выполнении длительных операций программист изменяет форму курсора (песочные часы), вызвав API-функцию BeginWaitCursor. Иногда, если это предусмотрел разработчик программы, в таких случаях застрявшее приложение даже вызывает функцию PeekMessage, сообщая системе, что она может обработать очередное сообщение, а текущее приложение способно и подождать. Но главная неприятность при таком подходе заключается в том, что в случае бесконечного цикла, вызванного ошибкой в программе, ОС не имеет шансов получить управление и также зависнет. Пользователю придется перезагружать систему.
В Windows начиная с Windows 95 реализован принципиально другой вид многозадачности, в котором операционная система действительно контролирует и управляет процессами, потоками и их переключением. Способность операционной системы прервать выполняемый поток практически в любой момент времени и передать управление другому ожидающему потоку определяется термином preemptive multitasking — преимущественная, или вытесняющая, многозадачность. Реализация ее выглядит так: все существующие в данный момент потоки, часть из которых может принадлежать одному и тому же процессу, претендуют на процессорное время и, с точки зрения пользователя должны выполняться одновременно. Для создания этой иллюзии система через определенные промежутки времени забирает управление, анализирует свою очередь сообщений, распределяет сообщения по другим очередям в пространстве процессов и, если считает нужным, переключает потоки (рис. 12.5).
Реализация вытесняющей многозадачности в Windows 2000 дает не только возможность плавного переключения задач, но и устойчивость среды к зависаниям, так как ни одно приложение не может получить неограниченные права на процессорное время и другие ресурсы. Так система создает эффект одновременного выполнения нескольких приложений. Если компьютер имеет несколько процессоров, то системы Windows NT/2000 могут действительно совмещать выполнение нескольких приложений. Если процессор один, то совмещение остается иллюзией. Когда заканчивается квант времени, отведенный текущей программе, система ее прерывает, сохраняет контекст и отдает управление другой программе, которая ждет своей очереди. Величина кванта времени (time slice)зависит от ОС и типа процессора, в Windows NT она в среднем равна 20 мс. Следует отметить, что добиться действительно одновременного выполнения потоков можно только на машине с несколькими процессорами и только под управлением Windows NT/2000, ядра которых поддерживают распределение потоков между процессорами и процессорного времени между потоками на каждом процессоре. Windows 95 работает только с одним процессором. Даже если у компьютера несколько процессоров, под управлением Windows 95 задействован лишь один из них, а остальные простаивают.
Многозадачный режим работы windows
Многозадачный режим работы Windows – раздел Программирование, Полный обзор Windows 98 Многозадачный Режим Работы Windows. Кооперативная И Вытесняющая Многозадачнос.
Многозадачный режим работы Windows. Кооперативная и вытесняющая многозадачность.
Реализация многозадачности в Windows 98. Операционная система Windows 98 является многозадачной multitasking мультизадачной т. е. она способна одновременно выполнять несколько программ. На самом деле один микропроцессор может выполнять инструкцию только одной программы. Однако операционная система настолько оперативно реагирует на потребности той или иной программы, что создается впечатление одновременности их работы.
Например, в процессе подготовки текста можно параллельно печатать содержимое какого либо файла и проверять на вирус жесткий диск. Многозадачность может кооперативной и вытесняющей. При кооперативной многозадачности cooperative multitasking операционная система не занимается решением проблемы распределения процессорного времени.
Распределяют его сами программы. Причем активная программа самостоятельно решает, отдавать ли процессор другой программе. Момент передачи управления здесь зависит от хода выполнения задачи. Таким моментом должен быть системный вызов, т. е. обращение к системе за какой-либо услугой ввод или вывод на внешнее устройство. Фоновым задачам выделяется процессорное время при простое приоритетной задачи ожидание нажатия клавиши и др Кооперативная многозадачность была реализована в среде Windows 3.1. В Windows 98 кооперативная многозадачность обеспечивается для 16-ти разрядных приложений, т. к. эти приложения, созданные для Windows 3.1 умеют самостоятельно распределять процессорное время.
При вытесняющей многозадачности preemptive multitasking распределением процессорного времени между программами занимается операционная система. Она выделяет каждой задаче фиксированный квант времени процессора. По истечению этого кванта времени система вновь получает управление, чтобы выбрать другую задачу для ее активизации.
Если задача обращается к операционной системе до истечения ее кванта времени, то это также служит причиной переключения задач. Такой режим многозадачности Windows 98 реализует для 32-х разрядных приложений, а также для программ написанных для MS DOS. 4. 32-х разрядный режим работы Windows 98. Windows 98 это 32-х разрядная операционная система. Большинство программ для операционной системы MS DOS относилось к 16-ти разрядным программам, которые использовали реальный режим работы микропроцессора.
