操作系統(tǒng)》第2章作業(yè)管理和用戶接口參考PPT

1、2021/1/26,1,第2章 作業(yè)管理和用戶接口,2.1 用戶與操作系統(tǒng)間的接口 2.2 作業(yè)管理的基本概念 2.3 作業(yè)管理的任務(wù)和功能 2.4 作業(yè)的輸入與輸出 2.5 作業(yè)調(diào)度 2.6 作業(yè)控制 2.7 Windows XP的用戶接口,2021/1/26,2,2.1 用戶與操作系統(tǒng)間的接口,2021/1/26,3,操作系統(tǒng)的用戶界面（或稱接口）是操作系統(tǒng)提供給用戶與計(jì)算機(jī)打交道的外部機(jī)制。用戶能夠借助這種機(jī)制和系統(tǒng)提供的手段來控制用戶所在的系統(tǒng)。 命令接口，是為用戶提供的直接使用接口，用戶利用這些命令可以組織和控制作業(yè)的執(zhí)行或管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 程序接口，是為用戶提供的間接使用接口，用戶

2、利用這個(gè)接口在設(shè)計(jì)程序時(shí)調(diào)用操作系統(tǒng)的相應(yīng)功能,2021/1/26,4,操作系統(tǒng)提供兩個(gè)用戶接口： 程序接口：系統(tǒng)功能調(diào)用 命令接口： 作業(yè)控制語言（ 早期批處理操作系統(tǒng)） 鍵盤命令（交互式操作系統(tǒng)，分時(shí)操作系 統(tǒng)為代表） 圖形用戶接口（LINUX、WINDOWS,2021/1/26,5,程序接口,系統(tǒng)調(diào)用 系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)與用戶的接口之一，用戶在程序中使用系統(tǒng)調(diào)用請求操作系統(tǒng)的服務(wù)。（系統(tǒng)調(diào)用命令、進(jìn)管指令、訪管指令）。 系統(tǒng)調(diào)用的功能 設(shè)備管理、文件管理、進(jìn)程控制、進(jìn)程通信、存儲管理、系統(tǒng)管理 通過系統(tǒng)調(diào)用接口也可使用系統(tǒng)命令。 C語言里的system()函數(shù) 如 UNIX系統(tǒng)： sys

3、tem(cp -r doc /tmp,2021/1/26,6,系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn) 實(shí)際上系統(tǒng)調(diào)用語句本身是硬件提供的（機(jī)器指令），但其所調(diào)用的功能是操作系統(tǒng)提供的。每種機(jī)器的機(jī)器指令集中都有一條系統(tǒng)調(diào)用指令。 不同的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)的具體方法有所不同，但其實(shí)質(zhì)的特點(diǎn)是相同的： 每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號； 每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用有一個(gè)對應(yīng)的執(zhí)行程序段； 每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用要求一定數(shù)量的輸入?yún)?shù)和返回值； 整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行程序入口地址表,2021/1/26,7,2021/1/26,8,系統(tǒng)調(diào)用與普通過程調(diào)用的相同點(diǎn)和不同點(diǎn) 相同點(diǎn) 改變指令流程 重復(fù)執(zhí)行和公用 改變指令流程后需要返回原處 不同點(diǎn)

4、 執(zhí)行狀態(tài)不同 進(jìn)入方式不同 返回不同 嵌套或遞歸調(diào)用,2021/1/26,9,命令接口,聯(lián)機(jī)命令接口 也叫交互式用戶接口，它用于聯(lián)機(jī)作業(yè)控制，它是由一組鍵盤操作命令組成。用戶通過控制臺或終端鍵入操作命令，向系統(tǒng)提出各種服務(wù)請求。用戶每輸入完一條命令，控制就轉(zhuǎn)向命令解釋程序，然后命令解釋程序?qū)︽I入的命令解釋執(zhí)行，完成指定的功能。最后，控制又轉(zhuǎn)回到控制臺或終端，此時(shí)用戶可以鍵入下一條命令。 聯(lián)機(jī)命令接口處理的是交互式作業(yè)，它的控制方式有三種，即鍵盤命令、菜單控制和窗口控制。 脫機(jī)命令接口 也稱批處理用戶接口，它用于脫機(jī)作業(yè)控制。 脫機(jī)作業(yè)控制又分為作業(yè)控制卡和作業(yè)說明書兩種方式。由一組作業(yè)控制命

