Уақыт бөлісу: Есептеу ресурстарын бірнеше пайдаланушымен бөлісу

Кіріспе

Бір мезгілде пайдаланушылармен бөлісетін есептеу ресурсы – есептеу термині.

Есептеу техникасында уақыт бөлісу – көптеген тапсырмалар немесе пайдаланушылар арасында есептеу ресурсын бөлісу. Ол бір пайдаланушының бірнеше тапсырманы бір уақытта орындауына немесе бірнеше пайдаланушы сессиясын іске асыруға мүмкіндік береді. 1960-шы жылдары дамыған, 1970-шы жылдары есептеудің басты моделі ретінде пайда болуы есептеу тарихындағы маңызды технологиялық өзгеріс болды. Көптеген пайдаланушыларға бір компьютермен бір мезгілде өзара әрекеттесуге мүмкіндік беру арқылы уақыт бөлісу есептеу мүмкіндіктерін қамтамасыз ету құнын айтарлықтай төмендетті, жеке тұлғалар мен ұйымдарға компьютерді сатып алмастан пайдалануға жол ашты және компьютерлерді интерактивті түрде пайдалану мен жаңа интерактивті қолданбаларды жасауға көмектесті.

Партиялық өңдеу

Алғашқы компьютерлер өте қымбат құрылғылар болған және кейінгі үлгілермен салыстырғанда өте баяу болған. Машиналар көбінесе нақты белгілі бір міндеттерге арналды және басқару тақталары арқылы басқарылды, оператор бағдарламаларды жүктеу және іске қосу үшін кішкентай бағдарламаларды коммутаторлар арқылы қолмен енгізетін. Мұндай бағдарламаларды іске қосу бірнеше сағатқа созылуы мүмкін. Компьютерлердің жылдамдығы артқан сайын, жұмыс істеу уақыты қысқарды, жақын арада келесі бағдарламаны іске қосуға кеткен уақыт алаңдата бастады. IBSYS (1960) сияқты жаңа топтық өңдеу бағдарламалары мен әдістемелері, бағдарламаларды орындауға дайын күйде кезекке қою арқылы осы "бос уақытты" азайтты. Бағдарламашылар өз бағдарламаларын "оффлайн" режимінде жазу үшін салыстырмалы түрде арзан карта перфораторлары немесе қағаз таспа жазу құралдарын пайдаланды. Бағдарламалар операциялық топқа тапсырылды, олар оларды іске қосу кестесін жасады. Нәтиже (көбінесе басылған) бағдарламашыға қайтарылды. Бұл процеске бірнеше күн кетіп, ол уақытта бағдарламашы компьютерді тікелей көре алмауы мүмкін. Стэнфорд студенттері осы жағдайды әзілмен сынаған қысқа фильм түсірді. Пайдаланушыға компьютерді тікелей басқару мүмкіндігін қарастыру, көбінесе тым қымбат болды. Себебі пайдаланушылар компьютер бос тұрғанда кодты енгізуге көп уақыт жұмсауы мүмкін. Бұл жағдай интерактивті әзірлемені тек есептеу циклдарын ысырап етуге қауқаратын ұйымдармен – көбінесе ірі университеттермен шектеді.

