第2章 用戶接口及作業(yè)管理

1、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)第第2 2章章 用戶接口用戶接口和作業(yè)管理和作業(yè)管理第2章用戶接口和作業(yè)管理2-1 2-1 概述概述2-2 2-2 命令接口命令接口 2-3 2-3 系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用 2-4 2-4 作業(yè)管理作業(yè)管理2.1 概述2-1-1 2-1-1 作業(yè)的基本概念作業(yè)的基本概念 概念概念 作業(yè)通常是指用戶在一次計算過程中或者一次事物處理過程中要作業(yè)通常是指用戶在一次計算過程中或者一次事物處理過程中要求計算機系統(tǒng)所作的工作的集合求計算機系統(tǒng)所作的工作的集合 任何一個作業(yè)都要經過若干加工步驟才能得到結果，作業(yè)的每一任何一個作業(yè)都要經過若干加工步驟才能得到結果，作業(yè)的每一個加工步驟稱為一個作業(yè)步個

2、加工步驟稱為一個作業(yè)步 一次有一批作業(yè)進入系統(tǒng)，并在操作系統(tǒng)控制下，一個接一個地一次有一批作業(yè)進入系統(tǒng)，并在操作系統(tǒng)控制下，一個接一個地進行處理，稱之為作業(yè)流進行處理，稱之為作業(yè)流2-1-2 2-1-2 用戶接口用戶接口 命令接口命令接口 程序接口程序接口 圖形接口圖形接口2.2 命令接口2-2-1 2-2-1 聯(lián)機命令接口聯(lián)機命令接口命令的格式和分類命令的格式和分類 - - 一般格式為：命令名一般格式為：命令名 參數(shù)，參數(shù)，參數(shù)，參數(shù)，參數(shù)參數(shù) - - 操作控制命令類型有：系統(tǒng)訪問命令操作控制命令類型有：系統(tǒng)訪問命令 ，文件、目錄管理命令，編輯修改命令，編譯、連接文件、目錄管理命令，編輯修改

3、命令，編譯、連接和執(zhí)行命令，詢問命令，操作員專用命令和執(zhí)行命令，詢問命令，操作員專用命令 - - 命令的接收和解釋執(zhí)行命令的接收和解釋執(zhí)行 交互式系統(tǒng)主要包括：一組聯(lián)機命令，終交互式系統(tǒng)主要包括：一組聯(lián)機命令，終端處理程序，命令解釋程序端處理程序，命令解釋程序2.2 命令接口命令的解釋和接收命令的解釋和接收l終端處理程序終端處理程序 配置在終端上的終端處理程序主要用于實現(xiàn)人機交互，具配置在終端上的終端處理程序主要用于實現(xiàn)人機交互，具有以下功能：有以下功能： 接收用戶從終端上輸入的字符接收用戶從終端上輸入的字符 多數(shù)系統(tǒng)終端處理程序將所接收的字符暫存在行緩沖多數(shù)系統(tǒng)終端處理程序將所接收的字符暫存

4、在行緩沖中，并可對行內字符進行編輯，僅在收到行結束符后，中，并可對行內字符進行編輯，僅在收到行結束符后，才將一行正確的信息送給命令解釋程序才將一行正確的信息送給命令解釋程序 字符緩沖管理字符緩沖管理 用字符緩沖暫存所接收的字符，現(xiàn)在一般有公用緩沖用字符緩沖暫存所接收的字符，現(xiàn)在一般有公用緩沖和專用緩沖兩種方式。和專用緩沖兩種方式。 回送顯示回送顯示 回送顯示（回顯）是指每當用戶輸入一個字符后，回送顯示（回顯）是指每當用戶輸入一個字符后，終端處理程序便將該字符送屏幕顯示。終端處理程序便將該字符送屏幕顯示。2.2 命令接口 屏幕編輯屏幕編輯 為實現(xiàn)屏幕編輯，終端處理程序必須提供若干個編輯鍵為實現(xiàn)屏

5、幕編輯，終端處理程序必須提供若干個編輯鍵進行插入、刪除等工作。進行插入、刪除等工作。 特殊字符處理特殊字符處理 終端處理程序必須能對若干特殊字符進行及時處理，這終端處理程序必須能對若干特殊字符進行及時處理，這些字符是中斷字符、恢復上卷字符和停止上卷字符些字符是中斷字符、恢復上卷字符和停止上卷字符 命令解釋程序命令解釋程序 主要功能：對用戶輸入的命令進行解釋，并轉入相應主要功能：對用戶輸入的命令進行解釋，并轉入相應的命令處理程序去執(zhí)行的命令處理程序去執(zhí)行 對命令的處理方法：由命令解釋程序直接處理對命令的處理方法：由命令解釋程序直接處理 或由或由子進程代為處理子進程代為處理 2.2 命令接口 2.