Реальный режим значительно ограничивает возможности программы, т. к. в этом режиме затруднен доступ в верхние свыше 1 Мб области памяти. Операционная система MS DOS не имеет средств для поддержки 32-х разрядных программ, работающих в защищенном режиме микропроцессора. Чтобы такие программы могли работать в среде MS DOS, требуется дополнительное программное обеспечение, расширяющее функции MS DOS. Возможен также вариант, когда дополнительные функции, обеспечивающие защищенный режим, включаются непосредственно в код программы, увеличивая тем самым ее объем.
Операционная система Windows 98 полностью обеспечивает работу 32-х программ, причем она спроектирована таким образом, что использование 32-х разрядных программ в ее среде является наиболее оптимальным. В среде Windows 16-ти разрядные программы также успешно функционируют, но они не могут задействовать все ресурсы системы. 32-х разрядные программы занимают больше оперативной и дисковой памяти, однако, это компенсируется, во-первых, увеличением скорости работы программ, во-вторых, удешевлением всех видов памяти, в том числе и электронной. 4.1. Физическая и виртуальная память, распределение памяти в Windows 98 Виртуальная память.
Виртуальная память расширение адресного пространства задачи, полученная за счет использования внешней памяти. В оперативной памяти всегда находится часть виртуального пространства, выделяемого для решения задачи, остальная его часть располагается на дисковой памяти.
Если оперативной памяти не хватает для обеспечения работы текущего активного приложения, то приложение или его часть, которые не использует в данный момент микропроцессор выгружаются вытесняются из оперативной памяти на диск. На их место в оперативную память загружается подкачивается необходимый фрагмент активного приложения. Когда одному из выгруженных приложений передается управление, оно вновь загружается в оперативную память, что может привести к выгрузке на диск другого, пассивного в данный момент приложения.
Таким образом, программы циркулируют между диском и оперативной памятью. Поддержка виртуальной памяти позволяет открыть большое количество приложений одновременно, но выгрузка на диск и загрузка с диска снижают производительность компьютера. Используемая для это цели часть внешней памяти называется файлом подкачки, а описанный процесс подкачки свопинг. Объем файла подкачки может в несколько раз превышать объем оперативной памяти.
Файл подкачки файл на жестком диске, используемый для организации виртуальной памяти. Настройка виртуальной памяти производится автоматически и вручную Физическая память. К физической памяти относится дисковая и оперативная т. е. та память компьютера, которая остается постоянной неизменной, несмотря на операции проводимые компьютером. Размер физической памяти определяется характеристикой комплектующих компьютера объемом жесткого диска, оперативной памятью и т. д – Распределение памяти.
Виртуальная память используется для хранения данных которые в данный момент не загружены в оперативную память, но часто ею используются. Виртуальная память формируется за счет физической памяти, т. е. файл подкачки пользуется ресурсом жесткого диска. 5.
Как известно, все версии Windows поддерживают многозадачность. В Windows 3.1 имеется только один тип многозадачности – основанный на процессах. В более передовых системах, таких как Windows 95 и Windows NT, поддерживается два типа многозадачности: основанный на процессах и основанный на потоках. Давайте рассмотрим их чуть подробнее.
Процесс – это программа, которая выполняется. При многозадачности такого типа две или более программы могут выполняться параллельно. Конечно, они по очереди используют ресурсы центрального процессора и с технической точки зрения, выполняются неодновременно, но благодаря высокой скорости работы компьютера это практически незаметно.
Поток – это отдельная часть исполняемого кода. Название произошло от понятия “направление протекания процесса”. В многозадачности данного типа отдельные потоки внутри одного процесса также могут выполняться одновременно. Все процессы имеют по крайней мере один поток, но в Windows 95 и Windows NT их может быть несколько.
Отсюда можно сделать вывод, что в Windows 95 и Windows NT допускается существование процессов, две или более частей которых выполняются одновременно. Оказывается, такое предположение верно. Следовательно, при работе в этих операционных системах возможно параллельное выполнение, как программ, так и отдельных частей самих программ. Это позволяет писать очень эффективные программы.
Есть и другое существенное различие между многозадачностями Windows 3.1 и Windows 95/NT. В Windows 3.1 используется неприоритетная многозадачность. Это означает, что процесс, выполняющийся в данный момент, получает доступ к ресурсам центрального процессора и удерживает их в течение необходимого ему времени. Таким образом, неправильно выполняющаяся программа может захватить все ресурсы процессора и не давать выполняться другим процессам. В отличие от этого в Windows 95 и Windows NT используется приоритетная многозадачность. В этом случае каждому активному потоку предоставляется определенный промежуток времени работы процессора. По истечению данного промежутка управление автоматически передается следующему потоку. Это не дает возможность программам полностью захватывать ресурсы процессора. Интуитивно должно быть понятно, что такой способ более предпочтителен.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10613 – 
| 7993 – 
или читать все.
