多任务操作系统

在操作系统中，为了提高计算机系统的性能，可以使用多处理器操作系统。

多个CPU通过互联方式连接在一起，可以将任务分配给它们以加快执行速度。当任务完成时，来自所有CPU的结果被收集和编译以得出最终输出。任务需要共享主内存，它们也可以共享其他系统资源。多个CPU还可以同时运行多个任务。

例如： UNIX 操作系统是最广泛使用的多处理器系统之一。

典型多处理器系统的基本组织如下图所示。

为了有效地使用多处理器操作系统，计算机系统必须具备以下条件：

• 一个主板能够在多处理器操作系统中处理多个处理器。
• 处理器也能够在多处理系统中使用。

多处理器操作系统的优点：

• 提高可靠性： 由于多处理系统可以将处理任务分配给多个处理器，因此提高了可靠性。如果一个处理器出现故障，任务可以交给另一个处理器完成。
• 提高吞吐量： 随着处理器的增加，更多的工作可以在较短的时间内完成。
• 规模经济： 由于多处理器系统共享外围设备、二级存储设备和电源，相对于单处理器系统，它们的价格更便宜。

多处理器操作系统的缺点：

• 多处理器操作系统更复杂和复杂，因为它同时处理多个CPU。

多处理器系统的类型：

• 对称多处理操作系统
• 非对称多处理操作系统

对称多处理操作系统：

在对称多处理系统中，每个处理器执行相同的操作系统副本，作出自己的决策，并与其他进程合作以平滑整个系统的运行。CPU调度策略非常简单。用户提交的任何新作业可以分配给负载最小的任何处理器。这也导致系统在任何时候所有处理器的负载都是平衡的。

对称多处理操作系统也称为“共享一切”系统，因为处理器共享内存和输入/输出总线或数据路径。在该系统中，处理器通常不超过16个。

对称多处理操作系统的特点：

• 在此系统中，任何处理器都可以运行任何作业或进程。
• 在此系统中，任何处理器都可以发起输入输出操作。

对称多处理操作系统的优点：

• 这些系统具有容错能力。少数处理器的故障不会使整个系统停止。

对称多处理操作系统的缺点：

• 很难合理地平衡处理器之间的工作负载。
• 需要专门的同步方案来管理多个处理器。

非对称多处理操作系统

在非对称多处理系统中，处理器之间存在主从关系。

此外，一个处理器可能充当主处理器或监督处理器，而其他处理器则被视为下面所示。

在上面的图中， 不对称处理系统显示CPU n1充当一个监督者，其功能是控制其他随后的处理器。

在这种类型的系统中，每个处理器被分配了一个特定的任务，并且有一个指定的主处理器来控制其他处理器的活动。

例如， 我们有一个数学协处理器，可以比主CPU更好地处理数学任务。同样地，我们有一个专门处理多媒体相关任务的MMX处理器。同样地，我们有一个专门处理图形相关任务的图形处理器，比主处理器更好地处理。当用户提交一个新任务时，操作系统必须决定哪个处理器能够更好地执行该任务，然后将该处理器分配给新到达的任务。这个处理器充当主处理器并控制系统。所有其他处理器都寻找主处理器的指令或具有预定义的任务。主处理器有责任分配工作给其他处理器。

不对称多处理操作系统的优点：

• 在这种类型的系统中，输入输出操作或应用程序的执行在某些情况下可能更快，因为可能有多个处理器可用于单个任务。

  不对称多处理操作系统的缺点：

• 在这种多处理操作系统中，处理器的负担不均衡。一个处理器可能有一个很长的作业队列，而另一个处理器可能闲置。

• 在这个系统中，如果处理特定工作的进程失败，整个系统将崩溃。