6、2.2 2.2.2 脫機命令接口脫機命令接口 作業(yè)控制語言是對用戶作業(yè)的進行組織和管理的各作業(yè)控制語言是對用戶作業(yè)的進行組織和管理的各種控制命令的集合種控制命令的集合 作業(yè)控制說明書是用戶用于描述批處理作業(yè)處理過作業(yè)控制說明書是用戶用于描述批處理作業(yè)處理過程控制意圖的一種特殊程序程控制意圖的一種特殊程序 作業(yè)控制說明書主要包括內容作業(yè)控制說明書主要包括內容 作業(yè)的基本描述、作業(yè)控制描述和資源要作業(yè)的基本描述、作業(yè)控制描述和資源要求描述求描述 作業(yè)的組成作業(yè)的組成 程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)控制說明書程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)控制說明書2.3 系統(tǒng)調用 系統(tǒng)調用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的唯一接口系統(tǒng)調用是操作系統(tǒng)提

7、供給編程人員的唯一接口2-3-1 2-3-1 系統(tǒng)調用的概念系統(tǒng)調用的概念 由操作系統(tǒng)提供，用戶程序可以調用的包含特權指令由操作系統(tǒng)提供，用戶程序可以調用的包含特權指令的子程序稱為的子程序稱為“系統(tǒng)功能調用系統(tǒng)功能調用”程序，或簡稱為程序，或簡稱為“系統(tǒng)調系統(tǒng)調用用”。 系統(tǒng)調用分類系統(tǒng)調用分類 文件操作類、進程控制類、資源申請類、進程通信類、文件操作類、進程控制類、資源申請類、進程通信類、信息維護類信息維護類 系統(tǒng)調用與一般過程調用的區(qū)別系統(tǒng)調用與一般過程調用的區(qū)別 系統(tǒng)調用通過非特權指令系統(tǒng)調用通過非特權指令訪管指令調用訪管指令調用 2.3 系統(tǒng)調用 系統(tǒng)調用與一般過程調用的區(qū)別：系統(tǒng)調用

8、與一般過程調用的區(qū)別： * *通過軟中斷進入通過軟中斷進入 一般的過程調用可直接由調用過程轉向被調用過一般的過程調用可直接由調用過程轉向被調用過程；系統(tǒng)調用通常都是通過軟中斷機制轉向相應的命令處程；系統(tǒng)調用通常都是通過軟中斷機制轉向相應的命令處理程序理程序 * *運行在不同的處理器狀態(tài)運行在不同的處理器狀態(tài) 一般的過程調用，其調用程序和被調用程序都運一般的過程調用，其調用程序和被調用程序都運行在相同的處理器狀態(tài)行在相同的處理器狀態(tài) ；系統(tǒng)調用調用程序運行在目態(tài)，；系統(tǒng)調用調用程序運行在目態(tài)，而被調用程序則運行在管態(tài)而被調用程序則運行在管態(tài) * *處理器狀態(tài)的轉換處理器狀態(tài)的轉換 一般的過程調用

9、不涉及系統(tǒng)狀態(tài)的轉換；系統(tǒng)調一般的過程調用不涉及系統(tǒng)狀態(tài)的轉換；系統(tǒng)調用需要系統(tǒng)狀態(tài)轉換用需要系統(tǒng)狀態(tài)轉換 2.3 系統(tǒng)調用 * *返回問題返回問題 一般的過程調用在被調用過程執(zhí)行完后，將返回到調一般的過程調用在被調用過程執(zhí)行完后，將返回到調用過程繼續(xù)執(zhí)行；系統(tǒng)調用不一定返回原調用過程用過程繼續(xù)執(zhí)行；系統(tǒng)調用不一定返回原調用過程 * *嵌套調用嵌套調用 像一般過程一樣，系統(tǒng)調用也允許嵌套調用，但對嵌像一般過程一樣，系統(tǒng)調用也允許嵌套調用，但對嵌套調用的深度都有一定的限制套調用的深度都有一定的限制2-3-2 2-3-2 系統(tǒng)調用的處理過程系統(tǒng)調用的處理過程 基本概念基本概念 在系統(tǒng)中為控制系統(tǒng)調

