《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程（第三版）》課件第2章 作業(yè)管理

第2章作業(yè)管理2.1作業(yè)基本管理2.2操作系統(tǒng)向作業(yè)提供的程序級(jí)接口——系統(tǒng)調(diào)用

2.3單道批處理系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度

2.4多道批處理系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度應(yīng)考慮的因素

開(kāi)始本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

操作命令：包括作業(yè)控制語(yǔ)言和鍵盤(pán)命令，這是用戶操作計(jì)算機(jī)的方式系統(tǒng)功能調(diào)用：這是用戶程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)提供的服務(wù)的調(diào)用接口系統(tǒng)功能調(diào)用的執(zhí)行過(guò)程批處理系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度問(wèn)題返回本章首頁(yè)2.1作業(yè)的基本概念返回本章首頁(yè)2.1.1作業(yè)的形成過(guò)程2.1.2批處理系統(tǒng)作業(yè)運(yùn)行前的準(zhǔn)備——作業(yè)控制語(yǔ)言2.1.3分時(shí)系統(tǒng)作業(yè)控制方法—命令

2.1.1作業(yè)的形成過(guò)程一、使用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算來(lái)運(yùn)行用戶程序有三個(gè)步驟：（1）用某種語(yǔ)言（例如FORTRAN語(yǔ)言）編制一個(gè)程序，它被稱為源程序。（2）將源程序和初始數(shù)據(jù)記錄在某種輸入介質(zhì)上。例如穿成一盤(pán)紙帶，或在終端設(shè)備（包括鍵盤(pán)、顯示器）上直接編輯源程序。（3）按照一定要求來(lái)控制計(jì)算機(jī)工作，并經(jīng)過(guò)加工最后算出結(jié)果。二、對(duì)作業(yè)的處理的幾個(gè)作業(yè)步（1）編輯（修改）：建立新文件或是對(duì)原有文件進(jìn)行修改。（2）編譯：請(qǐng)求系統(tǒng)把修改好的源程序翻譯成浮動(dòng)目標(biāo)模塊，并將它放在磁盤(pán)上，也可以穿孔輸出或二者有之。（3）鏈接：請(qǐng)求系統(tǒng)把主程序模塊和其他所需要的子程序和例行程序鏈接裝配在一起，成為一個(gè)可執(zhí)行的完整的內(nèi)存映像文件。（4）運(yùn)行：將內(nèi)存映像文件調(diào)入內(nèi)存，并啟動(dòng)之，最后給出計(jì)算結(jié)果。下一頁(yè)三、作業(yè)步之間的關(guān)系表現(xiàn)為（1）每個(gè)作業(yè)步運(yùn)行的結(jié)果產(chǎn)生下一個(gè)作業(yè)步所需要的文件。如圖2.1所示。（2）一個(gè)作業(yè)步能否正確地執(zhí)行，依賴于前一個(gè)作業(yè)步是否成功地完成。

下一頁(yè)圖2.1作業(yè)步之間的關(guān)系返回本節(jié)2.1.2批處理系統(tǒng)作業(yè)運(yùn)行前的準(zhǔn)備——作業(yè)控制語(yǔ)言在脫機(jī)工作方式下系統(tǒng)提供作業(yè)控制語(yǔ)言（JCL，JobControlLanguage），它既可以寫(xiě)成操作說(shuō)明書(shū)的形式，也可穿孔成為作業(yè)控制卡的形式（前者較多地為批處理系統(tǒng)所采用）。操作系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)申請(qǐng)表來(lái)分配作業(yè)所需的資源并注冊(cè)該作業(yè)；通過(guò)作業(yè)說(shuō)明書(shū)（或作業(yè)控制卡）對(duì)作業(yè)實(shí)施運(yùn)行控制。一般在批處理系統(tǒng)中都提供JCL語(yǔ)言。2.1.3分時(shí)系統(tǒng)作業(yè)控制方法—命令在分時(shí)系統(tǒng)（聯(lián)機(jī)工作方式）中，終端與主機(jī)的通信過(guò)程大致分為四步：呼叫、聯(lián)接、通信、退出。1．呼叫

