Многозадачность в операционных системах: основные виды многозадачности и их применение

Многозадачность — одна из важнейших характеристик операционных систем, позволяющая компьютеру выполнять несколько задач одновременно. Благодаря многозадачной операционной системе пользователь может иметь доступ к нескольким приложениям и выполнять их одновременно, без необходимости поочередного выполнять каждое задание отдельно.

Один из способов реализации многозадачности — вытесняющая многозадачность. В этом случае операционная система имеет возможность управлять выполнением каждого процесса или потока кода, приостанавливая и возобновляя их в определенные моменты времени. Такая многозадачная система может выполнять несколько задач параллельно, но процессор передает управление каждому процессу наименьшего состояния в определенном порядке, передавая один процесс на выполнение и переключаясь на другой.

По способу организации времени выполнения каждого процесса

Другим методом является многозадачность с переключением контекста, при котором процессор передает управление одному процессу, выполняет некоторое время, а затем переключается на выполнение другого процесса. В этом случае каждый процесс получает некоторый квант времени, в течение которого он может выполнять свой код.

Windows, например, поддерживает многозадачность с переключением контекста, где каждое приложение выполняется в своем собственном процессе. В то же время операционная система должна управлять несколькими параллельными потоками данных и программными задачами.

Многозадачность в операционных системах должна быть организована таким образом, чтобы время выполнения каждого процесса было достаточно для его завершения и передачи управления другому процессу или приложению. Таким образом, операционная система должна иметь механизм управления временем выполнения процессов и потоков данных, чтобы эффективно использовать ресурсы процессора и обеспечить быструю и стабильную работу системы.

Многозадачная ОС

Многозадачные операционные системы (ОС) позволяют выполнять несколько задач или потоков кода одновременно. Каждый выполняемый процесс или поток имеет свое состояние и управляется ядром операционной системы. Таким образом, многозадачные ОС поддерживают параллельное выполнение нескольких задач или процессов одним процессором.

Многозадачность может быть реализована двумя основными типами:

• Вытесняющая многозадачность: ОС может приостановить выполнение задачи в пользу другой задачи, если у последней более высокий приоритет. Это позволяет операционной системе эффективно использовать ресурсы и разделять время выполнения между приложениями и пользователями.
• Невытесняющая многозадачность: ОС переключается между задачами только в том случае, если текущая задача добровольно передает управление другой задаче. В этом случае каждая задача имеет возможность выполнить свою часть кода до самого конца, прежде чем уступить место.

Многозадачная ОС требует особого управления временем выполнения задач и потоков. Используя планировщик задач, ОС может определить, кому и сколько времени следует выделить для выполнения определенной задачи или потока. Это особенно важно, когда количество обращений к процессору в программе или приложении велико и необходимо сохранить псевдопараллельность выполнения.

Примером многозадачной ОС является операционная система Windows, которая поддерживает множество прикладных приложений и позволяет пользователям выполнять несколько задач одновременно. Каждое приложение или задача выполняется в своем собственном потоке кода и имеет свое состояние, о котором операционная система берет на себя заботу.

Многозадачность в операционной системе Windows

Многозадачная система Windows позволяет запускать несколько потоков одновременно. Если один поток блокируется или приостанавливается, система переключается на другой поток и продолжает выполнение задачи. Теперь пользователь может одновременно выполнять несколько задач и получать большое количество данных в реальном времени.

Однако между потоками существует конкуренция за ресурсы системы, поэтому система должна эффективно управлять выполнением потоков. В Windows для управления выполнением активных потоков применяется вытесняющая многозадачность. Это означает, что операционная система может прерывать выполнение потока в любой момент времени, чтобы передать процессор другому потоку.

Между потоками происходит переключение с помощью операционные системы с использованием метода, называемого переключением контекста. Для каждого потока система сохраняет информацию о его состоянии и данными, с которыми выполняется задача. При переключении контекста система сохраняет состояние текущего потока и загружает состояние следующего потока, после чего продолжает выполнение задачи.

Таким образом, многозадачность в операционной системе Windows позволяет разделить выполнение кода между несколькими потоками. Этот тип многозадачности требует от программиста иметь активное управление потоками и обращаться к разделяемым ресурсам системы. В Windows многозадачность может быть как параллельной, так и последовательной, в зависимости от типа задачи и времени выполнения.

По типу наименьшего элемента управляемого кода

Существует несколько типов многозадачности в операционных системах, в зависимости от того, какой элемент кода она управляет. Для наименьшего элемента управляемого кода можно выделить два основных способа: псевдопараллельная и параллельная многозадачность.

Параллельная многозадачность, в отличие от псевдопараллельной, действительно выполняет несколько задач одновременно на нескольких процессорах. Каждый процессор работает над своей собственной задачей или потоком, и между ними возникает настоящее параллельное выполнение. Операционные системы, поддерживающие параллельную многозадачность, позволяют иметь большее количество активных потоков данных и обеспечивают более высокую производительность приложений.

Таким образом, можно сказать, что многозадачность по типу наименьшего элемента управляемого кода может быть псевдопараллельной или параллельной. Псевдопараллельная многозадачность отличается способом управления кодом и переключением между задачами, в то время как параллельная многозадачность реально обеспечивает одновременное выполнение задач на нескольких процессорах.

Видео:

Что такое ядро операционной системы? Назначение и виды ядер

Что такое ядро операционной системы? Назначение и виды ядер by Киберлис 30,605 views 3 years ago 8 minutes, 8 seconds