मल्टीप्रोग्रामिंग क्या है?

मल्टीप्रोग्रामिंग एक विधि है जिसका उपयोग ऑपरेटिंग सिस्टम द्वारा CPU उपयोग को बढ़ाने के लिए किया जाता है, जिससे कई प्रोग्रामों को मेमोरी में लोड किया जा सके और एक साथ निष्पादित किया जा सके।

मल्टीप्रोग्रामिंग से आपका क्या मतलब है?

मल्टीप्रोग्रामिंग एक ऑपरेटिंग सिस्टम तकनीक है जो एक साथ कई प्रोग्रामों को एक साथ रहने में सक्षम बनाती है। स्मृति और एकल के कंप्यूटिंग संसाधनों को साझा करें प्रक्रमकयह अनुमति देकर काम करता है सी पी यू इनपुट/आउटपुट परिचालन के कारण जब भी कोई प्रोग्राम निष्क्रिय हो जाए, तो उसके बीच स्विच करना, यह सुनिश्चित करना कि प्रोसेसर को प्रतीक्षा में न रहना पड़े तथा उसे यथासंभव व्यस्त रखा जाए।

गणना और विश्लेषण का यह ओवरलैप मैं / हे समग्र प्रणाली थ्रूपुट और दक्षता को बढ़ाता है। ऑपरेटिंग सिस्टम प्रत्येक प्रोग्राम के लिए शेड्यूलिंग और मेमोरी आवंटन का प्रबंधन करता है, संघर्षों को रोकने और निष्पक्षता सुनिश्चित करने के लिए निष्पादन प्रवाह पर नियंत्रण बनाए रखता है। जबकि एक समय में CPU पर केवल एक प्रोग्राम निष्पादित होता है, मल्टीप्रोग्रामिंग कार्यों के बीच तेज़ी से स्विच करके एक साथ निष्पादन का भ्रम पैदा करता है।

मल्टीप्रोग्रामिंग के प्रकार

यहां मल्टीप्रोग्रामिंग के मुख्य प्रकार दिए गए हैं, जिनमें से प्रत्येक को इस आधार पर परिभाषित किया गया है कि ऑपरेटिंग सिस्टम कार्यों और संसाधनों को कैसे संभालता है।

1. सहकारी मल्टीप्रोग्रामिंग

सहकारी मल्टीप्रोग्रामिंग में, प्रोग्राम स्वेच्छा से CPU का नियंत्रण छोड़ देते हैं, आम तौर पर जब वे कोई कार्य पूरा करते हैं या I/O ऑपरेशन शुरू करते हैं। ऑपरेटिंग सिस्टम प्रत्येक प्रोग्राम पर निर्भर करता है कि वह ठीक से काम करे और प्रोसेसर को छोड़ दे, जिससे अगर कोई प्रोग्राम गलत व्यवहार करता है या अनंत में प्रवेश करता है तो समस्याएँ हो सकती हैं पाशइसे लागू करना सरल है लेकिन कम विश्वसनीय है।

2. प्रीमेप्टिव मल्टीप्रोग्रामिंग

प्रीमेप्टिव मल्टीप्रोग्रामिंग ऑपरेटिंग सिस्टम को चल रहे प्रोग्राम से CPU का जबरन नियंत्रण लेने की अनुमति देता है। यह आमतौर पर टाइमर इंटरप्ट या प्राथमिकता-आधारित शेड्यूलर का उपयोग करके किया जाता है। यह बेहतर नियंत्रण और निष्पक्षता प्रदान करता है, जिससे उच्च प्राथमिकता वाले कार्य या समय-संवेदनशील संचालन दूसरों द्वारा अवरुद्ध किए बिना आगे बढ़ सकते हैं।

