操作系統(tǒng)作業(yè)管理和用戶接口

第2章作業(yè)管理和用戶接口2.1用戶與操作系統(tǒng)間接口2.2作業(yè)管理基本概念2.3作業(yè)管理任務(wù)和功效2.4作業(yè)輸入與輸出2.5作業(yè)調(diào)度2.6作業(yè)控制2.7WindowsXP用戶接口/10/21HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第1頁2.1用戶與操作系統(tǒng)間接口/10/22HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第2頁操作系統(tǒng)用戶界面（或稱接口）是操作系統(tǒng)提供給用戶與計算機打交道外部機制。用戶能夠借助這種機制和系統(tǒng)提供伎倆來控制用戶所在系統(tǒng)。命令接口，是為用戶提供直接使用接口，用戶利用這些命令能夠組織和控制作業(yè)執(zhí)行或管理計算機系統(tǒng)；程序接口，是為用戶提供間接使用接口，用戶利用這個接口在設(shè)計程序時調(diào)用操作系統(tǒng)對應(yīng)功效。/10/23HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第3頁操作系統(tǒng)提供兩個用戶接口：程序接口：系統(tǒng)功效調(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)，分時操作系統(tǒng)為代表）圖形用戶接口（LINUX、WINDOWS）/10/24HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第4頁程序接口系統(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)服務(wù)。（系統(tǒng)調(diào)用命令、進管指令、訪管指令）。系統(tǒng)調(diào)用功效設(shè)備管理、文件管理、進程控制、進程通信、存放管理、系統(tǒng)管理經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)用接口也可使用系統(tǒng)命令。C語言里system()函數(shù)如UNIX系統(tǒng)：system("cp-rdoc/tmp")/10/25HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第5頁系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)實際上系統(tǒng)調(diào)用語句本身是硬件提供（機器指令），但其所調(diào)用功效是操作系統(tǒng)提供。每種機器機器指令集中都有一條系統(tǒng)調(diào)用指令。不一樣操作系統(tǒng)，系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)詳細(xì)方法有所不一樣，但其實質(zhì)特點是相同：每個系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)一個系統(tǒng)調(diào)用號；每個系統(tǒng)調(diào)用有一個對應(yīng)執(zhí)行程序段；每個系統(tǒng)調(diào)用要求一定數(shù)量輸入?yún)?shù)和返回值；整個系統(tǒng)有一個系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行程序入口地址表；/10/26HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第6頁/10/27HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第7頁系統(tǒng)調(diào)用與普經(jīng)過程調(diào)用相同點和不一樣點相同點改變指令流程重復(fù)執(zhí)行和公用改變指令流程后需要返回原處不一樣點執(zhí)行狀態(tài)不一樣進入方式不一樣返回不一樣嵌套或遞歸調(diào)用/10/28HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第8頁命令接口聯(lián)機命令接口也叫交互式用戶接口，它用于聯(lián)機作業(yè)控制，它是由一組鍵盤操作命令組成。用戶經(jīng)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入命令解釋執(zhí)行，完成指定功效。最終，控制又轉(zhuǎn)回到控制臺或終端，此時用戶能夠鍵入下一條命令。聯(lián)機命令接口處理是交互式作業(yè)，它控制方式有三種，即鍵盤命令、菜單控制和窗口控制。脫機命令接口也稱批處理用戶接口，它用于脫機作業(yè)控制。脫機作業(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)控制命令組成。/10/29HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第9頁作業(yè)控制語言在批處理操作系統(tǒng)時代，用戶使用機是采取脫機方式，即用戶將自己程序、數(shù)據(jù)和用作業(yè)控制語言編寫上機操作步驟程序一起提交給計算中心（或機房），隔一段時間去機房取結(jié)果。是描述批處理作業(yè)控制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，是對用戶作業(yè)組織和管理命令集合，是系統(tǒng)提供給用戶用來描述其作業(yè)控制意圖工具。

/10/210HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第10頁2.2作業(yè)管理基本概念一個作業(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，用戶要求計算機所做相關(guān)該次業(yè)務(wù)處理全部工作。用戶觀點：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)果全過程。作業(yè)步：形成中間結(jié)果文件。系統(tǒng)觀點（針對作業(yè)進行資源分配）：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）/10/211HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第11頁作業(yè)由不一樣次序相連作業(yè)步組成。作業(yè)步是在一個作業(yè)處理過程中，計算機所做相對獨立工作。作業(yè)流：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作業(yè)分類批量型作業(yè)終端型作業(yè)（交互型作業(yè)）/10/212HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第12頁2.3作業(yè)管理任務(wù)和功效作業(yè)管理主要任務(wù)：是完成用戶要求全過程處理上宏觀管理。作業(yè)進入作業(yè)調(diào)度作業(yè)控制作業(yè)退出采取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)每個作業(yè)設(shè)置一個作業(yè)控制塊（JCB），用來統(tǒng)計作業(yè)相關(guān)信息/10/213HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第13頁2.4作業(yè)輸入與輸出無通道處理方式：聯(lián)機（降低了CPU效率）：由主機直接控制輸入/輸出；I/O與作業(yè)處理不能并行。脫機（人工干預(yù)）：經(jīng)過磁帶或磁盤在外圍處理機與主機之間交換作業(yè)（需人工移動）；用于主機不太快情況。直接耦合：經(jīng)過共享外存在外圍處理機與主機之間交換作業(yè)；用于高速主機。/10/214HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第14頁有通道處理：輸入/輸出由主機和通道來負(fù)擔(dān)。假脫機(spooling,SimultaneouslyPeripheralOperationOnLine)：系統(tǒng)把作業(yè)處理全過程劃分為相對獨立三個部分--輸入流、處理流和輸出流。spooling-in/spooling-out進程：控制輸入/輸出；網(wǎng)絡(luò)：在網(wǎng)絡(luò)上一臺機器進行作業(yè)輸入/輸出，在另一臺主機上運行；/10/215HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第15頁2.5作業(yè)調(diào)度作業(yè)狀態(tài)/10/216HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第16頁作業(yè)控制塊（JobControlBlock-JCB）：作業(yè)存在唯一標(biāo)志，是系統(tǒng)為管理作業(yè)所設(shè)置一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放了管理和控制作業(yè)所必需信息內(nèi)容介紹：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（時間統(tǒng)計：進入、開始運行、已運行時間、內(nèi)存地址）、作業(yè)類型（占CPU時間、I/O吞吐量、響應(yīng)時間要求）、優(yōu)先權(quán)等注：管理表格設(shè)計要記住設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，即要想管理得好其表項內(nèi)容要統(tǒng)計必要詳細(xì)內(nèi)容/10/217HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第17頁作業(yè)調(diào)度是指按某種算法把處于后備狀態(tài)作業(yè)一個或一批調(diào)度到主機上運行。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)隊列中挑選作業(yè)。(2)為選中作業(yè)分配主存和外設(shè)資源。(3)為選中作業(yè)建立對應(yīng)進程。(4)結(jié)構(gòu)和填寫作業(yè)運行時所需相關(guān)表格。(5)作業(yè)結(jié)束時完成該作業(yè)善后處理工作，如收回資源，輸出必要信息，撤消該作業(yè)全部進程(PCB)和作業(yè)控制塊JCB。/10/218HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第18頁調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)：公平，合理，使用戶滿意提升系統(tǒng)資源利用率，如提升系統(tǒng)吞吐量作業(yè)調(diào)度算法評價原因作業(yè)吞吐量：運行盡可能多作業(yè)；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)行時間長短、等候時間等；/10/219HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第19頁作業(yè)調(diào)度性能指標(biāo)平均周轉(zhuǎn)時間周轉(zhuǎn)時間：設(shè)i作業(yè)周轉(zhuǎn)時間為Ti=Tci-Tsc；（TciTsc分別為作業(yè)完成時間和作業(yè)提交時間）平均周轉(zhuǎn)時間：T=（∑Ti）/n（n為作業(yè)個數(shù)）平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間：設(shè)i作業(yè)帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間為Wi=Ti/tri；（tri作業(yè)運行時間）平均周轉(zhuǎn)時間：W=（∑Wi）/n（n為作業(yè)個數(shù)）/10/220HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第20頁作業(yè)調(diào)度算法先來先服務(wù)（FCFS）算法

按照作業(yè)進入系統(tǒng)先后次序進行調(diào)度，先進入系統(tǒng)者先調(diào)度；即開啟等候時間最長作業(yè)。優(yōu)點：實現(xiàn)簡單、公平缺點：沒考慮資源利用率和作業(yè)特殊性FCFS算法利于長作業(yè)，不利于短作業(yè)，而大多數(shù)作業(yè)是I/O繁忙短作業(yè)。以FCFS作為主調(diào)度算法是不慣用。/10/221HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第21頁短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法（SJF）

以要求運行時間長短進行調(diào)度，即開啟要求運行時間最短作業(yè)。 優(yōu)點：易于實現(xiàn)，強調(diào)了資源充分利用，確保了系統(tǒng)最大吞吐量（單位時間里處理作業(yè)個數(shù)）。缺點：不公平，會造成長作業(yè)長久等候。結(jié)論：假設(shè)系統(tǒng)中全部作業(yè)同時抵達，能夠證實采取SJF能得到最短作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間。/10/222HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第22頁先來先服務(wù)調(diào)度算法和短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法/10/223HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第23頁高響應(yīng)比優(yōu)先（HRF）：響應(yīng)比最高作業(yè)優(yōu)先開啟。響應(yīng)比=（等候時間+預(yù)計運行時間）/預(yù)計運行時間該算法是FCFS和SJF結(jié)合，克服了兩種算法缺點優(yōu)點:公平，吞吐率大缺點:增加了計算，增加了開銷/10/224HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第24頁優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法選擇優(yōu)先級高作業(yè)投入運行優(yōu)先數(shù)確實定用戶確定系統(tǒng)確定靜態(tài)優(yōu)先數(shù)動態(tài)優(yōu)先數(shù)分類調(diào)度算法把作業(yè)分類，作業(yè)調(diào)度從不一樣類型作業(yè)中去調(diào)度作業(yè)依據(jù)作業(yè)對資源要求分類：I/O型、CPU型和均衡型/10/225HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第25頁2.6作業(yè)控制脫機作業(yè)控制是指用戶把自己對作業(yè)執(zhí)行控制意圖連同該作業(yè)源程序和初始數(shù)據(jù)一起輸入到計算機系統(tǒng)中，系統(tǒng)就能夠按照說明書來控制作業(yè)執(zhí)行。特點按照這種方式執(zhí)行作業(yè)，不需要用戶干預(yù)，由系統(tǒng)自動完成。這種方式也稱為脫機控制方式，或自動控制方式，它適合對作業(yè)成批處理。采取這種處理方式作業(yè)稱為批處理作業(yè)，或脫機作業(yè)。/10/226HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第26頁作業(yè)控制卡方式是指用戶將其操作意圖，用控制語言提供相關(guān)作業(yè)控制命令穿孔在若干卡片上，以控制作業(yè)運行一個形式。用戶按照要求將作業(yè)控制卡插入到作業(yè)卡片疊適當(dāng)位置上。系統(tǒng)分批讀入這些卡片后開始運行，并按照這些控制卡信息，指揮和控制作業(yè)運行，這些作業(yè)控制卡是早期一個作業(yè)控制方式。作業(yè)說明書也是用作業(yè)控制語言來表示用戶對作業(yè)控制意識，在形式上同用高級編程語言編制程序相同。相對于作業(yè)控制卡分散缺點它含有集中、便于修改、靈活等優(yōu)點。美國1905機GEOGE語言是經(jīng)典高級算法作業(yè)控制語言。/10/227HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第27頁聯(lián)機作業(yè)控制用戶把自己對作業(yè)執(zhí)行控制意圖用操作控制命令輸入到計算機系統(tǒng)中，在作業(yè)執(zhí)行過程中，用戶逐條輸入命令，系統(tǒng)依據(jù)接到命令控制作業(yè)執(zhí)行。一條命令所要求工作做完后，系統(tǒng)通知用戶命令執(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)與用戶不停地交換信息。采取這種方式執(zhí)行作業(yè)，需要用戶及時干預(yù)，這種方式也稱為直接控制方式，或手動控制方式，它適合對終端用戶作業(yè)處理。采取這種控制方式作業(yè)稱為終端作業(yè)或交互式作業(yè)。

/10/228HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第28頁交互式作業(yè)控制命令控制這種控制方式是經(jīng)過用戶使用系統(tǒng)提供操作控制命令（鍵盤命令）實現(xiàn)。菜單控制當(dāng)一個程序含有若干項能夠供用戶選擇功效時，普通都用交互式方式進行分支處理。窗口控制窗口控制采取了圖形化操作界面。GUI/10/229HZAU理學(xué)院計算機系姚娟第29頁終端作業(yè)管理終端連接是指終端設(shè)備與計算機系統(tǒng)在線路上接通。用戶注