Войти
В вычислениях, приоритетное прерывание - это действие по временному прерыванию задачи, выполняемой компьютерная система, не требуя ее сотрудничества, и с намерением возобновить выполнение задачи в более позднее время. Такие изменения выполняемой задачи известны как переключатели контекста. Обычно они выполняются привилегированной задачей или частью системы, известной как упреждающий планировщик, который имеет право вытеснять или прерывать, а затем резюме, другие задачи в системе.
В любом заданном дизайне системы некоторые операции, выполняемые системой, не могут быть вытеснены. Обычно это применяется к функциям ядра и служебным прерываниям, которые, если не разрешено выполнить до завершения, будут иметь тенденцию создавать состояния гонки, что приводит к в тупике. Запрещение планировщику вытеснять задачи во время обработки функций ядра упрощает конструкцию ядра за счет отзывчивости системы. Различие между пользовательским режимом и режимом ядра, которое определяет уровень привилегий в системе, также можно использовать для определения того, является ли задача в настоящее время вытесняемой.
Большинство современных систем имеют ядра с вытеснением, предназначенные для разрешения задач, которые могут быть вытеснены даже в режиме ядра. Примеры таких систем: Solaris 2.0 / SunOS 5.0, Windows NT, ядро Linux (2.6.x и новее), AIX и некоторые системы BSD (NetBSD, начиная с версии 5).
Термин вытесняющая многозадачность используется для отличия многозадачной операционной системы, которая разрешает вытеснение задач, от кооперативная многозадачная система, в которой процессы или задачи должны быть явно запрограммированы на yield, когда им не нужны системные ресурсы.
Проще говоря: вытесняющая многозадачность включает использование механизма прерывания, который приостанавливает текущий выполняющийся процесс и вызывает планировщик, чтобы определить, какой процесс должен выполняться следующим. Следовательно, все процессы будут получать некоторое количество процессорного времени в любой момент времени.
При вытеснительной многозадачности операционная система ядро также может инициировать переключение контекста, чтобы удовлетворить ограничение приоритета политики планирования , таким образом вытесняя активная задача. В общем, упреждение означает «предварительный захват». Когда задача с высоким приоритетом в этом экземпляре захватывает текущую запущенную задачу, это называется упреждающим планированием.
Термин «вытесняющая многозадачность» иногда ошибочно используется, когда предполагаемое значение является более конкретным, вместо этого относясь к классу политик планирования, известному как планирование с разделением времени или разделение времени.
Превентивное Многозадачность позволяет компьютерной системе более надежно гарантировать каждому процессу регулярный «кусок» рабочего времени. Это также позволяет системе быстро обрабатывать важные внешние события, такие как входящие данные, которые могут потребовать немедленного внимания того или иного процесса.
В любой конкретный момент процессы можно сгруппировать в две категории: те, которые ожидают ввода или вывода (так называемые «привязка ввода / вывода »), и те, которые полностью используют ЦП ("ограничен ЦП "). В ранних системах процессы часто «опрашивали» или «ожидание-занято », ожидая запрошенного ввода (такого как ввод с диска, клавиатуры или сети). В это время процесс не выполнял полезной работы, но все еще сохранял полный контроль над процессором. С появлением прерываний и вытесняющей многозадачности эти связанные с вводом-выводом процессы могут быть «заблокированы» или приостановлены в ожидании поступления необходимых данных, позволяя другим процессам использовать ЦП. Поскольку поступление запрошенных данных вызовет прерывание, заблокированным процессам может быть гарантирован своевременный возврат к выполнению.
Хотя методы многозадачности изначально были разработаны для того, чтобы позволить нескольким пользователям совместно использовать одну машину, вскоре стало очевидно, что многозадачность полезна независимо от количества пользователей. Многие операционные системы, от мэйнфреймов до однопользовательских персональных компьютеров и беспользовательских систем управления (например, в роботизированных космических аппаратах ), признали полезность поддержки многозадачности для различных причины. Многозадачность позволяет одному пользователю запускать несколько приложений одновременно или запускать «фоновые» процессы, сохраняя при этом контроль над компьютером.