10、用服務的機構稱為陷入或異在系統(tǒng)中為控制系統(tǒng)調用服務的機構稱為陷入或異常處理機構常處理機構 由于系統(tǒng)調用引起處理機中斷的指令稱為陷入或異由于系統(tǒng)調用引起處理機中斷的指令稱為陷入或異常指令（或稱訪管指令）常指令（或稱訪管指令） 每個系統(tǒng)調用都對應一個事先給定的功能號每個系統(tǒng)調用都對應一個事先給定的功能號2.3 系統(tǒng)調用 為了實現(xiàn)系統(tǒng)調用，系統(tǒng)設計人員還必須為實現(xiàn)各為了實現(xiàn)系統(tǒng)調用，系統(tǒng)設計人員還必須為實現(xiàn)各種系統(tǒng)調用功能的子程序編寫入口地址表，每個入口地址都種系統(tǒng)調用功能的子程序編寫入口地址表，每個入口地址都與相應的系統(tǒng)程序名對應起來與相應的系統(tǒng)程序名對應起來 系統(tǒng)調用的執(zhí)行過程大體上分成以下三步

11、系統(tǒng)調用的執(zhí)行過程大體上分成以下三步 設置系統(tǒng)調用號和參數(shù)設置系統(tǒng)調用號和參數(shù) 參數(shù)傳遞可直接將參數(shù)送入相應的寄存器中參數(shù)傳遞可直接將參數(shù)送入相應的寄存器中采用參數(shù)表方式，即將系統(tǒng)調用所需的參數(shù)，放入采用參數(shù)表方式，即將系統(tǒng)調用所需的參數(shù)，放入一張參數(shù)表中，再將指向該參數(shù)表的指針放在某個一張參數(shù)表中，再將指向該參數(shù)表的指針放在某個規(guī)定的寄存器中規(guī)定的寄存器中 系統(tǒng)調用命令的一般性處理系統(tǒng)調用命令的一般性處理 系統(tǒng)調用命令處理程序做具體處理系統(tǒng)調用命令處理程序做具體處理對于不同的系統(tǒng)調用命令，其命令處理程序將執(zhí)行不對于不同的系統(tǒng)調用命令，其命令處理程序將執(zhí)行不同的功能。同的功能。2.4 作業(yè)管理

12、 2-4-1 2-4-1 批處理作業(yè)的管理批處理作業(yè)的管理作業(yè)控制塊和作業(yè)表作業(yè)控制塊和作業(yè)表 作業(yè)控制塊作業(yè)控制塊 批處理作業(yè)存在的標志，其中保存了系統(tǒng)對于作業(yè)進批處理作業(yè)存在的標志，其中保存了系統(tǒng)對于作業(yè)進行管理所需要的全部信息，它們被保存于磁盤區(qū)域中行管理所需要的全部信息，它們被保存于磁盤區(qū)域中 作業(yè)控制塊中包括的內容作業(yè)控制塊中包括的內容 作業(yè)本身的內容，如作業(yè)的名字、程序作者名字、創(chuàng)建作業(yè)本身的內容，如作業(yè)的名字、程序作者名字、創(chuàng)建時間等時間等 為實現(xiàn)作業(yè)調度所而的信息，如作業(yè)本身的優(yōu)先數(shù)、現(xiàn)為實現(xiàn)作業(yè)調度所而的信息，如作業(yè)本身的優(yōu)先數(shù)、現(xiàn)在所處的狀態(tài)處理機的時間等在所處的狀態(tài)處理機

13、的時間等 作業(yè)使用的資源要求，如作業(yè)所需內存的大小、打印機、作業(yè)使用的資源要求，如作業(yè)所需內存的大小、打印機、磁帶機等磁帶機等 系統(tǒng)指示單元，如該作業(yè)外存中的起址和長度等信息系統(tǒng)指示單元，如該作業(yè)外存中的起址和長度等信息 2.4 作業(yè)管理作業(yè)標知作業(yè)標知用戶名稱用戶名稱用戶帳號用戶帳號調度信息調度信息資源需求資源需求作業(yè)狀態(tài)作業(yè)狀態(tài)作業(yè)類別作業(yè)類別輸入井地址輸入井地址輸出井地址輸出井地址進入系統(tǒng)時間進入系統(tǒng)時間開始處理時間開始處理時間作業(yè)完成時間作業(yè)完成時間作業(yè)退出時間作業(yè)退出時間資源使用情況資源使用情況2.4 作業(yè)管理 作業(yè)表作業(yè)表 每個作業(yè)有一個作業(yè)控制塊，所有作業(yè)的作業(yè)控制塊每個作業(yè)有一