3. स्टेटिक मल्टीप्रोग्रामिंग

स्टैटिक मल्टीप्रोग्रामिंग में, मेमोरी में प्रोग्रामों की संख्या तय होती है, और प्रत्येक प्रोग्राम को मेमोरी और CPU समय का एक विशिष्ट भाग आवंटित किया जाता है। यह दृष्टिकोण सीमित करता है flexयह न केवल क्षमता में वृद्धि कर सकता है, बल्कि संसाधन प्रबंधन को सरल बना सकता है और उन प्रणालियों में ओवरहेड को कम कर सकता है जहां कार्यभार पूर्वानुमानित होता है।

4. डायनेमिक मल्टीप्रोग्रामिंग

डायनेमिक मल्टीप्रोग्रामिंग सिस्टम लोड और संसाधन उपलब्धता के आधार पर मेमोरी में प्रोग्राम की संख्या को समायोजित करता है। ऑपरेटिंग सिस्टम किसी भी समय प्रोग्राम को लोड या हटा सकता है। क्रम, जिससे बेहतर मेमोरी उपयोग और बदलते कार्यभार के प्रति प्रतिक्रिया सक्षम होगी।

मल्टीप्रोग्रामिंग की मुख्य विशेषताएं

मल्टीप्रोग्रामिंग की प्रमुख विशेषताएं इस प्रकार हैं:

• कुशल CPU उपयोग. मल्टीप्रोग्रामिंग यह सुनिश्चित करके CPU को व्यस्त रखता है कि जब एक प्रक्रिया I/O के लिए प्रतीक्षा करती है, तो दूसरी प्रक्रिया निष्पादित होने के लिए तैयार होती है। यह निष्क्रिय समय को कम करता है और प्रोसेसर उपयोग को अधिकतम करता है।
• समवर्ती प्रक्रिया निष्पादन. हालाँकि एक समय में CPU पर केवल एक ही प्रक्रिया चलती है, लेकिन मेमोरी में कई प्रक्रियाएँ रहती हैं और एक साथ आगे बढ़ती हैं। समानांतर निष्पादन का अनुकरण करने के लिए ऑपरेटिंग सिस्टम तेज़ी से उनके बीच स्विच करता है।
• नौकरी का समय निर्धारण. ऑपरेटिंग सिस्टम शेड्यूलिंग का उपयोग करता है एल्गोरिदम यह तय करने के लिए कि आगे कौन सी प्रक्रिया अपनाई जाए। इससे निष्पक्षता सुनिश्चित होती है, व्यवस्था बनी रहती है, और महत्व या तात्कालिकता के आधार पर नौकरियों को प्राथमिकता दी जाती है।
• स्मृति प्रबंधन। मल्टीप्रोग्रामिंग के लिए प्रभावी स्मृति आवंटन ताकि RAM में कई प्रोग्राम बिना किसी व्यवधान के एक साथ काम कर सकें। मेमोरी को सुरक्षित और कुशलतापूर्वक प्रबंधित करने के लिए अक्सर पार्टीशनिंग या पेजिंग जैसी तकनीकों का उपयोग किया जाता है।
• I/O और CPU ओवरलैप. जब एक प्रोग्राम I/O ऑपरेशन करता है, तो CPU को दूसरे प्रोग्राम को आवंटित किया जाता है। कंप्यूटेशन और I/O के इस ओवरलैपिंग से सिस्टम थ्रूपुट बढ़ता है।
• बेहतर थ्रूपुट. कई प्रोग्रामों को एक साथ चलाने से, मल्टीप्रोग्रामिंग समय के साथ पूर्ण होने वाली प्रक्रियाओं की संख्या को बढ़ा देती है, जिससे सिस्टम थ्रूपुट में वृद्धि होती है।
• कम समय में वापसी. चूंकि CPU निष्क्रिय नहीं रहता है और I/O प्रतीक्षा के दौरान अन्य कार्यों पर स्विच कर सकता है, इसलिए कुल मिलाकर कार्य पूरा होने का समय कम हो जाता है।

मल्टीप्रोग्रामिंग कैसे होता है?

