工學(xué)操作系統(tǒng)用戶接口和作業(yè)管理

1、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)第2章 用戶接口和作業(yè)管理第第2 2章用戶接口和作業(yè)管理章用戶接口和作業(yè)管理 2-1 概述 2-2 命令接口 2-3 系統(tǒng)調(diào)用 2-4 作業(yè)管理2.1 2.1 概述概述2-1-1 作業(yè)的基本概念 概念 作業(yè)通常是指用戶在一次計(jì)算過(guò)程中或者一次事物處理過(guò)程中要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所作的工作的集合 任何一個(gè)作業(yè)都要經(jīng)過(guò)若干加工步驟才能得到結(jié)果，作業(yè)的每一個(gè)加工步驟稱為一個(gè)作業(yè)步 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，稱之為作業(yè)流 作業(yè)的兩種基本類型：批處理作業(yè)、交互式作業(yè)2-1-2 用戶接口 命令接口 程序接口 圖形接口2.2 2.2 命令接口命令接口2-2-1

2、 聯(lián)機(jī)命令接口命令的格式和分類 - 一般格式為：命令名 參數(shù)，參數(shù)，參數(shù) - 操作控制命令類型有：系統(tǒng)訪問(wèn)命令 ，文件、目錄管理命令，編輯修改命令，編譯、連接和執(zhí)行命令，詢問(wèn)命令，操作員專用命令 - 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(jī)命令，終端處理程序，命令解釋程序2.2 2.2 命令接口命令接口2-2-3 終端處理程序 配置在終端上的終端處理程序主要用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，具有以下功能： 接收用戶從終端上輸入的字符 字符緩沖管理 回送顯示 屏幕編輯 特殊字符處理 命令解釋程序 主要功能：對(duì)用戶輸入的命令進(jìn)行解釋，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的命令處理程序去執(zhí)行 對(duì)命令的處理方法：由命令解釋程序直接處

3、理 或由子進(jìn)程代為處理 2.2 2.2 命令接口命令接口 脫機(jī)命令接口 作業(yè)控制語(yǔ)言是對(duì)用戶作業(yè)的進(jìn)行組織和管理的各種控制命令的集合 作業(yè)控制說(shuō)明書是用戶用于描述批處理作業(yè)處理過(guò)程控制意圖的一種特殊程序 作業(yè)控制說(shuō)明書主要包括內(nèi)容 作業(yè)的基本描述、作業(yè)控制描述和資源要求描述 作業(yè)的組成 程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)控制說(shuō)明書2.3 2.3 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的唯一接口2-3-1 系統(tǒng)調(diào)用的概念 由操作系統(tǒng)提供，用戶程序可以調(diào)用的包含特權(quán)指令的子程序稱為“系統(tǒng)功能調(diào)用”程序，或簡(jiǎn)稱為“系統(tǒng)調(diào)用”。 系統(tǒng)調(diào)用分類 文件操作類、進(jìn)程控制類、資源申請(qǐng)類、進(jìn)程通信類、信息維護(hù)類 系統(tǒng)

4、調(diào)用與一般過(guò)程調(diào)用的區(qū)別 系統(tǒng)調(diào)用通過(guò)非特權(quán)指令訪管指令調(diào)用 2.3 2.3 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 系統(tǒng)調(diào)用與一般過(guò)程調(diào)用的區(qū)別： *通過(guò)軟中斷進(jìn)入 一般的過(guò)程調(diào)用可直接由調(diào)用過(guò)程轉(zhuǎn)向被調(diào)用過(guò)程；系統(tǒng)調(diào)用通常都是通過(guò)軟中斷機(jī)制轉(zhuǎn)向相應(yīng)的命令處理程序 *運(yùn)行在不同的處理器狀態(tài) 一般的過(guò)程調(diào)用，其調(diào)用程序和被調(diào)用程序都運(yùn)行在相同的處理器狀態(tài) ；系統(tǒng)調(diào)用調(diào)用程序運(yùn)行在目態(tài)，而被調(diào)用程序則運(yùn)行在管態(tài) *處理器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 一般的過(guò)程調(diào)用不涉及系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；系統(tǒng)調(diào)用需要系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換 2.3 2.3 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 *返回問(wèn)題 一般的過(guò)程調(diào)用在被調(diào)用過(guò)程執(zhí)行完后，將返回到調(diào)用過(guò)程繼續(xù)執(zhí)行；系統(tǒng)調(diào)用不一定返回

5、原調(diào)用過(guò)程 *嵌套調(diào)用 像一般過(guò)程一樣，系統(tǒng)調(diào)用也允許嵌套調(diào)用，但對(duì)嵌套調(diào)用的深度都有一定的限制2-3-2 系統(tǒng)調(diào)用的處理過(guò)程 基本概念 在系統(tǒng)中為控制系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)的機(jī)構(gòu)稱為陷入或異常處理機(jī)構(gòu) 由于系統(tǒng)調(diào)用引起處理機(jī)中斷的指令稱為陷入或異常指令（或稱訪管指令） 每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都對(duì)應(yīng)一個(gè)事先給定的功能號(hào)2.3 2.3 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還必須為實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)調(diào)用功能的子程序編寫入口地址表，每個(gè)入口地址都與相應(yīng)的系統(tǒng)程序名對(duì)應(yīng)起來(lái) 系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過(guò)程大體上分成以下三步 設(shè)置系統(tǒng)調(diào)用號(hào)和參數(shù) 系統(tǒng)調(diào)用命令的一般性處理 系統(tǒng)調(diào)用命令處理程序做具體處理2.4 2.4 作業(yè)管理作

6、業(yè)管理 2-4-1 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 批處理作業(yè)存在的標(biāo)志，其中保存了系統(tǒng)對(duì)于作業(yè)進(jìn)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(nèi)容 作業(yè)本身的內(nèi)容，如作業(yè)的名字、程序作者名字、創(chuàng)建時(shí)間等 為實(shí)現(xiàn)作業(yè)調(diào)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(jī)的時(shí)間等 作業(yè)使用的資源要求，如作業(yè)所需內(nèi)存的大小、打印機(jī)、磁帶機(jī)等 系統(tǒng)指示單元，如該作業(yè)外存中的起址和長(zhǎng)度等信息 2.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理作業(yè)標(biāo)知用戶名稱用戶帳號(hào)調(diào)度信息資源需求作業(yè)狀態(tài)作業(yè)類別輸入井地址輸出井地址進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)間開(kāi)始處理時(shí)間作業(yè)完成時(shí)間作業(yè)退出時(shí)間資源使用情況2.4

7、 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理 作業(yè)表 每個(gè)作業(yè)有一個(gè)作業(yè)控制塊，所有作業(yè)的作業(yè)控制塊構(gòu)成一個(gè)表，稱為作業(yè)表 作業(yè)表存放在外存固定區(qū)域中，其長(zhǎng)度是固定的，這就限制了系統(tǒng)所能同時(shí)容納的作業(yè)數(shù)量2-4-2 作業(yè)的建立 一個(gè)作業(yè)的建立過(guò)程包括兩個(gè)子過(guò)程：個(gè)是JCB的建立，一個(gè)是作業(yè)的輸入 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(qǐng)分得和填寫一張空白的JCB表的過(guò)程2.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理作業(yè)的輸入 常用的作業(yè)的輸入方式有三種： 脫機(jī)輸入方式 SPOOLING系統(tǒng)的輸入方式 直接耦合方式2-4-3 批處理作業(yè)的調(diào)度 作業(yè)調(diào)度：操作系統(tǒng)根據(jù)允許并行工作的道數(shù)和一定的算法從等待的作業(yè)（后備作業(yè)）中

8、選取若干作業(yè)裝入主存儲(chǔ)器，使它們可以去獲得處理器運(yùn)行 作業(yè)調(diào)度程序：完成作業(yè)調(diào)度工作的程序2.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理 作業(yè)調(diào)度的基本概念 選取調(diào)度算法應(yīng)考慮的主要因素 公平性、均衡使用資源、吞吐率、平衡系統(tǒng)和用戶要求 作業(yè)調(diào)度性能衡量的指標(biāo) - CPU利用率 - 吞吐量 - 周轉(zhuǎn)時(shí)間:假定作業(yè)i進(jìn)入“輸入井”的時(shí)間為Si，若它被選中執(zhí)行，得到計(jì)算結(jié)果的時(shí)間為Ei，它的周轉(zhuǎn)時(shí)間定義為 Ti=Ei-Si - 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。所有作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間的平均值。假定作業(yè)i的周轉(zhuǎn)時(shí)間定義為Ti，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間定義為nTTnii1)(12.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理 - 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間。作業(yè)的帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間為作