5、令組成,2021/1/26,10,作業(yè)控制語言 在批處理操作系統(tǒng)時(shí)代，用戶使用機(jī)是采用脫機(jī)方式，即用戶將自己的程序、數(shù)據(jù)和用作業(yè)控制語言編寫的上機(jī)操作的步驟的程序一起提交給計(jì)算中心（或機(jī)房），隔一段時(shí)間去機(jī)房取結(jié)果。 是描述批處理作業(yè)控制執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，是對用戶作業(yè)組織和管理命令的集合，是系統(tǒng)提供給用戶用來描述其作業(yè)控制意圖的工具,2021/1/26,11,2.2 作業(yè)管理的基本概念,一個(gè)作業(yè)是指在一次應(yīng)用業(yè)務(wù)處理過程中，從輸入開始到輸出結(jié)束，用戶要求計(jì)算機(jī)所做的有關(guān)該次業(yè)務(wù)處理的全部工作。 用戶的觀點(diǎn)：在一次業(yè)務(wù)處理過程中，從輸入程序和數(shù)據(jù)到輸出結(jié)果的全過程。作業(yè)步：形成中間結(jié)果文件。 系統(tǒng)的觀

6、點(diǎn)（針對作業(yè)進(jìn)行資源分配）：作業(yè)由程序及數(shù)據(jù)（作業(yè)體）和作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言,2021/1/26,12,作業(yè)由不同的順序相連的作業(yè)步組成。 作業(yè)步是在一個(gè)作業(yè)的處理過程中，計(jì)算機(jī)所做的相對獨(dú)立的工作。 作業(yè)流：一次有一批作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)，并在操作系統(tǒng)控制下，一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行處理 作業(yè)分類 批量型作業(yè) 終端型作業(yè)（交互型作業(yè),2021/1/26,13,2.3 作業(yè)管理的任務(wù)和功能,作業(yè)管理的主要任務(wù)：是完成用戶要求的全過程處理上的宏觀管理。 作業(yè)進(jìn)入 作業(yè)調(diào)度 作業(yè)控制 作業(yè)退出 采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 每個(gè)作業(yè)設(shè)置一個(gè)作業(yè)控制塊（JCB），用來記錄作業(yè)的有關(guān)信息,2021/1/26,14,2.4 作業(yè)

7、的輸入與輸出,無通道處理方式： 聯(lián)機(jī)（降低了CPU效率）：由主機(jī)直接控制輸入/輸出；I/O與作業(yè)處理不能并行。 脫機(jī)（人工干預(yù)）：通過磁帶或磁盤在外圍處理機(jī)與主機(jī)之間交換作業(yè)（需人工移動(dòng)）；用于主機(jī)不太快的情況。 直接耦合：通過共享外存在外圍處理機(jī)與主機(jī)之間交換作業(yè)；用于高速主機(jī),2021/1/26,15,有通道處理：輸入/輸出由主機(jī)和通道來承擔(dān)。 假脫機(jī)(spooling, Simultaneously Peripheral Operation On Line)：系統(tǒng)把作業(yè)處理的全過程劃分為相對獨(dú)立的三個(gè)部分-輸入流、處理流和輸出流。spooling-in/spooling-out進(jìn)程：控制