मल्टीप्रोग्रामिंग कई प्रोग्राम को एक साथ मुख्य मेमोरी में रहने की अनुमति देता है और उनके निष्पादन का प्रबंधन करता है ताकि CPU के पास हमेशा कोई न कोई कार्य हो। जब कोई प्रोग्राम I/O ऑपरेशन के पूरा होने का इंतज़ार कर रहा होता है, जैसे कि डिस्क से पढ़ना या उपयोगकर्ता इनपुट प्राप्त करना, तो ऑपरेटिंग सिस्टम CPU को मेमोरी में दूसरे तैयार प्रोग्राम पर स्विच कर देता है। इस प्रक्रिया को ऑपरेटिंग सिस्टम के शेड्यूलर द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो शेड्यूलिंग एल्गोरिदम और संसाधन के आधार पर तय करता है कि आगे कौन सा प्रोग्राम चलाना है उपलब्धता.

मेमोरी प्रबंधन का उपयोग प्रत्येक प्रोग्राम को अलग-अलग मेमोरी स्पेस आवंटित करने के लिए किया जाता है, जिससे उनके बीच हस्तक्षेप को रोका जा सके। CPU एक समय में केवल एक निर्देश स्ट्रीम निष्पादित करता है, लेकिन प्रक्रियाओं के बीच तेज़ी से स्विच करके, सिस्टम एक साथ निष्पादन का भ्रम पैदा करता है। इन स्विच के दौरान प्रत्येक प्रक्रिया की स्थिति को सहेजने और पुनर्स्थापित करने के लिए संदर्भ स्विचिंग का उपयोग किया जाता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि प्रत्येक प्रोग्राम निष्पादन को वहीं से फिर से शुरू कर सकता है जहाँ से उसने छोड़ा था। CPU और I/O गतिविधि का यह ओवरलैप अधिकतम करता है हार्डवेयर उपयोग और सिस्टम थ्रूपुट बढ़ जाती है।

मल्टीप्रोग्रामिंग उपयोग के मामले

यहां मल्टीप्रोग्रामिंग के सामान्य उपयोग के मामले दिए गए हैं, जिनमें से प्रत्येक यह दर्शाता है कि किस प्रकार यह तकनीक विभिन्न वातावरणों में सिस्टम की दक्षता और प्रतिक्रियाशीलता में सुधार करती है:

