資源分時系統

分時系統既是作業系統的一種類型，又是對配置了分時作業系統的計算機系統的一種稱呼。在分時環境下，一個計算機系統連線有若干個本地或遠程終端，每個用戶都可以在自己的終端上以互動方式使用計算機，對系統資源進行時間上的分享。

基本介紹

• 中文名：資源分時系統
• 外文名：Resource time-sharing system
• 定義：指多個用戶分享使用同一台計算機
• 有關術語：分時系統
• 領域：作業系統
• 套用學科：計算機原理

實現方法

分時是計算機系統中的一個普遍概念，它可以理解為：兩個或兩個以上事件按時間劃分輪流使用計算機系統中的某一資源。例如，CPU和通道同時使用記憶體，多台設備同時使用通道等。而分時系統中的分時概念則側重於對CPU的分時使用問題，它是通過作業系統軟體來實現的。

實現分時的基本方法是設立一個時間分享單位——時間片。時間片的長短視具體系統而定，可長可短。另外，在硬體方面設立一個中斷時鐘，它每經過一個時間片，便向CPU發一次中斷。於是，CPU在一個用戶程式執行了一個時間片時，便被中斷，然後CPU轉向作業系統程式。作業系統在對被中斷的用戶程式現場作必要的保護之後，轉去執行另一個用戶程式。這樣，作業系統可以把CPU按時間片依次分配給系統中的每一個用戶程式。由於系統中用戶程式的數目是有限的，如果時間片的大小選取適當，則可以保證一個用戶程式從放棄CPU到下一次再獲得CPU，只經過較短的一段時間(例如2～3秒)。這樣，從用戶的感覺來看，好像是一個速度不太快的CPU在單獨為自己服務。例如，若時間片為100毫秒，系統中有20個用戶在分享CPU，若暫時忽略用戶程式之間切換時運行作業系統的時間開銷，則每個用戶兩次使用CPU之間的時間間隔為100毫秒×20=2秒。再假定CPU的運算速度為1000萬次/秒，則對一個用戶程式來說，等價的CPU速度為1 000/20=500萬次/秒。

類型

(1)單道分時系統

在單道分時系統中，主存中只駐留一道程式(作業)，其餘作業都保存在輔存上。每當主存中的作業運行一個時問片後，便被調至輔存(稱為調出)，再從輔存上選一道作業裝入主存(稱為調入)並運行一個時間片，依此方法使所有的作業都能在一規定的時間內輪流運行一個時間片，這樣便能使所有的用戶都能與自己的作業互動。由於單道分時系統只有一道作業駐留在主存中，在多道作業的輪流運行過程中，每道作業往往可能頻繁地調進/調出多次，開銷較大，故系統性能較差。

(2)具有“前台”和“後台”的分時系統

在單道批處理系統中，作業調進/調出時CPU空閒；主存中的作業在執行I/0操作時CPU也空閒。為了充分利用CPU而引入了“前台”和“後台”的概念。在具有前台、後台的系統中，主存被固定地劃分為“前台區”和“後台區”兩部分。“前台區”存放按時間片調進和調出的作業流，“後台區”存放批處理作業。僅當前台調進/調出，或前台已無作業可運行時，方才運行“後台區”中的作業。

(3)多道分時系統

在分時系統中引入多道程式設計技術後，可在主存中同時存放多道作業，每道程式無固定位置。當作業都較小時，主存中便可多裝入幾道作業，由系統把已具備運行條件的所有作業排成一個佇列，使它們依次輪流地獲得一個時間片來運行。由於切換時作業就在主存中，不要花費調進/調出的開銷，故多道分時系統具有較好的系統性能。現代的分時系統都屬於多道分時系統。

特性

分時系統的以下4個主要特徵：

(1)多路性。在一台主機上連線了若干個用戶終端，從巨觀上看，多個用戶在同時工作，共享系統資源。但從微觀上看，各終端程式卻是在按時間片依次輪流使用CPU。多路性提高了系統資源利用率，節省了開支，促進了計算機的廣泛套用。

(2)獨立性。每個用戶各占一台終端，彼此獨立操作，互不干擾。從用戶角度看，每個終端用戶並不感到其他用戶的存在，就像整個系統由自己獨占一樣。

(3)及時性。終端用戶的請求能在允許的時間範圍內得到回響，這個時間範圍是衡量分時系統性能的一個重要指標，通常被規定為2—3秒。

(4)互動性。用戶能與系統進行廣泛的人機對話：用戶從鍵盤輸入命令，請求系統服務或控制作業的運行；系統能及時回響命令並顯示結果。互動性是分時系統的一個重要特徵。因此，分時系統也被稱為互動系統。

回響時間

回響時間是指從終端用戶發出一條命令開始，到系統處理完這條命令並做出回答為止所需的最大時間間隔。分時系統的回響時間是衡量分時系統性能的一個重要指標，也是設計分時系統時應注意的一個重要問題。

影響回響時間的主要因素

①系統開銷：分時系統中的系統開銷主要是指進程的調度和對換時間。進程的對換時間可表示為：

對換時間=外存的訪問時間+信息的傳輸時間

其中，信息的傳輸時間等於信息的對換量除以信息的對換速度，即：

信息的傳輸時間=信息對換量/信息對換速度

可見，同樣一批信息，內外存之間的信息對換速度越高，其傳輸時間就越短，從而可以減少回響時間。因此，應選擇速度高的磁碟作為外部存儲器。

②用戶數目：若系統中有n個同時性用戶，時間片為q，則每個用戶輪轉一次所需的時間n*q可近似地看做回響時間。可見，當q一定時，回響時間與用戶數目成正比，這就限制了分時系統中的同時性用戶的數目。

③時間片：當n一定時，回響時間正比於q。從這種意義上說，減少時間片的長度便可改善系統對用戶的回響時間。但從另一方面來看，同樣一個作業，時間片越小，完成它所需的時間片個數和對換次數就會越多，這無疑會增加系統開銷，降低系統效率。

④信息對換量：根據前面的分析，信息的對換時間與信息對換量成正比，在同樣的對換速度下，信息的對換量越少，信息的傳輸時間就越短。反之，對換時間就會越長。

改善回響時間的辦法

在上述影響回響時間的4個因素中，增加對換速度會受到硬體的限制，減少用戶數目將影響系統性能，縮短時間片會降低系統效率。可行的辦法是減少信息對換量。減少信息對換量可採用以下兩種方法：

①重入碼技術：所謂重入碼是指被多個作業共享的代碼。用重人碼技術編制的檔案可供多個終端用戶共享，而不必讓每個用戶都自帶副本，這樣可減少信息對換量。

②虛擬存儲技術：虛擬存儲技術是一種能自動實現在較小記憶體中運行較大用戶作業的記憶體管理技術。實現這種技術的主要方法是在外存保留作業的全部副本，而每次調入主存的僅是當前時間片所用到的部分。這樣就可大大減少信息對換量。