2．聯(lián)接3．通信4．退出（1）呼叫當(dāng)終端用戶想從終端打入命令或輸入信息時(shí)，他首先要進(jìn)行呼叫，例如通過(guò)類似電話撥號(hào)的方式進(jìn)行呼叫。當(dāng)呼叫成功后，用戶就可以從終端的鍵盤(pán)上打入各種命令輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即開(kāi)始第二步——聯(lián)接。下一頁(yè)（2）聯(lián)接呼叫成功后，計(jì)算機(jī)即和終端聯(lián)上，于是計(jì)算機(jī)應(yīng)在終端設(shè)備上輸出引導(dǎo)信息，以告訴用戶終端設(shè)備與系統(tǒng)聯(lián)上了。這時(shí)，用戶應(yīng)打入一條“錄入命令”，向系統(tǒng)申請(qǐng)錄入一個(gè)作業(yè)。一般錄入命令應(yīng)給出以下參數(shù)：用戶名、作業(yè)名、口令、資源需求等。系統(tǒng)接到錄入命令后，將檢查口令、資源需求等。在符合時(shí)，就允許錄入。當(dāng)用戶從終端上看到允許錄入的信息后，就知道這個(gè)終端作業(yè)被接受了，從而就進(jìn)入第三步——通信。下一頁(yè)（3）通信（1）環(huán)境設(shè)置。（2）系統(tǒng)管理。（3）文件管理。（4）編輯修改。（5）編譯、連接裝配和運(yùn)行。（6）輸入數(shù)據(jù)。（7）操作方式轉(zhuǎn)換。（8）申請(qǐng)資源。終端作業(yè)被錄入后，就可以通過(guò)終端打入各種控制作業(yè)的命令和從終端輸入作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)。屬于通信這一步的鍵盤(pán)命令是比較豐富的，一般有以下幾類：下一頁(yè)（4）退出 當(dāng)作業(yè)運(yùn)行結(jié)束時(shí)，用戶應(yīng)打入“退出”命令。系統(tǒng)響應(yīng)命令后將收回分配給作業(yè)的全部資源，然后在終端輸出日期和上機(jī)時(shí)間等，即通知用戶系統(tǒng)已結(jié)束了該作業(yè)。退出系統(tǒng)后，用戶若要求系統(tǒng)執(zhí)行新的作業(yè)可再打入“錄入”命令。每個(gè)作業(yè)結(jié)束后一定要打入“退出”命令。返回本節(jié)2.2操作系統(tǒng)向作業(yè)提供的程序級(jí)接口——系統(tǒng)調(diào)用2.2.1系統(tǒng)功能調(diào)用的分類

2.2.2系統(tǒng)功能調(diào)用的實(shí)現(xiàn)過(guò)程描述返回本章首頁(yè)系統(tǒng)調(diào)用：用戶所需要的功能，有些是比較復(fù)雜的，硬件不能直接提供，只能通過(guò)軟件的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。而有些功能可由硬件完成，并設(shè)有相應(yīng)的指令，如啟動(dòng)外設(shè)工作，就有用于輸入/輸出的硬指令。但配置了操作系統(tǒng)后，對(duì)系統(tǒng)資源的分配、控制不能由用戶干預(yù)，而必須由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理。所以，對(duì)于這樣一類功能，也需有相應(yīng)的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。自愿進(jìn)管指令： 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這些事先編制好的、具有特定功能的例行子程序的調(diào)用，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般提供自愿進(jìn)管指令，其指令形式為：SVCN其中，SVC表示機(jī)器自愿進(jìn)管指令的操作碼記憶符，N為地址碼。 SVC是SupervisorCall（訪問(wèn)管理程序）的縮寫(xiě)，所以SVC指令又稱訪管指令。 當(dāng)處理機(jī)執(zhí)行到這一條指令時(shí)就發(fā)生中斷，該中斷稱為訪管中斷，它表示正在運(yùn)行的程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)的某種需求。借助中斷可使機(jī)器狀態(tài)由目態(tài)轉(zhuǎn)為管態(tài)。返回本節(jié)2.2.1系統(tǒng)調(diào)用功能分類