• बैच प्रसंस्करण सिस्टम. ऐसे वातावरण में जहाँ बड़ी मात्रा में डेटा को उपयोगकर्ता की सहभागिता के बिना संसाधित किया जाता है, जैसे कि पेरोल सिस्टम या वैज्ञानिक गणनाएँ, मल्टीप्रोग्रामिंग कई बैच जॉब्स को क्रमिक रूप से लोड और निष्पादित करने में सक्षम बनाता है। जब एक जॉब I/O के लिए प्रतीक्षा करता है, तो CPU दूसरे को निष्पादित करता है, जिससे निष्क्रिय समय कम होता है और समग्र थ्रूपुट में सुधार होता है।
• समय-साझाकरण प्रणालियाँ. मल्टीप्रोग्रामिंग टाइम-शेयरिंग सिस्टम में आधारभूत है, जहाँ कई उपयोगकर्ता एक साथ कंप्यूटर से इंटरैक्ट करते हैं। ऑपरेटिंग सिस्टम उपयोगकर्ता प्रक्रियाओं के बीच तेज़ी से स्विच करता है, जिससे समर्पित पहुँच का भ्रम पैदा होता है, जबकि यह सुनिश्चित होता है कि कोई भी एकल उपयोगकर्ता सिस्टम संसाधनों पर एकाधिकार न कर सके।
• डाटाबेस servers. डेटाबेस सिस्टम अक्सर एक ही समय में कई क्वेरीज़ और ट्रांज़ेक्शन को हैंडल करते हैं। मल्टीप्रोग्रामिंग इन ऑपरेशनों के समवर्ती प्रसंस्करण को सक्षम बनाता है, जिससे एक ट्रांज़ेक्शन निष्पादित होता है जबकि अन्य डिस्क एक्सेस या नेटवर्क प्रतिक्रियाओं की प्रतीक्षा करते हैं, जिससे अनुकूलन होता है जवाब देने का समय और server उपयोग।
• वेब servers और आवेदन servers. वेब servers एक साथ कई अनुरोधों को प्रबंधित करने के लिए मल्टीप्रोग्रामिंग का उपयोग करें। जबकि एक अनुरोध बैकएंड सेवा या किसी से डेटा के लिए प्रतीक्षा करता है संचिका तंत्र, server अन्य आने वाले अनुरोधों को संसाधित कर सकता है, जिससे प्रतिक्रियाशीलता में सुधार होता है और मापनीयता.
• अंत: स्थापित प्रणाली। In एम्बेडेड वातावरण जैसे रूटर्स, ऑटोमोटिव सिस्टम, या औद्योगिक नियंत्रक, मल्टीप्रोग्रामिंग नियंत्रण तर्क, निगरानी और संचार कार्यों के समवर्ती निष्पादन की अनुमति देता है। यह वास्तविक समय यह सीपीयू की आवश्यकताओं को पूरा करता है और सीमित सीपीयू संसाधनों का कुशल उपयोग सुनिश्चित करता है।
• विकास और परीक्षण वातावरण. सॉफ़्टवेयर डेवलपर्स और परीक्षक अक्सर एक साथ कई प्रोग्राम या परीक्षण चलाते हैं। मल्टीप्रोग्रामिंग यह सुनिश्चित करती है कि संकलन, डिबगिंग और परीक्षण निष्पादन समानांतर रूप से हो सकते हैं, जिससे विकास समय और संसाधन की बर्बादी कम हो सकती है।

मल्टीप्रोग्रामिंग के उदाहरण क्या हैं?

यहां कुछ उदाहरण दिए गए हैं जो क्रियाशील मल्टीप्रोग्रामिंग को दर्शाते हैं:

• फ़ाइलें डाउनलोड करते समय कोड संकलित करना। डेवलपर पृष्ठभूमि में दस्तावेज़ डाउनलोड करते समय एक बड़े सॉफ़्टवेयर प्रोजेक्ट को संकलित करता है। जब कंपाइलर डिस्क एक्सेस का इंतज़ार करता है, तो CPU नेटवर्क डाउनलोड को संभालने के लिए स्विच करता है, जिससे सिस्टम प्रतिक्रियाशील और कुशल बना रहता है।
• ऑपरेटिंग सिस्टम पृष्ठभूमि सेवाएँ चला रहा है। एक ऑपरेटिंग सिस्टम चलता है एंटीवायरस स्कैन करता है, फ़ाइलों को सिंक करता है cloud, और जब कोई उपयोगकर्ता किसी दस्तावेज़ को संपादित करता है, तो पृष्ठभूमि में सॉफ़्टवेयर अपडेट करता है। प्रत्येक कार्य को बारी-बारी से CPU समय मिलता है, जिससे उपयोगकर्ता की अग्रभूमि गतिविधि में न्यूनतम देरी होती है।
• बैंकिंग प्रणाली लेनदेन प्रसंस्करण. कोर बैंकिंग आवेदन कई ग्राहक लेनदेन की प्रक्रिया करता है, जैसे जमा, निकासी और शेष राशि की जाँच। जब एक लेनदेन डेटाबेस से प्रतिक्रिया की प्रतीक्षा कर रहा होता है, तो CPU मेमोरी में पहले से मौजूद किसी अन्य लेनदेन प्रक्रिया को निष्पादित कर सकता है।
• वेब server एकाधिक अनुरोधों को संभालना. एक वेब server एक साथ कई क्लाइंट अनुरोधों को संभालता है। जब एक थ्रेड डेटाबेस क्वेरी के लौटने का इंतज़ार कर रहा होता है, तो CPU दूसरे क्लाइंट के अनुरोध को संसाधित करने के लिए स्विच करता है, जिससे समग्र थ्रूपुट में सुधार होता है और विलंबता कम होती है।
• औद्योगिक नियंत्रण प्रणाली. विनिर्माण संयंत्र नियंत्रक तापमान सेंसर की निगरानी करता है, डेटा लॉग करता है, और समानांतर में मोटर की गति को समायोजित करता है। मल्टीप्रोग्रामिंग सुनिश्चित करता है कि प्रत्येक कार्य बिना किसी देरी के पूरा हो, जिससे वास्तविक समय के वातावरण में सिस्टम की प्रतिक्रियाशीलता बनी रहे।

