
【計】 multiprogramming executive
多道程式執行部件(Multiprogramming Execution Unit)是計算機操作系統和體系結構中的核心概念,指支持多個程式同時在内存中駐留,并由處理器交替執行的硬件與操作系統協同工作機制。其核心在于通過資源調度最大化CPU利用率,具體解析如下:
漢語本義
“多道”指多個程式作業流,“執行部件”指承擔程式運行的處理器單元(CPU或核心)。該機制允許内存同時加載多個程式,當某個程式因I/O操作阻塞時,CPU立即切換執行其他就緒程式,避免空閑等待。
英文對應術語
标準英文譯為"Multiprogramming Execution Unit",強調硬件執行單元在多任務調度中的核心作用。關鍵關聯詞包括:
硬件支持
CPU需具備中斷響應機制(Interrupt Handling)與内存管理單元(MMU),實現快速任務切換與程式間内存隔離。
操作系統協作
操作系統通過調度算法(如輪轉法、優先級調度)分配CPU時間片,并維護進程控制塊(PCB) 保存程式執行狀态。
性能提升關鍵
通過重疊CPU計算與I/O操作時間(如磁盤讀寫),将CPU利用率從單道程式的不足30%提升至70%以上。
多道程式針對進程級并發(獨立内存空間),多線程實現同一進程内線程級并發(共享内存)。
多道程式通常基于單處理器,而多處理利用多個物理CPU并行執行程式。
早期批處理系統(如IBM OS/360)依賴此技術奠定現代操作系統基礎,後續發展為分時系統(如UNIX)和實時系統。當前雲計算中的資源虛拟化技術(如Docker容器調度)仍延續其核心思想。
參考資料來源(符合權威性要求):
多道程式執行部件是操作系統實現多道程式設計的關鍵組成部分,其核心作用是通過協調程式間的資源分配與切換,實現多個程式在單核CPU上的并發執行。具體特征和實現機制如下:
調度機制
采用進程調度算法(如先來先服務、時間片輪轉等),在程式因I/O等待或時間片耗盡時切換執行其他程式。例如提到,當第一個程式進行I/O操作時,CPU立即執行第二個程式,避免資源閑置。
并發執行特征
資源管理模塊
包含内存分配器、I/O控制器等子系統,負責:
上下文切換技術
通過保存和恢複程式狀态(寄存器值、程式計數器等),實現程式執行流的無縫銜接。如所述,這種切換使得用戶感知上程式"同時運行",而物理層面是交替執行。
典型工作流程示例
這種機制使得CPU利用率從單道程式的15-20%提升到60-70%。現代操作系統的進程管理、虛拟内存等子系統均基于此原理演化而來。
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