14、個作業(yè)控制塊，所有作業(yè)的作業(yè)控制塊構成一個表，稱為作業(yè)表構成一個表，稱為作業(yè)表 作業(yè)表存放在外存固定區(qū)域中，其長度是固定的，這作業(yè)表存放在外存固定區(qū)域中，其長度是固定的，這就限制了系統(tǒng)所能同時容納的作業(yè)數(shù)量就限制了系統(tǒng)所能同時容納的作業(yè)數(shù)量2-4-2 2-4-2 作業(yè)的建立作業(yè)的建立 一個作業(yè)的建立過程包括兩個子過程：一個作業(yè)的建立過程包括兩個子過程：個是個是JCBJCB的建的建立，一個是作業(yè)的輸入立，一個是作業(yè)的輸入 作業(yè)控制塊的建立作業(yè)控制塊的建立 建立作業(yè)的作業(yè)控制塊就是申請分得和填寫一張空白建立作業(yè)的作業(yè)控制塊就是申請分得和填寫一張空白的的JCBJCB表的過程表的過程2.4 作業(yè)管理作

15、業(yè)的輸入作業(yè)的輸入 常用的作業(yè)的輸入方式有三種：常用的作業(yè)的輸入方式有三種： 脫機輸入方式脫機輸入方式 脫機輸入方式利用低檔個人計算機作為外圍處理機進行輸入脫機輸入方式利用低檔個人計算機作為外圍處理機進行輸入處理。處理。 SPOOLINGSPOOLING系統(tǒng)的輸入方式系統(tǒng)的輸入方式 直接耦合方式直接耦合方式把主機和外圍低檔機通過一個公用的大容量外存直接耦合起把主機和外圍低檔機通過一個公用的大容量外存直接耦合起來，從而省去了在脫機輸入中那種依靠人工干預來傳遞后援來，從而省去了在脫機輸入中那種依靠人工干預來傳遞后援存儲器的過程。存儲器的過程。在直接耦合方式中，慢速的輸入在直接耦合方式中，慢速的輸入

16、/ /輸出過程仍由外圍低檔輸出過程仍由外圍低檔PCPC自自己管理，而對公用存儲器中的大量數(shù)據(jù)的高速讀寫則由主機己管理，而對公用存儲器中的大量數(shù)據(jù)的高速讀寫則由主機完成。完成。2.4 作業(yè)管理2-4-3 2-4-3 批處理作業(yè)的調度批處理作業(yè)的調度 作業(yè)調度作業(yè)調度 操作系統(tǒng)根據(jù)允許并行工作的道數(shù)和一定操作系統(tǒng)根據(jù)允許并行工作的道數(shù)和一定的算法從等待的作業(yè)（后備作業(yè)）中選取若干的算法從等待的作業(yè)（后備作業(yè)）中選取若干作業(yè)裝入主存儲器，使它們可以去獲得處理器作業(yè)裝入主存儲器，使它們可以去獲得處理器運行運行 作業(yè)調度程序作業(yè)調度程序 完成作業(yè)調度工作的程序完成作業(yè)調度工作的程序2.4 作業(yè)管理 作業(yè)

17、調度的基本概念作業(yè)調度的基本概念 作業(yè)調度作業(yè)調度 操作系統(tǒng)根據(jù)允許并行工作的道數(shù)和一定的算法從操作系統(tǒng)根據(jù)允許并行工作的道數(shù)和一定的算法從等待的作業(yè)（后備作業(yè)）中選取若干作業(yè)裝入主存儲器，等待的作業(yè)（后備作業(yè)）中選取若干作業(yè)裝入主存儲器，使它們可以去獲得處理器運行使它們可以去獲得處理器運行 作業(yè)調度程序作業(yè)調度程序 完成作業(yè)調度工作的程序完成作業(yè)調度工作的程序 選取調度算法應考慮的主要因素選取調度算法應考慮的主要因素公平性公平性均衡使用資源均衡使用資源吞吐率吞吐率平衡系統(tǒng)和用戶要求平衡系統(tǒng)和用戶要求2.4 作業(yè)管理 作業(yè)調度性能衡量的指標作業(yè)調度性能衡量的指標 - CPU- CPU利用率利用

