
【計】 multiprogramming utility
【計】 multiprograming; multiprogramming
apply; use
【醫】 application
【經】 appliance
多道程式設計(Multiprogramming)是指操作系統在内存中同時駐留多個程式,通過CPU時間片輪轉或事件觸發機制實現并行執行的技術模式。該概念源于1960年代計算機系統對硬件資源利用率提升的需求,其英文術語"multiprogrammed operating system"在《IEEE計算機協會技術委員會報告》中被定義為"允許多個獨立程式共享處理器時間的系統架構"。
從系統實現層面分析,多道程式設計的核心特征包含三個維度:
美國計算機協會(ACM)的經典教材《Operating System Concepts》指出,多道程式設計使CPU利用率從單道批處理的30%提升至80%以上。這種技術突破直接推動了現代分時系統(time-sharing system)的發展,為雲計算中的虛拟機并行技術奠定了理論基礎。
在工業應用場景中,IBM System/360系列計算機最早實現了商業化的多道程式設計系統,其技術白皮書記載了通過任務控制塊(TCB)管理并發進程的具體實現方案。該設計思想延續至今,在Linux内核的進程調度器CFS(Completely Fair Scheduler)中仍可見其核心邏輯。
多道程式設計是一種操作系統資源管理技術,其核心在于允許多個程式同時駐留内存并交替使用CPU和外圍設備,從而提高系統整體效率。以下是其應用場景和特點的詳細解析:
多道程式設計通過内存駐留多程式和CPU交替執行實現系統優化。當一個程式因I/O操作暫停時,CPU立即切換到另一程式執行,避免了空閑等待。這種機制使系統具備宏觀并行、微觀串行的特點()。
批處理系統
早期計算機通過多道程式同時處理多個作業,如科學計算任務與數據處理任務并行,顯著提升吞吐量()。例如,銀行後台批量處理交易時,CPU在等待磁盤讀寫時可處理其他計算任務。
分時系統基礎
支持多個用戶終端同時交互操作,如UNIX/Linux系統中用戶可同時運行編輯器、編譯器等程式,通過時間片輪轉實現多任務并發()。
服務器高并發處理
Web服務器(如Apache、Nginx)利用多道程式特性,同時響應數百個客戶端請求。當處理某個HTTP請求遇到網絡延遲時,CPU可立即處理其他請求()。
需硬件支持中斷機制和DMA技術,操作系統需配備進程調度器和内存管理模塊。現代操作系統如Windows的任務管理器、Linux的進程調度器都是典型應用案例()。
提示:該技術是現代操作系統的基石,相關擴展概念包括進程同步、死鎖預防等,可通過操作系統教材第七章進一步學習。
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