मल्टीप्रोग्रामिंग के क्या फायदे और नुकसान हैं?

मल्टीप्रोग्रामिंग CPU उपयोग को अधिकतम करके और सिस्टम दक्षता में सुधार करके महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है, लेकिन यह संसाधन प्रबंधन और प्रक्रिया नियंत्रण में जटिलता भी लाता है। मल्टीप्रोग्रामिंग के फायदे और नुकसान दोनों को समझने से विभिन्न कंप्यूटिंग वातावरणों के लिए इसकी उपयुक्तता का मूल्यांकन करने में मदद मिलती है।

मल्टीप्रोग्रामिंग के लाभ

यहां मल्टीप्रोग्रामिंग के मुख्य लाभ, स्पष्टीकरण सहित दिए गए हैं:

• बेहतर CPU उपयोग. मल्टीप्रोग्रामिंग यह सुनिश्चित करता है कि जब भी मौजूदा कार्य I/O के लिए प्रतीक्षा करता है तो CPU किसी अन्य कार्य पर स्विच करके शायद ही कभी निष्क्रिय हो। यह प्रोसेसर समय के उपयोग को अधिकतम करता है और बर्बाद संसाधनों को कम करता है।
• थ्रूपुट में वृद्धि. एक साथ कई प्रोग्राम चलाने से, एक निश्चित समय सीमा में ज़्यादा कार्य पूरे हो जाते हैं। इससे समग्र सिस्टम उत्पादकता बढ़ती है, खास तौर पर उच्च कार्यभार वाले वातावरण में।
• निष्क्रिय समय कम हो गया. एक प्रोग्राम के I/O ऑपरेशन के पूरा होने का इंतज़ार करने के बजाय, सिस्टम दूसरे कामों को प्रोसेस करना जारी रखता है। यह ओवरलैप CPU और परिधीय डिवाइस दोनों के लिए निष्क्रिय अवधि को कम करता है।
• छोटे कार्यों के लिए तीव्र प्रतिक्रिया। छोटे प्रोग्रामों को शीघ्रता से क्रियान्वित किया जा सकता है, जबकि लम्बे प्रोग्राम I/O की प्रतीक्षा में रहते हैं, जिससे औसत टर्नअराउंड समय में सुधार होता है और सिस्टम अधिक प्रतिक्रियाशील लगता है, विशेष रूप से समय-साझाकरण वातावरण में।
• बेहतर सिस्टम संसाधन उपयोग. मल्टीप्रोग्रामिंग ऑपरेटिंग सिस्टम को कई कार्यों में सीपीयू, मेमोरी और आई/ओ डिवाइस के उपयोग को संतुलित करने की अनुमति देता है, जिससे सिस्टम संचालन अधिक कुशल और संतुलित हो जाता है।
• पृष्ठभूमि प्रसंस्करण के लिए समर्थन. सिस्टम अपडेट जैसे कार्य, backups, और निगरानी उपकरण अग्रभूमि गतिविधियों में हस्तक्षेप किए बिना पृष्ठभूमि में चल सकते हैं, जिससे सुधार हो सकता है उपयोगकर्ता अनुभव और सिस्टम विश्वसनीयता.

