第2章 用户接口和作业管理.ppt

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1、1操作系统操作系统操作系统操作系统(第三版第三版第三版第三版)第第2 2章章 用户接口用户接口和作业管理和作业管理2第2章用户接口和作业管理2-1 2-1 概述概述2-2 2-2 命令接口命令接口 2-3 2-3 系统调用系统调用 2-4 2-4 作业管理作业管理32.1 概述2-1-1 2-1-1 作业的基本概念作业的基本概念 概念概念 作业通常是指用户在一次计算过程中或者一次事物处理过程中要作业通常是指用户在一次计算过程中或者一次事物处理过程中要求计算机系统所作的工作的集合求计算机系统所作的工作的集合 任何一个作业都要经过若干加工步骤才能得到结果，作业的每一任何一个作业都要经过若干加工步骤

2、才能得到结果，作业的每一个加工步骤称为一个作业步个加工步骤称为一个作业步 一次有一批作业进入系统，并在操作系统控制下，一个接一个地一次有一批作业进入系统，并在操作系统控制下，一个接一个地进行处理，称之为作业流进行处理，称之为作业流 作业的两种基本类型：批处理作业、交互式作业作业的两种基本类型：批处理作业、交互式作业2-1-2 2-1-2 用户接口用户接口 命令接口命令接口 程序接口程序接口 图形接口图形接口42.2 命令接口2-2-1 2-2-1 联机命令接口联机命令接口命令的格式和分类命令的格式和分类 -一般格式为：命令名一般格式为：命令名 参数，参数，参数，参数，参数，参数 -操操作作控控

3、制制命命令令类类型型有有：系系统统访访问问命命令令，文文件件、目目录录管管理理命命令令，编辑修改命令，编译、连接和执行命令，询问命令，操作员专用命令编辑修改命令，编译、连接和执行命令，询问命令，操作员专用命令 -命令的接收和解释执行命令的接收和解释执行 交交互互式式系系统统主主要要包包括括：一一组组联联机机命命令令，终终端端处处理理程程序序，命命令令解释程序解释程序52.2 命令接口 终端处理程序终端处理程序 配置在终端上的终端处理程序主要用于实现人机交互，具有配置在终端上的终端处理程序主要用于实现人机交互，具有以下功能：以下功能：接收用户从终端上输入的字符接收用户从终端上输入的字符 字符缓冲

4、管理字符缓冲管理 回送显示回送显示 屏幕编辑屏幕编辑 特殊字符处理特殊字符处理 命令解释程序命令解释程序 主要功能：对用户输入的命令进行解释，并转入相应的命主要功能：对用户输入的命令进行解释，并转入相应的命令处理程序去执行令处理程序去执行 对命令的处理方法：由命令解释程序直接处理对命令的处理方法：由命令解释程序直接处理 或由子进或由子进程代为处理程代为处理 62.2 命令接口2.2.2 2.2.2 脱机命令接口脱机命令接口 作业控制语言是对用户作业的进行组织和管理的各作业控制语言是对用户作业的进行组织和管理的各种控制命令的集合种控制命令的集合 作业控制说明书是用户用于描述批处理作业处理过作业控

5、制说明书是用户用于描述批处理作业处理过程控制意图的一种特殊程序程控制意图的一种特殊程序 作业控制说明书主要包括内容作业控制说明书主要包括内容:作业的基本描述、作业控制描述和资源要求描述作业的基本描述、作业控制描述和资源要求描述 作业的组成作业的组成:程序、数据和作业控制说明书程序、数据和作业控制说明书72.3 系统调用系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口2-3-1 2-3-1 系统调用的概念系统调用的概念 由操作系统提供，用户程序可以调用的包含特权指令的子程序由操作系统提供，用户程序可以调用的包含特权指令的子程序称为称为“系统功能调用系统功能调用

6、”程序，或简称为程序，或简称为“系统调用系统调用”。系统调用分类系统调用分类 文件操作类、进程控制类、资源申请类、进程通信类、信息维护类文件操作类、进程控制类、资源申请类、进程通信类、信息维护类 系统调用与一般过程调用的区别系统调用与一般过程调用的区别 系统调用通过非特权指令系统调用通过非特权指令访管指令调用访管指令调用 82.3 系统调用*通过软中断进入通过软中断进入 一一般般的的过过程程调调用用可可直直接接由由调调用用过过程程转转向向被被调调用用过过程程；系系统统调调用用通通常常都都是是通过软中断机制转向相应的命令处理程序通过软中断机制转向相应的命令处理程序*运行在不同的处理器状态运行在不

7、同的处理器状态 一一般般的的过过程程调调用用，其其调调用用程程序序和和被被调调用用程程序序都都运运行行在在相相同同的的处处理理器器状状态态；系统调用调用程序运行在目态，而被调用程序则运行在管态系统调用调用程序运行在目态，而被调用程序则运行在管态*处理器状态的转换处理器状态的转换 一般的过程调用不涉及系统状态的转换；系统调用需要系统状态转换一般的过程调用不涉及系统状态的转换；系统调用需要系统状态转换*返回问题返回问题 一一般般的的过过程程调调用用在在被被调调用用过过程程执执行行完完后后，将将返返回回到到调调用用过过程程继继续续执执行行；系统调用不一定返回原调用过程系统调用不一定返回原调用过程*嵌

8、套调用嵌套调用 像像一一般般过过程程一一样样，系系统统调调用用也也允允许许嵌嵌套套调调用用，但但对对嵌嵌套套调调用用的的深深度度都都有有一定的限制一定的限制92.3 系统调用2-3-2 2-3-2 系统调用的处理过程系统调用的处理过程 基本概念基本概念 在系统中为控制系统调用服务的机构称为陷入或异常处理机构在系统中为控制系统调用服务的机构称为陷入或异常处理机构 由由于于系系统统调调用用引引起起处处理理机机中中断断的的指指令令称称为为陷陷入入或或异异常常指指令令（或或称访管指令）称访管指令）每个系统调用都对应一个事先给定的功能号每个系统调用都对应一个事先给定的功能号 为为了了实实现现系系统统调调

9、用用，系系统统设设计计人人员员还还必必须须为为实实现现各各种种系系统统调调用用功功能能的的子子程程序序编编写写入入口口地地址址表表，每每个个入入口口地地址址都都与与相相应应的的系系统统程程序序名名对应起来对应起来102.3 系统调用系统调用的执行过程大体上分成以下三步系统调用的执行过程大体上分成以下三步 设置系统调用号和参数设置系统调用号和参数 系统调用命令的一般性处理系统调用命令的一般性处理 系统调用命令处理程序做具体处理系统调用命令处理程序做具体处理112.4 作业管理 2-4-1 2-4-1 批处理作业的管理批处理作业的管理作业控制块和作业表作业控制块和作业表 作业控制块作业控制块 批处

10、理作业存在的标志，其中保存了系统对于作业进行管理所需要的批处理作业存在的标志，其中保存了系统对于作业进行管理所需要的全部信息，它们被保存于磁盘区域中全部信息，它们被保存于磁盘区域中 作业控制块中包括的内容作业控制块中包括的内容 作业本身的内容，如作业的名字、程序作者名字、创建时间等作业本身的内容，如作业的名字、程序作者名字、创建时间等 为实现作业调度所而的信息，如作业本身的优先数、现在所处的状为实现作业调度所而的信息，如作业本身的优先数、现在所处的状态处理机的时间等态处理机的时间等 作业使用的资源要求，如作业所需内存的大小、打印机、磁带机等作业使用的资源要求，如作业所需内存的大小、打印机、磁带

11、机等 系统指示单元，如该作业外存中的起址和长度等信息系统指示单元，如该作业外存中的起址和长度等信息 122.4 作业管理作业标知作业标知用户名称用户名称用户帐号用户帐号调度信息调度信息资源需求资源需求作业状态作业状态作业类别作业类别输入井地址输入井地址输出井地址输出井地址进入系统时间进入系统时间开始处理时间开始处理时间作业完成时间作业完成时间作业退出时间作业退出时间资源使用情况资源使用情况132.4 作业管理 作业表作业表 每个作业有一个作业控制块，所有作业的作业控制块构成一个表，每个作业有一个作业控制块，所有作业的作业控制块构成一个表，称为作业表称为作业表 作业表存放在外存固定区域中，其长度

12、是固定的，这就限制了系统作业表存放在外存固定区域中，其长度是固定的，这就限制了系统所能同时容纳的作业数量所能同时容纳的作业数量2-4-2 2-4-2 作业的建立作业的建立 一个作业的建立过程包括两个子过程：一个作业的建立过程包括两个子过程：个是个是JCBJCB的建立，一个是作的建立，一个是作业的输入业的输入 作业控制块的建立作业控制块的建立 建立作业的作业控制块就是申请分得和填写一张空白的建立作业的作业控制块就是申请分得和填写一张空白的JCBJCB表的过程表的过程142.4 作业管理作业的输入作业的输入 常用的作业的输入方式有三种：常用的作业的输入方式有三种：脱机输入方式脱机输入方式 SPOO