Многозада́чность (англ. multitasking ) — свойство операционной системы или среды выполнения обеспечивать возможность параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких задач. Истинная многозадачность операционной системы возможна только в распределённых вычислительных системах.
Существует 2 типа многозадачности [1] :
Содержание
Свойства многозадачной среды [ править | править код ]
Примитивные многозадачные среды обеспечивают чистое «разделение ресурсов», когда за каждой задачей закрепляется определённый участок памяти, и задача активизируется в строго определённые интервалы времени.
Более развитые многозадачные системы проводят распределение ресурсов динамически, когда задача стартует в памяти или покидает память в зависимости от её приоритета и от стратегии системы. Такая многозадачная среда обладает следующими особенностями:
Трудности реализации многозадачной среды [ править | править код ]
Основной трудностью реализации многозадачной среды является её надёжность, выраженная в защите памяти, обработке сбоев и прерываний, предохранении от зависаний и тупиковых ситуаций.
Кроме надёжности, многозадачная среда должна быть эффективной. Затраты ресурсов на её поддержание не должны: мешать процессам проходить, замедлять их работу, резко ограничивать память.
История многозадачных операционных систем [ править | править код ]
Поначалу реализация многозадачных операционных систем представляла собой серьёзную техническую трудность, отчего внедрение многозадачных систем затягивалось, а пользователи долгое время после внедрения предпочитали однозадачные.
В дальнейшем, после появления нескольких удачных решений, многозадачные среды стали совершенствоваться, и в настоящее время употребляются повсеместно.
Впервые многозадачность операционной системы была реализована в ходе разработки операционной системы Multics (1964 год). Одной из первых многозадачных систем была OS/360 (1966 [2] ), используемая для компьютеров фирмы IBM и их советских аналогов ЕС ЭВМ. Разработки системы были сильно затянуты, и на начальное время фирма IBM выдвинула однозадачный DOS, чтобы удовлетворить заказчиков до полной сдачи OS/360 в эксплуатацию. Система подвергалась критике по причине малой надёжности и трудности эксплуатации.
В 1969 году на основе Multics была разработана система UNIX с достаточно аккуратным алгоритмическим решением проблемы многозадачности. В настоящее время на базе UNIX созданы десятки операционных систем.
На компьютерах PDP-11 и их советских аналогах СМ-4 использовалась многозадачная система RSX-11 (советский аналог — ОСРВ СМ ЭВМ), и система распределения времени TSX-PLUS, обеспечивающая ограниченные возможности многозадачности и многопользовательский режим разделения времени, эмулируя для каждого пользователя однозадачную RT-11 (советский аналог — РАФОС). Последнее решение было весьма популярно из-за низкой эффективности и надёжности полноценной многозадачной системы.
Аккуратным решением оказалась операционная система VMS, разработанная первоначально для компьютеров VAX (советский аналог — СМ-1700) как развитие RSX-11.
Первый в мире мультимедийный персональный компьютер Amiga 1000 (1984 год) изначально проектировался с расчётом на полную аппаратную поддержку вытесняющей многозадачности реального времени в ОС AmigaOS. В данном случае разработка аппаратной и программной части велась параллельно, это привело к тому, что по показателю квантования планировщика многозадачности (1/50 секунды на переключение контекста) AmigaOS долгое время оставалась непревзойдённой на персональных компьютерах.
Многозадачность обеспечивала также фирма Microsoft в операционных системах Windows. Использование опыта VMS обеспечило системам существенно более высокую производительность и надёжность. По времени переключения контекста многозадачности (квантование) только эти операционные системы могут быть сравнимы с AmigaOS и UNIX (а также его потомками, такими, как ядро Linux).
Типы псевдопараллельной многозадачности [ править | править код ]
Простое переключение [ править | править код ]
Тип многозадачности, при котором операционная система одновременно загружает в память два или более приложений, но процессорное время предоставляется только основному приложению. Для выполнения фонового приложения оно должно быть активизировано. Подобная многозадачность может быть реализована не только в операционной системе, но и с помощью программ-переключателей задач. В этой категории известна программа DESQview, работавшая под DOS и впервые выпущенная в 1985 году.
Преимущества: можно задействовать уже работающие программы, написанные без учёта многозадачности.
Недостатки: невозможно в неинтерактивных системах, работающих без участия человека. Взаимодействие между программами крайне ограничено.
Совместная или кооперативная многозадачность [ править | править код ]
Тип многозадачности, при котором следующая задача выполняется только после того, как текущая задача явно объявит себя готовой отдать процессорное время другим задачам. Как частный случай такое объявление подразумевается при попытке захвата уже занятого объекта мьютекс (ядро Linux), а также при ожидании поступления следующего сообщения от подсистемы пользовательского интерфейса (Windows версий до 3.x включительно, а также 16-битные приложения в Windows 9x).