8、輸入/輸出； 網(wǎng)絡(luò)：在網(wǎng)絡(luò)上一臺機(jī)器進(jìn)行作業(yè)輸入/輸出，在另一臺主機(jī)上運(yùn)行,2021/1/26,16,2.5 作業(yè)調(diào)度,作業(yè)狀態(tài),2021/1/26,17,作業(yè)控制塊（Job Control Block-JCB）： 作業(yè)存在的唯一標(biāo)志，是系統(tǒng)為管理作業(yè)所設(shè)置的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放了管理和控制作業(yè)所必需的信息 內(nèi)容簡介：作業(yè)名、當(dāng)前狀態(tài)、資源要求清單（外設(shè)號、內(nèi)存大小、文件量）、資源使用情況（時(shí)間記錄：進(jìn)入、開始運(yùn)行、已運(yùn)行時(shí)間、內(nèi)存地址）、作業(yè)類型（占CPU時(shí)間、I/O吞吐量、響應(yīng)時(shí)間要求）、優(yōu)先權(quán)等 注：管理表格設(shè)計(jì)要記住設(shè)計(jì)原則，即要想管理得好其表項(xiàng)內(nèi)容要記錄必要的詳細(xì)內(nèi)容,2021/1/2

9、6,18,作業(yè)調(diào)度 是指按某種算法把處于后備狀態(tài)的作業(yè)的一個(gè)或一批調(diào)度到主機(jī)上運(yùn)行。作業(yè)調(diào)度也稱為宏觀調(diào)度。 作業(yè)調(diào)度程序要完成以下工作： (1) 按照某種調(diào)度算法從后備作業(yè)隊(duì)列中挑選作業(yè)。 (2) 為選中的作業(yè)分配主存和外設(shè)資源。 (3) 為選中的作業(yè)建立相應(yīng)的進(jìn)程。 (4) 構(gòu)造和填寫作業(yè)運(yùn)行時(shí)所需的有關(guān)表格。 (5) 作業(yè)結(jié)束時(shí)完成該作業(yè)的善后處理工作，如收回資源，輸出必要的信息，撤消該作業(yè)的全部進(jìn)程 (PCB) 和作業(yè)控制塊 JCB,2021/1/26,19,調(diào)度原則： 公平，合理，使用戶滿意 提高系統(tǒng)資源利用率，如提高系統(tǒng)吞吐量 作業(yè)調(diào)度算法的評價(jià)因素 作業(yè)吞吐量：運(yùn)行盡可能多的作業(yè)

10、； 充分利用資源：CPU忙、I/O設(shè)備忙； 對各作業(yè)公平、合理，使用戶滿意：執(zhí)行時(shí)間長短、等待時(shí)間等,2021/1/26,20,作業(yè)調(diào)度的性能指標(biāo) 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間 周轉(zhuǎn)時(shí)間：設(shè)i作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間為Ti=Tci-Tsc；（TciTsc分別為作業(yè)的完成時(shí)間和作業(yè)的提交時(shí)間） 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間： T=（Ti）/n（n為作業(yè)個(gè)數(shù)） 平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間：設(shè)i作業(yè)的帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間為Wi=Ti/tri；（ tri作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間） 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間： W=（Wi）/n（n為作業(yè)個(gè)數(shù),2021/1/26,21,作業(yè)調(diào)度算法,先來先服務(wù)（FCFS）算法 按照作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)的先后次序進(jìn)行調(diào)度，先進(jìn)入系統(tǒng)者先調(diào)度；即啟動(dòng)

11、等待時(shí)間最長的作業(yè)。 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單、公平 缺點(diǎn)：沒考慮資源利用率和作業(yè)的特殊性FCFS算法利于長作業(yè)，不利于短作業(yè)，而大多數(shù)的作業(yè)是I/O繁忙的短作業(yè)。以FCFS作為主調(diào)度算法是不常用的,2021/1/26,22,短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法（SJF） 以要求運(yùn)行時(shí)間長短進(jìn)行調(diào)度，即啟動(dòng)要求運(yùn)行時(shí)間最短的作業(yè)。 優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)了資源的充分利用，保證了系統(tǒng)的最大吞吐量（單位時(shí)間里處理作業(yè)的個(gè)數(shù)）。 缺點(diǎn)：不公平，會造成長作業(yè)長期等待。 結(jié)論：假設(shè)系統(tǒng)中所有作業(yè)同時(shí)到達(dá)，可以證明采用SJF能得到最短的作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間,2021/1/26,23,先來先服務(wù)調(diào)度算法和短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法,2021/1/2