Период времени, в течение которого процессу разрешено работать в системе с вытесняющей многозадачностью, обычно называется временным интервалом или квантом. Планировщик запускается один раз каждый раз, чтобы выбрать следующий процесс для запуска. Длина каждого временного интервала может иметь решающее значение для балансировки производительности системы и оперативности процесса - если временной интервал слишком короткий, планировщик будет потреблять слишком много времени обработки, но если временной интервал слишком длинный, процессам потребуется больше времени для ответа на ввод.
прерывание запланировано, чтобы позволить операционной системе ядро переключаться между процессами по истечении их временных интервалов, что позволяет процессору быть разделенным между несколькими задачами, создавая иллюзию, что он решает эти задачи параллельно (одновременно). Операционная система, которая управляет таким дизайном, называется многозадачной системой.
Сегодня почти все операционные системы поддерживают вытесняющую многозадачность, включая текущие версии Windows, macOS, Linux (включая Android ) и iOS.
Некоторыми из первых операционных систем, доступных для домашних пользователей с функцией вытесняющей многозадачности, были Sinclair QDOS (1984) и Amiga. ОС (1985). Оба они работали на микропроцессорах семейства Motorola 68000 без управления памятью. ОС Amiga использовала динамическую загрузку перемещаемых блоков кода («фрагменты » на жаргоне Amiga) для вытесняющей многозадачности всех процессов в одном плоском адресном пространстве.
Ранние операционные системы ПК, такие как MS-DOS и ПК DOS, вообще не поддерживали многозадачность, однако альтернативные операционные системы, такие как MP / M-86 (1981) и Concurrent CP / M-86 действительно поддерживали вытесняющую многозадачность. Другие Unix-подобные системы, включая MINIX и Coherent, обеспечивали вытесняющую многозадачность на персональных компьютерах 1980-х годов.
Более поздние версии DOS, изначально поддерживающие вытесняющую многозадачность / многопоточность, включают Concurrent DOS, Multiuser DOS, Novell DOS (позже называется Caldera OpenDOS и DR-DOS 7.02 и выше). Начиная с Concurrent DOS 386, они также могли запускать несколько программ DOS одновременно на виртуальных машинах DOS.
Самой ранней версией Windows, поддерживающей ограниченную форму вытесняющей многозадачности, была Windows 2.1x, который использовал Intel 80386 виртуальный режим 8086 для запуска приложений DOS на виртуальных машинах 8086, широко известных как «блоки DOS», которые могли быть вытесненным. В Windows 95, 98 и Me 32-разрядные приложения выполнялись с вытеснением, каждое из которых запускалось в отдельном адресном пространстве, но 16-разрядные приложения оставались совместными для обеспечения обратной совместимости. В Windows 3.1x (защищенный режим) драйверы ядра и виртуальных устройств выполнялись с вытеснением, но все 16-битные приложения не выполняли вытеснение и использовали одно и то же адресное пространство.
Вытесняющая многозадачность всегда поддерживалась Windows NT (все версии), OS / 2 (собственные приложения), Unix и Unix-подобные системы (такие как Linux, BSD и macOS ), VMS, OS / 360 и многие другие операционные системы, предназначенные для использования в академических кругах и на рынках среднего и крупного бизнеса.
Хотя планировалось обновить совместную многозадачность, присутствующую в классической Mac OS, до вытесняющей модели (и вытесняющий API существовал в Mac OS 9, хотя в ограниченном смысле), от них отказались в пользу Mac OS X (теперь называемой macOS), которая, будучи гибридом старого стиля Mac System и NeXTSTEP, является операционной системой основан на ядре Mach и частично унаследован от BSD, который всегда предоставлял Unix-подобную вытесняющую многозадачность.