Кооперативную многозадачность можно назвать многозадачностью «второй ступени», поскольку она использует более передовые методы, чем простое переключение задач, реализованное многими известными программами (например, DOS Shell из MS-DOS 5.0). При простом переключении активная программа получает все процессорное время, а фоновые приложения полностью замораживаются. При кооперативной многозадачности приложение может захватить фактически столько процессорного времени, сколько оно считает нужным. Все приложения делят процессорное время, периодически передавая управление следующей задаче.
Преимущества кооперативной многозадачности: отсутствие необходимости защищать все разделяемые структуры данных объектами типа критических секций и мьютексов, что упрощает программирование, особенно перенос кода из однозадачных сред в многозадачные.
Недостатки: неспособность всех приложений работать в случае ошибки в одном из них, приводящей к отсутствию вызова операции «отдать процессорное время». Крайне затрудненная возможность реализации многозадачной архитектуры ввода-вывода в ядре ОС, позволяющей процессору исполнять одну задачу в то время, как другая задача инициировала операцию ввода-вывода и ждет её завершения.
Вытесняющая, или приоритетная, многозадачность (режим реального времени) [ править | править код ]
Вид многозадачности, в котором операционная система сама передает управление от одной выполняемой программы другой в случае завершения операций ввода-вывода, возникновения событий в аппаратуре компьютера, истечения таймеров и квантов времени, или же поступлений тех или иных сигналов от одной программы к другой. В этом виде многозадачности процессор может быть переключен с исполнения одной программы на исполнение другой без всякого пожелания первой программы и буквально между любыми двумя инструкциями в её коде. Распределение процессорного времени осуществляется планировщиком процессов. К тому же каждой задаче может быть назначен пользователем или самой операционной системой определенный приоритет, что обеспечивает гибкое управление распределением процессорного времени между задачами (например, можно снизить приоритет ресурсоёмкой программе, снизив тем самым скорость её работы, но повысив производительность фоновых процессов). Этот вид многозадачности обеспечивает более быстрый отклик на действия пользователя.
Реализована в таких ОС, как:
Проблемные ситуации в многозадачных системах [ править | править код ]
Голодание (starvation) [ править | править код ]
Задержка времени от пробуждения потока до его вызова на процессор, в течение которой он находится в списке потоков, готовых к исполнению. Возникает по причине присутствия потоков с большими или равными приоритетами, которые исполняются все это время.
Негативный эффект заключается в том, что возникает задержка времени от пробуждения потока до исполнения им следующей важной операции, что задерживает исполнение этой операции, а следом за ней и работу многих других компонентов.
Голодание создаёт узкое место в системе и не дает выжать из неё максимальную производительность, ограничиваемую только аппаратно обусловленными узкими местами.
Любое голодание вне 100 % загрузки процессора может быть устранено повышением приоритета голодающей нити, возможно — временным.
Как правило, для предотвращения голодания ОС автоматически вызывает на исполнение готовые к нему низкоприоритетные потоки даже при наличии высокоприоритетных, при условии, что поток не исполнялся в течение долгого времени (
10 секунд). Визуально эта картина хорошо знакома большинству пользователей Windows — если в одной из программ поток зациклился до бесконечности, то переднее окно работает нормально, несмотря на это — потоку, связанному с передним окном, Windows повышает приоритет. Остальные же окна перерисовываются с большими задержками, по порции в секунду, ибо их отрисовка в данной ситуации работает только за счет механизма предотвращения голодания (иначе бы голодала вечно).
Гонка (race condition) [ править | править код ]
Недетерминированный порядок исполнения двух потоков кода, обрабатывающих одни и те же данные, исполняемые в двух различных потоках (задачах). Приводит к зависимости порядка и правильности исполнения от случайных факторов.
Устраняется добавлением необходимых блокировок и примитивов синхронизации. Обычно является легко устраняемым дефектом (забытая блокировка).
Инверсия приоритета [ править | править код ]
Поток L имеет низкий приоритет, поток M — средний, поток H — высокий. Поток L захватывает мьютекс, и, выполняясь с удержанием мьютекса, прерывается потоком M, который пробудился по какой-то причине, и имеет более высокий приоритет. Поток H пытается захватить мьютекс.
В полученной ситуации поток H ожидает завершения текущей работы потоком M, ибо, пока поток M исполняется, низкоприоритетный поток L не получает управления и не может освободить мьютекс.
Устраняется повышением приоритета всех нитей, захватывающих данный мьютекс, до одного и того же высокого значения на период удержания мьютексa. Некоторые реализации мьютексов делают это автоматически.