मल्टीप्रोग्रामिंग के नुकसान

यहां मल्टीप्रोग्रामिंग के मुख्य नुकसान और उनके स्पष्टीकरण दिए गए हैं:

• प्रक्रिया प्रबंधन में जटिलता. मल्टीप्रोग्रामिंग के लिए ऑपरेटिंग सिस्टम को एक साथ कई प्रक्रियाओं का प्रबंधन करने की आवश्यकता होती है, जिससे शेड्यूलिंग, सिंक्रोनाइज़ेशन और संदर्भ स्विचिंग की जटिलता बढ़ जाती है। खराब तरीके से प्रबंधित सिस्टम अकुशलता या डेडलॉक से ग्रस्त हो सकते हैं।
• गतिरोध का खतरा. जब कई प्रक्रियाएँ सीमित संसाधनों (जैसे, मेमोरी, I/O डिवाइस) के लिए प्रतिस्पर्धा करती हैं, तो वे डेडलॉक स्थिति में प्रवेश कर सकती हैं, जहाँ प्रत्येक प्रक्रिया दूसरों के पास मौजूद संसाधनों के लिए अनिश्चित काल तक प्रतीक्षा करती है। डेडलॉक को रोकने या हल करने के लिए अतिरिक्त ओवरहेड और सावधानीपूर्वक सिस्टम डिज़ाइन की आवश्यकता होती है।
• सुरक्षा एवं अलगाव संबंधी चुनौतियाँ। चूंकि कई प्रोग्राम मेमोरी और सिस्टम संसाधन साझा करते हैं, इसलिए एक प्रोग्राम में कोई दोष संभावित रूप से अन्य को प्रभावित कर सकता है। प्रक्रियाओं में उचित अलगाव और सुरक्षा सुनिश्चित करने से सिस्टम डिज़ाइन और कार्यान्वयन जटिलता बढ़ जाती है।
• डिबगिंग और परीक्षण कठिन. मल्टीप्रोग्रामिंग सिस्टम समवर्ती निष्पादन के कारण गैर-नियतात्मक व्यवहार प्रदर्शित कर सकते हैं। इससे बग को पुन: उत्पन्न करना और ठीक करना कठिन हो जाता है, खासकर जब समस्याएँ संदर्भ स्विच के समय पर निर्भर करती हैं।
• ओवरहेड में वृद्धि. प्रोग्रामों के बीच संदर्भ स्विचिंग CPU ओवरहेड को बढ़ाता है, क्योंकि सिस्टम को प्रत्येक प्रक्रिया की स्थिति को सहेजना और पुनर्स्थापित करना होता है। बार-बार स्विचिंग से समग्र प्रदर्शन कम हो सकता है यदि कुशलतापूर्वक प्रबंधित नहीं किया जाता है।
• संसाधन विवाद. CPU, मेमोरी और I/O के लिए कई प्रक्रियाओं के बीच प्रतिस्पर्धा के कारण, यदि शेड्यूलिंग को उचित तरीके से नहीं संभाला जाता है, तो कुछ प्रक्रियाओं में देरी या भुखमरी का अनुभव हो सकता है। संसाधन आवंटन को संतुलित करना आवश्यक है, लेकिन इसे पूरी तरह से प्राप्त करना मुश्किल है।

मल्टीप्रोग्रामिंग और मल्टीप्रोसेसिंग में क्या अंतर है?

यहां एक तुलना तालिका दी गई है जो मल्टीप्रोग्रामिंग और मल्टीप्रोसेसिंग के बीच मुख्य अंतर को रेखांकित करती है:

मल्टीप्रोग्रामिंग और मल्टीटास्किंग में क्या अंतर है?

यहां एक तुलना तालिका दी गई है जो मल्टीप्रोग्रामिंग और मल्टीटास्किंग के बीच प्रमुख अंतरों को उजागर करती है: