第二章Operating System操作系统用户界面.ppt

第二章 操作系统用户界面2.1 作业组织和控制2.2 用户接口在这一章中，我们讨论OS向上提供的用户接口。首先介绍作业和作业管理。2.1 作业组织和控制2.1.1 作业和作业处理过程2.1.2 作业调度返回2.1.1 作业和作业处理过程1.作业的概念2.作业的组成3.作业控制表(JCB,Job Control Block)4.作业的处理过程1.作业的概念l一个作业是指在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作。用户的观点：在一次业务处理过程中，从输入程序和数据到输出结果的全过程。系统的观点（针对作业进行资源分配）：作业由程序及数据（作业体）和作业说明书（作业控制语言）l作业由不同的顺序相连的作业步组成。l作业步是在一个作业的处理过程中，计算机所做的相对独立的工作。作业、作业步、进程的关系用户作业作业步进程作业步进程线程线程由用户创建由用户指定由系统创建作业的基本类型根据调度和控制的需要进行分类从调度的角度，可分为：l计算型作业：指任务中包含大量的计算，而其I/O较少的作业，如通常的科学计算；lI/O型作业：要求少量的计算而需大量I/O的作业，如通常的事务处理 作业的基本类型从控制的角度，可分为：l脱机作业（批量型作业）：在整个作业的运行过程中，只需根据作业说明书中的说明对作业进行控制，脱机作业通常是在批处理操作环境下运行，故也称为批量型作业；l联机作业（终端型作业）：通常是用键盘命令直接控制作业的运行，联机作业通常在分时操作环境下运行，故也称为终端型作业。2.作业的组成l作业说明书包括作业基本情况、作业控制、作业资源要求的描述；它体现用户的控制意图。如：预计运行时间、要求的资源情况、执行优先级等。作业基本情况：用户名、作业名、编程语言等；作业控制描述：作业控制方式、作业步的操作顺序、作业执行出错处理；作业资源要求描述：处理时间、优先级、内存空间、外设类型和数量等；作业由程序、数据和作业说明书三部分组成。3.作业控制表(JCB,Job Control Block)JCB中信息包括：l作业名 l估计执行时间l优先数（用于调度）l作业说明书文件名l程序类型（需调用的系统程序）l资源要求：静态申请和动态申请l作业状态：提交、后备、执行、完成；JCB包含在作业运行过程中，系统对其进行管理的必要信息。包含在作业运行过程中，系统对其进行管理的必要信息。JCB在作业收容状态由系统根据在作业收容状态由系统根据作业说明书作业说明书建立，以后由作业调度建立，以后由作业调度程序管理程序管理,作业结束时，作业结束时，JCB也撤销。一个也撤销。一个JCB对应一个作业。对应一个作业。4.作业的处理过程（状态）l作业提交：作业的输入（从输入设备到外存）；l作业收容（就绪）：作业输入（到外存）完成，系统为其建立JCB,等待调度运行；l作业执行：分配资源，送入内存，被调度运行；l作业完成：释放资源，完成作业输出；2.1.2 作业调度l作业调度算法的评价因素作业吞吐量（单位时间内完成的作业数）：运行尽可能多的作业；充分利用资源：CPU、I/O设备；对各作业公平、合理，使用户满意；功能:检查系统是否满足作业的资源要求，并以一定算法选取作业运行。作业调度也称为宏观调度或高级调度。2.作业调度算法l先来先服务（FCFS）：按照作业进入系统的先后次序进行调度，先进入系统者先调度；即启动等待时间最长的作业。优点：实现简单、公平缺点：没考虑资源利用率和作业的特殊性（对短作业不公平）l短作业优先（SJF）：以要求运行时间长短进行调度，即启动要求运行时间最短的作业。优点：易于实现，强调了资源的充分利用，保证了系统的最大吞吐量。缺点：对长作业不公平，可能会造成长作业长期等待。结论：假设系统中所有作业同时到达，可以证明采用SJF能得到最短的作业平均周转时间。高响应比优先（HRF）：响应比最高的作业优先启动。