Уақытты бөлу

Бұл ұғымды алғаш рет Роберт Доддс 1949 жылы жазған хатында сипаттаған, бірақ ол уақыт бөлісу терминін қолданбаған. Кейін Джон Бэкус та осы ұғымды сипаттады, бірақ бұл терминді 1954 жылғы жазғы сессияда MIT-де қолданған жоқ. Боб Бемер 1957 жылы «Автоматты басқару журналында» жариялаған «Компьютерді қалай қарастыру керек» деген мақаласында уақыт бөлісу терминін қолданды, сондай-ақ сол жылы презентациясында да осы терминді пайдаланды. 1958 жылдың желтоқсанында жарияланған мақаласында В. Ф. Бауэр: «Компьютерлер бірнеше мәселені бір уақытта шеше алады. Ұйымдар өз ғимараттарына кіріс-шығыс жабдықтарын орнатады және компьютерде уақыт сатып алады, бұл тұрмыстық шаруашылықтардың коммуналдық қызметтерден электр қуаты мен су сатып алуымен ұқсас» деп жазды. Оксфорд университетінің алғашқы есептеу профессоры Кристофер Стречи 1959 жылдың ақпанында «уақыт бөлісу» үшін патентке өтініш берді. Ол сол жылдың маусым айында Парижде өткен ЮНЕСКО-ның алғашқы ақпараттық өңдеу конференциясында «Үлкен, жылдам компьютерлерде уақыт бөлісу» тақырыбында баяндама жасады, онда ол осы тұжырымдаманы Дж. К. Р. Ликлидерге жеткізді. 1963 жылы MIT Есептеу орталығы бұл мақаланы «уақыт бөлісімінде жұмыс істейтін компьютерлер туралы алғашқы мақала» деп атады. Уақыт бөлісу терминінің мағынасы бастапқы қолданылуынан өзгерді. 1949 жылдан 1960 жылға дейін уақыт бөлісу бірнеше пайдаланушы сессиясы болмайтын көп бағдарламалауды білдірді. Бағдарламалық жасақтаманы әзірлеуге қолданылатын алғашқы интерактивті, жалпы мақсаттағы уақыт бөлісу жүйесі – Үйлесімді уақыт бөлісу жүйесін (Compatible Time Sharing System) 1959 жылы MIT-де Джон Маккарти меморандум жазып бастады. Фернандо Корбато жүйенің әзірлеуін басқарды, оның прототипі 1961 жылдың қарашасына дейін жасалып, сынақтан өтті. Филип М. Морз IBM-ге IBM 704 және одан кейін IBM 709 өнімдерінің қатарына жататын IBM 7090 және IBM 7094 компьютерлерінен тұратын орталық компьютерлер сериясын ұсынуды ұйымдастырды. MIT IBM компьютерлерін күніне сегіз сағат қана пайдалана алды, ал қалған сегіз сағат басқа колледждер мен университеттерге берілді, IBM өз компьютерлерін қалған сегіз сағат бойы пайдалана алды, бірақ кейбір ерекшеліктер болды. 1963 жылы CTSS-тің екінші нұсқасы MIT ARPA қаражатымен сатып алынған IBM 7094 компьютерінде орнатылды. Бұл MAC жобасында Multics-ті дамытуды қолдау үшін пайдаланылды. Дартмут уақыт бөлісу жүйесі (DTSS) 1964 жылдың наурыз айында қызмет көрсетуді бастады.

The concept is claimed to have been first described by Robert Dodds in a letter he wrote in 1949 although he did not use the term time sharing. Later John Backus also described the concept, but did not use the term, in the 1954 summer session at MIT. Bob Bemer used the term time sharing in his 1957 article "How to consider a computer" in Automatic Control Magazine and it was reported the same year he used the term time sharing in a presentation. In a paper published in December 1958, W. F. Bauer wrote that "The computers would handle a number of problems concurrently. Organizations would have input output equipment installed on their own premises and would buy time on the computer much the same way that the average household buys power and water from utility companies." Christopher Strachey, who became Oxford University's first professor of computation, filed a patent application for "time sharing" in February 1959. He gave a paper "Time Sharing in Large Fast Computers" at the first UNESCO Information Processing Conference in Paris in June that year, where he passed the concept on to J. C. R. Licklider. This paper was credited by the MIT Computation Center in 1963 as "the first paper on time shared computers". The meaning of the term time sharing has shifted from its original usage. From 1949 to 1960, time sharing was used to refer to multiprogramming without multiple user sessions. The first interactive, general purpose time sharing system usable for software development, Compatible Time Sharing System, was initiated by John McCarthy at MIT writing a memo in 1959. Fernando J. Corbató led the development of the system, a prototype of which had been produced and tested by November 1961. Philip M. Morse arranged for IBM to provide a series of their mainframe computers starting with the IBM 704 and then the IBM 709 product line IBM 7090 and IBM 7094. MIT could only use the IBM computers for eight hours a day; another eight hours were available for other colleges and universities; IBM could use their computers for the remaining eight hours, although there were some exceptions. In 1963 a second deployment of CTSS was installed on an IBM 7094 that MIT has purchased using ARPA money. This was used to support Multics development at Project MAC. Dartmouth Time Sharing System (DTSS) began service in March 1964.