1．設(shè)備管理：這類系統(tǒng)調(diào)用被用來(lái)請(qǐng)求和釋放設(shè)備，以及啟動(dòng)設(shè)備操作等。2．文件管理：這類系統(tǒng)調(diào)用包括創(chuàng)建、刪除文件，讀、寫(xiě)文件操作以及移動(dòng)文件指針等。3．進(jìn)程控制：當(dāng)多個(gè)用戶程序在系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行時(shí)引出了一個(gè)新的概念，稱為進(jìn)程。4．進(jìn)程通信：進(jìn)程間傳遞消息或信號(hào)的系統(tǒng)調(diào)用。5．存儲(chǔ)管理：內(nèi)存塊的申請(qǐng)、釋放，獲取作業(yè)占用內(nèi)存塊的首址、大小等。2.2.2系統(tǒng)功能調(diào)用的實(shí)現(xiàn)過(guò)程描述操作系統(tǒng)的基本服務(wù)是通過(guò)系統(tǒng)功能調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)功能調(diào)用提供運(yùn)行程序和操作系統(tǒng)之間的界面。系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)取決于計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，它是由特定的硬件指令實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)某一服務(wù)例程的調(diào)用。圖2.2說(shuō)明了系統(tǒng)功能調(diào)用的執(zhí)行過(guò)程。圖2.2系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過(guò)程2.3單道批處理系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度2.3.1作業(yè)調(diào)度性能的衡量指標(biāo)2.3.2先來(lái)先服務(wù)作業(yè)調(diào)度算法2.3.3短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法2.3.4高響應(yīng)比優(yōu)先作業(yè)調(diào)度算法2.3.1作業(yè)調(diào)度性能的衡量指標(biāo)對(duì)于批處理系統(tǒng)，作業(yè)調(diào)度的原則體現(xiàn)在一個(gè)指標(biāo)，即各作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間上，如設(shè)i作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間為Ti=Tci-Tsc；Tci，Tsc分別為作業(yè)的完成時(shí)間和作業(yè)的提交時(shí)間，則平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為：J=（∑Ti）/n；對(duì)這個(gè)公式涉及的n個(gè)作業(yè)，相對(duì)于長(zhǎng)作業(yè)，對(duì)J值的影響大，而短作業(yè)對(duì)J值的影響小。為了增加短作業(yè)對(duì)J值的影響，引入平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間的概念。平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間定義為：W=（∑Ti/tri）/n；tri作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間。一般認(rèn)為J、W越小，系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的吞吐量越大，系統(tǒng)的性能越高。2.3.2先來(lái)先服務(wù)作業(yè)調(diào)度算法 先來(lái)先服務(wù)作業(yè)調(diào)度算法是一種較簡(jiǎn)單的作業(yè)調(diào)度算法，即每次調(diào)度是從后備作業(yè)隊(duì)列中選擇一個(gè)最先進(jìn)入該隊(duì)列的作業(yè)，將它調(diào)入內(nèi)存，分配資源、創(chuàng)建相應(yīng)的進(jìn)程，放入進(jìn)程就緒隊(duì)列準(zhǔn)備運(yùn)行。 FCFS算法利于長(zhǎng)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。下一頁(yè)2.3.3短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法

短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法是指操作系統(tǒng)在進(jìn)行作業(yè)調(diào)度時(shí)以作業(yè)長(zhǎng)短作為優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。該調(diào)度算法可以照顧到實(shí)際上占作業(yè)總數(shù)絕大部分的短作業(yè)，使它們能比長(zhǎng)作業(yè)優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行。這時(shí)后備作業(yè)隊(duì)列按作業(yè)優(yōu)先級(jí)由高到低順序排列，當(dāng)作業(yè)進(jìn)入后備隊(duì)列時(shí)要按該作業(yè)優(yōu)先級(jí)放置到后備隊(duì)列相應(yīng)的位置。 實(shí)踐證明，該調(diào)度算法的性能是最好的，單位時(shí)間的作業(yè)吞吐量也最大，但也存在缺點(diǎn)：對(duì)長(zhǎng)作業(yè)極為不利。

。下一頁(yè)2.3.4高響應(yīng)比優(yōu)先作業(yè)調(diào)度算法這是一種折衷算法，是為了克服上述兩種算法的不足而提出來(lái)的。它既考慮到作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)的先后次序，又顧及到作業(yè)的運(yùn)行長(zhǎng)度。響應(yīng)比為：RP=1+作業(yè)等待時(shí)間/作業(yè)執(zhí)行時(shí)間該調(diào)度算法在調(diào)度作業(yè)時(shí)首先計(jì)算后備作業(yè)的響應(yīng)比RP，然后按RP值從大到小的順序調(diào)度作業(yè)運(yùn)行。從公式可見(jiàn)，作業(yè)的RP與作業(yè)執(zhí)行時(shí)間成反比，作業(yè)的執(zhí)行時(shí)間越短，其RP越高，同時(shí)作業(yè)的RP會(huì)隨著它的等待時(shí)間的增加而增加，只要等待時(shí)間足夠長(zhǎng)，該作業(yè)總會(huì)由于響應(yīng)比高而被調(diào)度。下一頁(yè)2.4多道批處理系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度應(yīng)考慮的因素

在多道程序環(huán)境中，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間、帶權(quán)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間比單道時(shí)有明顯