Многопрограммирование, также известное как многозадачность, — это концепция компьютерного программирования, позволяющая одновременно выполнять несколько программ или процессов, используя одни и те же ресурсы компьютерной системы. Обычно мультипрограммирование использует прерывания для переключения между программами и обеспечения одновременного выполнения. Однако в этой статье мы рассмотрим альтернативные методы достижения мультипрограммирования без прерываний. Мы углубимся в различные методы, которые можно использовать для обеспечения плавного и бесперебойного одновременного выполнения.

Метод 1. Совместная многозадачность

Кооперативная многозадачность — это метод, при котором каждая программа добровольно передает управление другим программам на определенных этапах своего выполнения. Этот подход требует, чтобы программы были разработаны таким образом, чтобы они в нужный момент отказывались от управления, позволяя выполняться другим программам. Вот пример на Python:

def program_A():
    # Program A's code
    ...
    yield  # Yield control to other programs
def program_B():
    # Program B's code
    ...
    yield  # Yield control to other programs
# Main loop
while True:
    program_A()
    program_B()

В этом примере и program_A, и program_Bимеют оператор доходности, который приостанавливает их выполнение и передает управление обратно в основной цикл.

Метод 2: разделение времени

Разделение времени — это метод, который делит доступное время обработки между несколькими программами или процессами. Каждой программе выделяется небольшой интервал времени, в течение которого она может выполняться. По истечении временного интервала система переключается на следующую программу. Вот упрощенная реализация на C:

void program_A() {
    // Program A's code
    ...
}
void program_B() {
    // Program B's code
    ...
}
// Main loop
int main() {
    while (true) {
        program_A();
        program_B();
    }
    return 0;
}

В этом примере программы выполняются по кругу, при этом каждая программа получает фиксированный интервал времени перед переключением на следующую.

Метод 3. Очереди задач

Очереди задач можно использовать для управления несколькими программами или процессами без прерываний. Каждая программа инкапсулируется как задача и добавляется в очередь. Затем планировщик выбирает и выполняет задачи из очереди на основе определенных критериев. Вот пример на JavaScript:

function program_A() {
    // Program A's code
    ...
}
function program_B() {
    // Program B's code
    ...
}
const taskQueue = [program_A, program_B];
// Main loop
while (taskQueue.length > 0) {
    const task = taskQueue.shift();
    task();
    taskQueue.push(task);
}

В этом примере TaskQueue хранит программы как функции, а основной цикл итеративно выполняет задачи, перемещая выполненную задачу в конец очереди.

Хотя прерывания обычно используются в мультипрограммировании для обеспечения одновременного выполнения, существуют альтернативные методы достижения многозадачности без использования прерываний. Используя совместную многозадачность, квантование времени или очереди задач, разработчики могут облегчить параллельное выполнение без прерываний. Каждый метод имеет свои преимущества и особенности, и выбор зависит от конкретных требований системы. Изучая эти методы, программисты могут глубже понять мультипрограммирование и выбрать наиболее подходящий подход для своих приложений.