响应比=（等待时间+估计运行时间）/估计运行时间该算法是FCFS和SJF的结合，克服了两种算法的缺点优点:公平，吞吐率大缺点:增加了计算，增加了开销高优先级优先：由用户指定作业优先级，优先级高的作业先启动。资源均衡型调度：把作业分类，作业调度从不同类型作业中去调度作业根据作业对资源要求分类：I/O型、CPU型和均衡型2.2 用户接口l操作系统提供两类用户接口 程序一级的接口作业一级的接口2.2.1 程序接口（系统调用）程序接口是OS专门为用户程序设置的，也是用户程序取得OS服务的唯一途径程序接口通常由各种各样的系统调用所组成。l系统调用的基本概念：是OS提供给编程人员的唯一接口l系统调用是由操作系统中的一段程序来完成特定功能的，属于一种特殊的过程调用。有的计算机系统中，把它称为广义指令。l调用的方式：采用访管方式来实现。通过产生一个访管中断，使处理机由目态（用户态）转为管态（系统态）。（当中央处理器处于目态时不允许执行特权指令；而处于管态时可执行包括特权指令在内的一切机器指令）系统调用的概念系统调用的功能（以UNIX为例）1)设备管理：设备的读写和控制；Ioctl设备配置Open设备打开Close 设备关闭Read读设备Write 写设备2)文件管理：文件读写和文件控制；Open文件打开Close 文件关闭Read读文件Write 写文件seek读写指针定位Create 文件创建Stat读文件状态Mount 安装文件系统chmod 修改文件属性3)进程控制：创建、中止、暂停等控制；Fork创建进程Exit进程自我终止Wait阻塞当前进程Sleep 进程睡眠Getpid 读父进程标识4)进程通信：消息队列、共享存储区、socket等通信渠道的建立、使用和删除；5)存储管理：内存的申请和释放；6)系统管理：设置和读取时间、读取用户和主机标识等；gtime 读取时间Stime 设置时间getuid 读取用户标识系统调用的实现过程系统调用与一般过程调用的主要区别：运行状态不同（核心态-用户态）进入的方式不同（执行trap(int)指令-调用过程名）代码层次不同（操作系统代码-用户程序代码）2.2.2 作业控制一级的接口l分为两种：联机用户接口：（交互式用户接口）脱机用户接口：（批处理用户接口）l联机用户接口：（交互式用户接口）指用户通过控制台或终端，采用人机会话的方式，直接控制作业的运行。由一组键盘命令组成。用户通过控制台键入操作命令，向系统提出请求。该操作命令由命令解释系统进行解释执行，完成指定的操作。l联机命令接口有两种方式键盘命令方式 命令文件方式 （1）键盘命令方式 是通过逐条输入键盘命令语句，经解释后执行，以控制作业运行的一种方式，通常包括：l 系统管理l 环境设置l 编辑修改、编译、连接和运行命令l 文件管理命令l 操作员专用命令（执行权限管理）l 通信l 资源要求联机用户接口图形用户接口（GUI）l在命令行（CLI）方式下，用户与操作系统的交互要求用户记忆命令格式。l在图形用户接口方式下，用户可利用鼠标对屏幕上的图标进行操作，完成与操作系统的交互，从而减少记忆内容，方便用户使用。它的技术基础是高分辩显示器和鼠标。图形用户接口元素：窗口；图标；菜单；对话框图形用户接口元素的基本操作：菜单操作；窗口操作；对话框操作 l(2)命令文件方式 是用键盘命令语言编写的一个键盘命令语言程序命令文件。一旦建立命令文件后，系统可连续执行若干条命令并且可以多次重复执行。命令文件中可以进行参数传递，也可以嵌套的方式调用其他的命令文件。脱机用户接口l脱机用户接口 批处理用户接口，由一组作业控制命令（或称作业控制语言）组成。脱机用户将事先用相应的作业控制语言（JCL）将作业控制命令写成的作业操作说明书，连同其作业一起提交给系统。由系统中命令解释程序对其操作说明书上的命令逐条解释执行。小结l作业组织和控制：作业、作业控制块、作业状态、作业调度算法l程序接口-系统调用及其实现过程l作业控制接口：脱机、联机（命令行）、GUI