Даму

1960 жылдардың соңы мен 1970 жылдары компьютерлік терминалдар үлкен мейнфрейм компьютерлеріне (орталықтандырылған есептеу жүйелеріне) қосылды, олар көптеген жағдайларда терминалдарды ретті түрде тексеріп, пайдаланушыдан қосымша деректерді күтетін болса немесе әрекет сұралғандығын анықтау үшін сұрады. Кейінгі технологиялар үзіліс режимінде жұмыс істеді, ал олардың кейбіреулері IEEE 488 стандарты сияқты параллель деректерді беру технологияларын қолданды. Әдетте, компьютерлік терминалдар университеттерде, қазіргі кездегі үстелдік компьютерлер немесе жеке компьютерлер орналасқан жерлерде пайдаланылды. Жеке компьютерлердің алғашқы күндері олардың көптеген түрлері уақытты бөлісу жүйелері үшін ерекше интеллектуалды терминалдар ретінде қолданылды. DTSS жасаушылары 1968 жылы «орташа жауап беру уақыты 10 секундтан асса, адамның жеке компьютері бар деген сезімі жоғалады» деп жазды. Керісінше, уақытты бөлісетін пайдаланушылар өз терминалдары компьютер деп ойлады. Бұл үлкен компьютерді ортақ пайдаланудың тиімді тәсілі болды. DTSS 100-ден астам бір мезгілде пайдаланушыны қолдады. Жүйе "өте жұқ жұмыс күнінде" 19 503 жұмыстың 1000-нан астамы компьютер уақытының он секунд немесе одан да көп уақытын қажет етсе де, DTSS жұмысты орындай алды, себебі жұмыстардың 78%-ы компьютер уақытының бір секунд немесе одан аз уақытын қажет етті. 3197 пайдаланушының шамамен 75%-ы терминалды 30 минут немесе одан аз уақыт пайдаланды, осы уақыт ішінде олар компьютер уақытын төрт секундтан кем жұмсады. DTSS үшін жазылған алғашқы мейнфрейм ойындарының бірі – футбол симуляциясы, ойынды ойнау үшін 15 минуттың ішінде екі секундтан кем компьютер уақытын жұмсады. 1980 жылдардың басында микрокомпьютерлердің пайда болуымен уақытты бөлісудің маңызы азайды, өйткені жеке микропроцессорлар жеткілікті түрде арзан болғандықтан, әрбір адамның барлық CPU уақыты тек оның қажеттіліктеріне арналуы мүмкін болды, тіпті бос тұрғанда да. Алайда, Интернет уақытты бөлісудің жалпы тұжырымын қайтадан танымал етті. Миллиондаған доллар тұратын қымбат корпоративтік серверлер мыңдаған клиенттерге ортақ ресурстарды бөлісе алады. Ертедегі тізбекті терминалдар сияқты, веб-сайттар да негізінен белсенділік кезеңдерінде жұмыс істейді, содан кейін бос уақыт кезеңдері келеді. Бұл импульстік сипат көптеген клиенттерге бірден қызмет көрсетуге мүмкіндік береді, әдетте, серверлер тым бос болмаса, байланыс кешігуі байқалмайды.

Throughout the late 1960s and the 1970s, computer terminals were multiplexed onto large institutional mainframe computers (centralized computing systems), which in many implementations sequentially polled the terminals to see whether any additional data was available or action was requested by the computer user. Later technology in interconnections were interrupt driven, and some of these used parallel data transfer technologies such as the IEEE 488 standard. Generally, computer terminals were utilized on college properties in much the same places as desktop computers or personal computers are found today. In the earliest days of personal computers, many were in fact used as particularly smart terminals for time sharing systems. DTSS's creators wrote in 1968 that "any response time which averages more than 10 seconds destroys the illusion of having one's own computer". Conversely, timesharing users thought that their terminal was the computer. It was an efficient way to share a large computer. DTSS supported more than 100 simultaneous users. Although more than 1,000 of the 19,503 jobs the system completed on "a particularly busy day" required ten seconds or more of computer time, DTSS was able to handle the jobs because 78% of jobs needed one second or less of computer time. About 75% of 3,197 users used their terminal for 30 minutes or less, during which they used less than four seconds of computer time. A football simulation, among early mainframe games written for DTSS, used less than two seconds of computer time during the 15 minutes of real time for playing the game. With the rise of microcomputing in the early 1980s, time sharing became less significant, because individual microprocessors were sufficiently inexpensive that a single person could have all the CPU time dedicated solely to their needs, even when idle. However, the Internet brought the general concept of time sharing back into popularity. Expensive corporate server farms costing millions can host thousands of customers all sharing the same common resources. As with the early serial terminals, web sites operate primarily in bursts of activity followed by periods of idle time. This bursting nature permits the service to be used by many customers at once, usually with no perceptible communication delays, unless the servers start to get very busy.