12、6,24,高響應(yīng)比優(yōu)先（HRF）：響應(yīng)比最高的作業(yè)優(yōu)先啟動(dòng)。 響應(yīng)比=（等待時(shí)間+估計(jì)運(yùn)行時(shí)間）/ 估計(jì)運(yùn)行時(shí)間 該算法是FCFS和SJF的結(jié)合，克服了兩種算法的缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn): 公平，吞吐率大 缺點(diǎn): 增加了計(jì)算，增加了開銷,2021/1/26,25,優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法 選擇優(yōu)先級高的作業(yè)投入運(yùn)行 優(yōu)先數(shù)的確定 用戶確定 系統(tǒng)確定 靜態(tài)優(yōu)先數(shù) 動(dòng)態(tài)優(yōu)先數(shù) 分類調(diào)度算法 把作業(yè)分類，作業(yè)調(diào)度從不同類型作業(yè)中去調(diào)度作業(yè) 根據(jù)作業(yè)對資源要求分類：I/O型、CPU型和均衡型,2021/1/26,26,2.6 作業(yè)控制,脫機(jī)作業(yè)控制 是指用戶把自己對作業(yè)執(zhí)行的控制意圖連同該作業(yè)的源程序和初始數(shù)據(jù)一起輸入到計(jì)算

13、機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)就可以按照說明書來控制作業(yè)的執(zhí)行。 特點(diǎn) 按照這種方式執(zhí)行的作業(yè)，不需要用戶的干預(yù)，由系統(tǒng)自動(dòng)完成。 這種方式也稱為脫機(jī)控制方式，或自動(dòng)控制方式，它適合對作業(yè)的成批處理。 采用這種處理方式的作業(yè)稱為批處理作業(yè)，或脫機(jī)作業(yè),2021/1/26,27,作業(yè)控制卡方式是指用戶將其操作意圖，用控制語言提供的有關(guān)作業(yè)控制命令穿孔在若干卡片上，以控制作業(yè)的運(yùn)行的一種形式。用戶按照要求將作業(yè)控制卡插入到作業(yè)卡片疊的適當(dāng)位置上。系統(tǒng)分批讀入這些卡片后開始運(yùn)行，并按照這些控制卡的信息，指揮和控制作業(yè)的運(yùn)行，這些作業(yè)控制卡是早期的一種作業(yè)控制方式。 作業(yè)說明書也是用作業(yè)控制語言來表達(dá)用戶對作業(yè)控制意

14、識的，在形式上同用高級編程語言編制的程序相似。相對于作業(yè)控制卡分散的缺點(diǎn)它具有集中、便于修改、靈活等優(yōu)點(diǎn)。美國1905機(jī)GEOGE語言是典型的高級算法的作業(yè)控制語言,2021/1/26,28,聯(lián)機(jī)作業(yè)控制 用戶把自己對作業(yè)執(zhí)行的控制意圖用操作控制命令輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在作業(yè)執(zhí)行過程中，用戶逐條輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)接到的命令控制作業(yè)的執(zhí)行。一條命令所要求的工作做完后，系統(tǒng)通知用戶命令的執(zhí)行情況，且允許用戶再輸入一條命令，以控制作業(yè)繼續(xù)執(zhí)行，直到作業(yè)執(zhí)行結(jié)束。在作業(yè)執(zhí)行過程中系統(tǒng)與用戶不斷地交換信息。 采用這種方式執(zhí)行的作業(yè)，需要用戶的及時(shí)干預(yù)，這種方式也稱為直接控制方式，或手動(dòng)控制方式，它適合對終端用戶作業(yè)的處理。采用這種控制方式的作業(yè)稱為終端作業(yè)或交互式作業(yè),2021/1/26,29,交互式作業(yè)的控制 命令控制 這種控制方式是通過用戶使用系統(tǒng)提供的操作控制命令（鍵盤命令）實(shí)現(xiàn)的 。 菜單控制 當(dāng)一個(gè)程序具有若干項(xiàng)可以供用戶選擇的功能時(shí)，一般都用交互式方式進(jìn)行分支處理。 窗口控制 窗口控制采用了圖形化的操作界面 。GUI,2021/1/26,30,終端作業(yè)管理 終端連接 是指