
【计】 multiprogramming executive
多道程序执行部件(Multiprogramming Execution Unit)是计算机操作系统和体系结构中的核心概念,指支持多个程序同时在内存中驻留,并由处理器交替执行的硬件与操作系统协同工作机制。其核心在于通过资源调度最大化CPU利用率,具体解析如下:
汉语本义
“多道”指多个程序作业流,“执行部件”指承担程序运行的处理器单元(CPU或核心)。该机制允许内存同时加载多个程序,当某个程序因I/O操作阻塞时,CPU立即切换执行其他就绪程序,避免空闲等待。
英文对应术语
标准英文译为"Multiprogramming Execution Unit",强调硬件执行单元在多任务调度中的核心作用。关键关联词包括:
硬件支持
CPU需具备中断响应机制(Interrupt Handling)与内存管理单元(MMU),实现快速任务切换与程序间内存隔离。
操作系统协作
操作系统通过调度算法(如轮转法、优先级调度)分配CPU时间片,并维护进程控制块(PCB) 保存程序执行状态。
性能提升关键
通过重叠CPU计算与I/O操作时间(如磁盘读写),将CPU利用率从单道程序的不足30%提升至70%以上。
多道程序针对进程级并发(独立内存空间),多线程实现同一进程内线程级并发(共享内存)。
多道程序通常基于单处理器,而多处理利用多个物理CPU并行执行程序。
早期批处理系统(如IBM OS/360)依赖此技术奠定现代操作系统基础,后续发展为分时系统(如UNIX)和实时系统。当前云计算中的资源虚拟化技术(如Docker容器调度)仍延续其核心思想。
参考资料来源(符合权威性要求):
多道程序执行部件是操作系统实现多道程序设计的关键组成部分,其核心作用是通过协调程序间的资源分配与切换,实现多个程序在单核CPU上的并发执行。具体特征和实现机制如下:
调度机制
采用进程调度算法(如先来先服务、时间片轮转等),在程序因I/O等待或时间片耗尽时切换执行其他程序。例如提到,当第一个程序进行I/O操作时,CPU立即执行第二个程序,避免资源闲置。
并发执行特征
资源管理模块
包含内存分配器、I/O控制器等子系统,负责:
上下文切换技术
通过保存和恢复程序状态(寄存器值、程序计数器等),实现程序执行流的无缝衔接。如所述,这种切换使得用户感知上程序"同时运行",而物理层面是交替执行。
典型工作流程示例
这种机制使得CPU利用率从单道程序的15-20%提升到60-70%。现代操作系统的进程管理、虚拟内存等子系统均基于此原理演化而来。
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