18、率處理機利用率是處理機有效運行時間與總的運行時間之比。處理機利用率是處理機有效運行時間與總的運行時間之比。 - - 吞吐量吞吐量吞吐量是指單位時間內平均完成的作業(yè)數(shù)。吞吐量是指單位時間內平均完成的作業(yè)數(shù)。 - - 周轉時間周轉時間: :假定作業(yè)假定作業(yè)i i進入進入“輸入井輸入井”的時間為的時間為S Si i，若，若它被選中執(zhí)行，得到計算結果的時間為它被選中執(zhí)行，得到計算結果的時間為E Ei i，它的周轉時間定義，它的周轉時間定義為為 T Ti i=E=Ei i-S-Si i - - 平均周轉時間。所有作業(yè)的周轉時間的平均值。假定平均周轉時間。所有作業(yè)的周轉時間的平均值。假定作業(yè)作業(yè)i i的周

19、轉時間定義為的周轉時間定義為T Ti i，平均周轉時間定義為，平均周轉時間定義為nTTnii1)(12.4 作業(yè)管理 - - 帶權周轉時間。作業(yè)的帶權周轉時間為作業(yè)帶權周轉時間。作業(yè)的帶權周轉時間為作業(yè)的周轉時間與作業(yè)的運行時間之比。的周轉時間與作業(yè)的運行時間之比。 作業(yè)調度算法作業(yè)調度算法 先來先服務算法先來先服務算法 算法：按照作業(yè)進入系統(tǒng)的先后次序來挑選算法：按照作業(yè)進入系統(tǒng)的先后次序來挑選作業(yè)，先進入系統(tǒng)的作業(yè)優(yōu)先被挑選作業(yè)，先進入系統(tǒng)的作業(yè)優(yōu)先被挑選 優(yōu)點：算法容易實現(xiàn)優(yōu)點：算法容易實現(xiàn) 缺點：效率不高、不利于短作業(yè)缺點：效率不高、不利于短作業(yè)nrTWniii1)(12.4 作業(yè)管理

20、最短作業(yè)優(yōu)先算法最短作業(yè)優(yōu)先算法 算法：總是選取計算時間最短的作業(yè)投入運行算法：總是選取計算時間最短的作業(yè)投入運行 優(yōu)點：算法容易實現(xiàn)，縮短了平均周轉時間，提高了優(yōu)點：算法容易實現(xiàn)，縮短了平均周轉時間，提高了系統(tǒng)的吞吐能力系統(tǒng)的吞吐能力 缺點：忽視了作業(yè)等待時間，計算時間靠用戶估計缺點：忽視了作業(yè)等待時間，計算時間靠用戶估計響應比最高者優(yōu)先算法響應比最高者優(yōu)先算法 算法：響應比算法：響應比= =（等待時間（等待時間+ +計算時間）計算時間）/ /計算時間，作計算時間，作業(yè)調度時總是選取響應比高的作業(yè)投入運行業(yè)調度時總是選取響應比高的作業(yè)投入運行 優(yōu)點：既照顧了短作業(yè)，考慮了系統(tǒng)的吞吐量，又考優(yōu)

21、點：既照顧了短作業(yè)，考慮了系統(tǒng)的吞吐量，又考慮了不使長作業(yè)長時間等待慮了不使長作業(yè)長時間等待 缺點：響應比所用計算時間仍是用戶的估計時間缺點：響應比所用計算時間仍是用戶的估計時間2.4 作業(yè)管理優(yōu)先數(shù)調度算法優(yōu)先數(shù)調度算法 算法：每次總是選擇優(yōu)先數(shù)高的作業(yè)算法：每次總是選擇優(yōu)先數(shù)高的作業(yè) 優(yōu)先數(shù)的確定：一種是用戶自己提出；一種是由系統(tǒng)優(yōu)先數(shù)的確定：一種是用戶自己提出；一種是由系統(tǒng)綜合考慮有關因素來確定綜合考慮有關因素來確定 分類調度算法分類調度算法 算法：根據(jù)系統(tǒng)運行情況和作業(yè)屬性將作業(yè)分類，作算法：根據(jù)系統(tǒng)運行情況和作業(yè)屬性將作業(yè)分類，作業(yè)調度時輪流從這些不同的作業(yè)類中挑選作業(yè)業(yè)調度時輪流從這些不同的作業(yè)類中挑選作業(yè) 目標：力求均衡地利用各種系統(tǒng)資源，發(fā)揮資源的使目標：力求均衡地利用各種系統(tǒng)資源，發(fā)揮資源的使用效率，又力求使用戶滿意用效率，又力求使用戶滿意2.4 作業(yè)管理 作業(yè)調度與處理器調度的關系作業(yè)調度與處理器調度的關系 進入計算機系統(tǒng)的作業(yè)只有經過兩級調度后才能占