
【計】 multiprogrammed
【計】 multiprograming; multiprogramming
多道程式設計(Multiprogramming)是計算機操作系統中的核心概念,指在單個處理器上同時駐留多個獨立程式,通過資源調度實現CPU與I/O設備的高效協同。其核心機制包括:
并行資源利用
系統通過進程調度算法(如先來先服務、短作業優先)分配CPU時間片,當某程式因I/O操作進入等待狀态時,操作系統立即切換至其他就緒程式執行。這種機制顯著提升了CPU利用率,根據《操作系統概念》(Silberschatz等著)的實測數據,多道程式設計可使設備利用率從單道批處理的30%提升至60%以上。
内存管理技術
采用動态分區或分頁機制劃分内存空間,配合基址-界限寄存器實現程式隔離。現代系統通過虛拟内存擴展物理内存限制,如Linux采用的請求調頁技術(Demand Paging)。
中斷驅動架構
硬件中斷觸發上下文切換,保存當前進程的程式計數器、寄存器狀态至進程控制塊(PCB)。該技術被納入IEEE/ISO 9945 POSIX标準,成為現代操作系統的通用實現範式。
相關術語辨析:
該技術已衍生出實時系統(如航空航天控制)和雲計算資源調度(Kubernetes容器編排)等高級應用形态,其數學建模可表示為:
$$ text{系統吞吐量} = sum_{i=1}^{n} frac{Ci}{T{text{total}}} $$ 其中$Ci$為第i個程式完成的指令數,$T{text{total}}$為總執行時間。
多道程式設計(Multiprogramming)是操作系統中的一種資源管理技術,其核心目标是通過同時駐留多個程式在内存中,提高CPU和系統資源的利用率。以下是詳細解釋:
進程切換機制
操作系統通過中斷和上下文切換技術,在程式間快速轉移CPU控制權。例如,程式A等待磁盤數據時,系統保存A的狀态,加載程式B的上下文繼續執行。
資源分配與調度
采用調度算法(如先來先服務、短作業優先)決定程式執行順序,平衡CPU、内存和I/O設備的使用效率。
通過多道程式設計,計算機從“串行處理”邁入“并發處理”時代,為後續多線程、多核計算奠定了基礎。
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