解說作業系統 2 多任務模型引入的問題

2021-06-08 02:22:09 字數 1440 閱讀 3450

上期回顧:

程序是程式的一次執行過程,作業系統以程序為單位排程任務;

多個程序共享cpu,每個程序都有自己的虛擬cpu,物理cpu就在這些虛擬cpu之間來回切換,構成多任務模型。

其實從單個任務的角度看,他們是不喜歡甚至討厭作業系統的!

為什麼?因為程序跟人一樣,是貪得無厭的,而作業系統剝奪了他們獨佔硬體資源的權力!

注意:由於cpu在各個程序之間來回快速切換,所以每個程序執行其運算的速度是不確定的;而且當同乙個程序再次執行時,他的運算速度通常不可再現;所以,在對程序程式設計時決不能對時序做任何確定的假設。

分析:

1.由於硬體資源cpu有限,各個程序輪流執行,那麼從單個任務的角度,他的執行過程就要受到其他任務的影響,比如其他任務的優先順序,任務數量的多少等等!就像開車一樣,你的賓士能開250,但是也得路況滿足才行,如果你在北京的路上,估計最多25了,呵呵!誰都想開的更快點,但是道路有限,別的車也得跑不是。所以你開車速度的多少(程序速度),就不取決於你自己了,取決於:道路的寬窄(cpu能力)、其他車的多少(程序數量),特權車的多少(優先順序)。

2.再以北京交通為例,同一條道路,每一天的交通路況都不相同,取決於:車數量的多少,天氣情況,是否有交通事故等等。那麼你開同樣一輛車,同樣的道路,不同時間走得快慢就不一樣,所以用的時間就不同了,這個很好理解。

3.正因為你不能對外界環境做非常精準的預期,同樣你不能對自己的開車速度和開車時間做精準預期。天氣多變,尾號限行,嚴重的你一晚上都未必能到家,比如說前兩天北京的大暴雨,有的人3點才能到家,而有的人根本就到不了家了,哎!他們有錯嗎?他們沒有區別,區別的是外部環境。祝福那些到不了家的人吧,更祝福你們的家人!

本質:

其實這種現象的造成,是有本質原因的。在於作業系統和單個程序本身,他們是一對矛盾體,各自存在的目的是不同的!

作業系統的存在:計算機那麼多硬體資源,每次只讓其中乙個幹活,其他人歇著太浪費了,我得把他們組織起來,誰都不能偷懶。有點資本家的味道,呵呵!

程序的存在:我有我的任務,就是最快的把我這邊的工作完成,好向老闆要獎勵,我才不管他們之間誰歇著呢,只要我交給他們的活兒,一直沒停就行。苦命的碼農啊!

即:作業系統是為了巨集觀上硬體利用率的最大化,減小瓶頸損失;單個程序是為了獨佔資源,快速執行。乙個全域性乙個個體,目的不同,矛盾產生!

既然矛盾天然形成,那麼我們就只能最大化的避開。

注意:當乙個程序具有嚴格的實時要求時,也就是一些特定事件一定要在所指定的若干毫秒內發生,那麼就必須採取特殊措施保證他們一定在這段事件中發生。但是,通常大多數程序並不受cpu多道程式設計或者其他程序相對速度的影響。

例如:程序a延時3s,作業系統就會讓其阻塞,排程其他程序執行;等3s時間到,並不是說這個程序就能馬上執行,而是作業系統把a再次放入就緒佇列,產生排程中斷。問題就在這裡,排程中斷並不能保證a一定執行,這跟排程演算法有關了,其實就是剛開始說的問題了。如果想馬上執行,就必須在優先順序上,在排程策略上進行優化了!說了半天,又轉回來了,其實就是乙個問題,呵呵!

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