Көтерілу және түсу

1975 жылы Prime Computer президенті міндетін атқарушы Бен Ф. Робелен акционерлерге: «Қазіргі уақытта ең ірі пайдаланушы нарығы – уақытты бөлісу» деді. DEC үшін, бір кезде екінші ірі компьютер компаниясы (IBM-ден кейін) бұл да шындық болатын: олардың PDP 10 және IBM-нің 360/67 үлгілері CompuServe, On Line Systems, Inc. (OLS), Rapidata және Time Sharing Ltd сияқты коммерциялық уақытты бөлісу қызметтерінде кеңінен қолданылды. Жеке компьютерлердің пайда болуы уақытты бөлісудің төмендеуінің бастамасы болды. Экономикалық жағдайларға байланысты компьютер уақыты бұрынғыдай қымбат ресурс болмай, оны бөлісудің қажеті болды, ал кейін арзанға түсіп, қажет болғанда қолжетімді болу үшін ұзақ уақыт бос тұру мүмкіншілігі туды.

Rapidata мысалы

Көптеген уақыт бөлісу қызметтері жабылып қалғанмен, Rapidata сақталып, Ұлттық деректер корпорациясының құрамына кірді. 1982 жылы "Статистикалық бағдарламаларға арналған пайдаланушы нұсқауы: Rapidata уақыт бөлісу жүйесі" осы жүйеге қызығушылықты сақтап тұрды. Кіріс 66%-ға төмендесе де және National Data кейіннен өзінің қиындықтарымен күрессе де, осы уақыт бөлісу бизнесін сақтап қалуға әрекеттер жасалды.

Ұлыбритания

Уақытты бөлісу лимиттелген (TSL, 1969–1974) DEC жүйелерін қолданысқа енгізді. ПЕРТ оның танымал қызметтерінің бірі болды. TSL компаниясы 1974 жылы ADP компаниясымен сатып алынды. OLS Computer Services (UK) Limited (1975–1980) HP және DEC жүйелерін пайдаланды.

Компьютерлік құрал

1964 жылдан бастап Multics операциялық жүйесі электрмен жабдықтау немесе телефон байланысы сияқты есептеу қызметі ретінде жобаланды. 1970 жылдары Тед Нельсонның бастапқы "Xanadu" гипермәтіндік репозиторийі осындай қызмет түрінде көзделіп жасалған.

Қауіпсіздік

Уақытты бөлісу – әр түрлі пайдаланушыларға тиесілі бірнеше процестің бір машинада бірдей іске қосылуының және осы процестердің бір-біріне кедергі келтіру мүмкіндігінің алғашқы мысалы болды. Мысалы, бір процесс жадыда сақталған айнымалы сияқты, екінші процесс қолданатын ортақ ресурстарды өзгерте алатын. Жүйені бір ғана пайдаланушы қолданса, бұл қате нәтижелерге әкелуі мүмкін, бірақ бірнеше пайдаланушы болғанда, басқа пайдаланушылар көруге тиіс емес ақпаратты көруіне себеп болуы мүмкін. Мұндай жағдайдың алдын алу үшін операциялық жүйе әрбір процесске қандай құқықтар берілгенін анықтайтын саясаттар жиынтығын қолдануы қажет еді. Мысалы, операциялық жүйе белгілі бір процесске белгілі бір айнымалыға қол жеткізуді жоюы мүмкін. 1971 жылы Лондонда өткен компьютерлік қауіпсіздік жөніндегі алғашқы халықаралық конференцияның басты себебі уақытты бөлісу индустриясы және оның клиенттері болды. Уақытты бөлісу, әсіресе псевдо-шоттар түрінде, қауіпті деп есептелді.