9、業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間與作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間之比。 作業(yè)調(diào)度算法 先來(lái)先服務(wù)算法 算法：按照作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)的先后次序來(lái)挑選作業(yè)，先進(jìn)入系統(tǒng)的作業(yè)優(yōu)先被挑選 優(yōu)點(diǎn)：算法容易實(shí)現(xiàn) 缺點(diǎn)：效率不高、不利于短作業(yè)nrTWniii1)(12.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理最短作業(yè)優(yōu)先算法 算法：總是選取計(jì)算時(shí)間最短的作業(yè)投入運(yùn)行 優(yōu)點(diǎn)：算法容易實(shí)現(xiàn)，縮短了平均周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的吞吐能力 缺點(diǎn)：忽視了作業(yè)等待時(shí)間，計(jì)算時(shí)間靠用戶估計(jì)響應(yīng)比最高者優(yōu)先算法 算法：響應(yīng)比=（等待時(shí)間+計(jì)算時(shí)間）/計(jì)算時(shí)間，作業(yè)調(diào)度時(shí)總是選取響應(yīng)比高的作業(yè)投入運(yùn)行 優(yōu)點(diǎn)：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(zhǎng)作業(yè)長(zhǎng)時(shí)間等待 缺點(diǎn)：響

10、應(yīng)比所用計(jì)算時(shí)間仍是用戶的估計(jì)時(shí)間2.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法 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)綜合考慮有關(guān)因素來(lái)確定 分類調(diào)度算法 算法：根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況和作業(yè)屬性將作業(yè)分類，作業(yè)調(diào)度時(shí)輪流從這些不同的作業(yè)類中挑選作業(yè) 目標(biāo)：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2.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理 作業(yè)調(diào)度與處理器調(diào)度的關(guān)系 進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的作業(yè)只有經(jīng)過(guò)兩級(jí)調(diào)度后才能占用處理器。第一級(jí)是作業(yè)調(diào)度，使作業(yè)進(jìn)入主存儲(chǔ)器；第二級(jí)是處理器調(diào)度，使作業(yè)進(jìn)程占用處理器 2-4-4 作業(yè)的執(zhí)行 一個(gè)批處理作業(yè)被作業(yè)調(diào)

11、度選中后，操作系統(tǒng)按用戶提交的作業(yè)控制說(shuō)明書控制作業(yè)的執(zhí)行，一個(gè)作業(yè)往往要分幾個(gè)作業(yè)步執(zhí)行2.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理2-4-5 作業(yè)的終止與撤銷 作業(yè)的終止 正常終止、非正常終止 撤銷作業(yè)的過(guò)程 報(bào)告用戶作業(yè)是正常終止還是非正常終止 回收發(fā)給該進(jìn)程的資源，包括外設(shè)、內(nèi)存空間，進(jìn)程運(yùn)行時(shí)打開(kāi)的文件等 釋放該作業(yè)JCB 將此作業(yè)注銷2 4-6 作業(yè)的狀態(tài) 提交狀態(tài) 作業(yè)還未進(jìn)入算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)之前，用戶正在向系統(tǒng)提交作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài) 2.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理 后備狀態(tài) 作業(yè)的提交完成后，作業(yè)便處于后備狀態(tài) 運(yùn)行狀態(tài) 作業(yè)被選中，分配資源，調(diào)入內(nèi)存，創(chuàng)建進(jìn)程 完成狀態(tài) 當(dāng)作業(yè)運(yùn)行結(jié)束或異常終

12、止時(shí)，作業(yè)進(jìn)入完成狀態(tài) 第第2 2章用戶接口和作業(yè)管理章用戶接口和作業(yè)管理 2-1 概述 2-2 命令接口 2-3 系統(tǒng)調(diào)用 2-4 作業(yè)管理2.2 2.2 命令接口命令接口 脫機(jī)命令接口 作業(yè)控制語(yǔ)言是對(duì)用戶作業(yè)的進(jìn)行組織和管理的各種控制命令的集合 作業(yè)控制說(shuō)明書是用戶用于描述批處理作業(yè)處理過(guò)程控制意圖的一種特殊程序 作業(yè)控制說(shuō)明書主要包括內(nèi)容 作業(yè)的基本描述、作業(yè)控制描述和資源要求描述 作業(yè)的組成 程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)控制說(shuō)明書2.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理 2-4-1 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 批處理作業(yè)存在的標(biāo)志，其中保存了系統(tǒng)對(duì)于作業(yè)進(jìn)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(nèi)容 作業(yè)本身的內(nèi)容，如作業(yè)的名字、程序作者名字、創(chuàng)建時(shí)間等 為實(shí)現(xiàn)作業(yè)調(diào)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(jī)的時(shí)間等 作業(yè)使用的資源要求，如作業(yè)所需內(nèi)存的大小、打印機(jī)、磁帶機(jī)等 系統(tǒng)指示單元，如該作業(yè)外存中的起址和長(zhǎng)度等信息 2.4 2.4 作業(yè)管理作業(yè)管理作業(yè)標(biāo)知用戶名稱用戶帳號(hào)調(diào)度信息資源需求作業(yè)狀態(tài)作業(yè)類別輸入井