13、LINGSPOOLING系统的输入方式系统的输入方式 直接耦合方式直接耦合方式2-4-3 2-4-3 批处理作业的调度批处理作业的调度 作业调度：操作系统根据允许并行工作的道数和一定的算法作业调度：操作系统根据允许并行工作的道数和一定的算法从等待的作业（后备作业）中选取若干作业装入主存储器，使它们可以从等待的作业（后备作业）中选取若干作业装入主存储器，使它们可以去获得处理器运行去获得处理器运行 作业调度程序：完成作业调度工作的程序作业调度程序：完成作业调度工作的程序152.4 作业管理作业调度的基本概念作业调度的基本概念 选取调度算法应考虑的主要因素选取调度算法应考虑的主要因素 公平性、均衡使

14、用资源、吞吐率、平衡系统和用户要求公平性、均衡使用资源、吞吐率、平衡系统和用户要求 作业调度性能衡量的指标作业调度性能衡量的指标 -CPU-CPU利用率利用率 -吞吐量吞吐量 -周周转转时时间间:假假定定作作业业i i进进入入“输输入入井井”的的时时间间为为S Si i，若若它它被被选选中中执行，得到计算结果的时间为执行，得到计算结果的时间为E Ei i，它的周转时间定义为，它的周转时间定义为 T Ti i=E Ei i-S-Si i -平平均均周周转转时时间间。所所有有作作业业的的周周转转时时间间的的平平均均值值。假假定定作作业业i i的的周转时间定义为周转时间定义为T Ti i，平均周转时

15、间定义为，平均周转时间定义为162.4 作业管理 -带权周转时间。作业的带权周转时间为作业的周转时间与作业带权周转时间。作业的带权周转时间为作业的周转时间与作业的运行时间之比。的运行时间之比。作业调度算法作业调度算法 先来先服务算法先来先服务算法 算法：按照作业进入系统的先后次序来挑选作业，先进入系统算法：按照作业进入系统的先后次序来挑选作业，先进入系统的作业优先被挑选的作业优先被挑选 优点：算法容易实现优点：算法容易实现 缺点：效率不高、不利于短作业缺点：效率不高、不利于短作业172.4 作业管理最短作业优先算法最短作业优先算法 算法：总是选取计算时间最短的作业投入运行算法：总是选取计算时间

16、最短的作业投入运行 优点：算法容易实现，缩短了平均周转时间，提高了系统的吞吐能力优点：算法容易实现，缩短了平均周转时间，提高了系统的吞吐能力 缺点：忽视了作业等待时间，计算时间靠用户估计缺点：忽视了作业等待时间，计算时间靠用户估计响应比最高者优先算法响应比最高者优先算法 算算法法：响响应应比比=（等等待待时时间间+计计算算时时间间）/计计算算时时间间，作作业业调调度度时时总总是是选取响应比高的作业投入运行选取响应比高的作业投入运行 优优点点：既既照照顾顾了了短短作作业业，考考虑虑了了系系统统的的吞吞吐吐量量，又又考考虑虑了了不不使使长长作作业业长时间等待长时间等待 缺点：响应比所用计算时间仍是

17、用户的估计时间缺点：响应比所用计算时间仍是用户的估计时间182.4 作业管理优先数调度算法优先数调度算法 算法：每次总是选择优先数高的作业算法：每次总是选择优先数高的作业 优优先先数数的的确确定定：一一种种是是用用户户自自己己提提出出；一一种种是是由由系系统统综综合合考考虑虑有关因素来确定有关因素来确定 分类调度算法分类调度算法 算算法法：根根据据系系统统运运行行情情况况和和作作业业属属性性将将作作业业分分类类，作作业业调调度度时时轮流从这些不同的作业类中挑选作业轮流从这些不同的作业类中挑选作业 目目标标：力力求求均均衡衡地地利利用用各各种种系系统统资资源源，发发挥挥资资源源的的使使用用效效率

18、率，又力求使用户满意又力求使用户满意192.4 作业管理 作业调度与处理器调度的关系作业调度与处理器调度的关系 进入计算机系统的作业只有经过两级调度后才能占用处理器。第一级进入计算机系统的作业只有经过两级调度后才能占用处理器。第一级是作业调度，使作业进入主存储器；第二级是处理器调度，使作业进程占是作业调度，使作业进入主存储器；第二级是处理器调度，使作业进程占用处理器用处理器 2-4-4 2-4-4 作业的执行作业的执行 一个批处理作业被作业调度选中后，操作系统按用户提交的作业控制一个批处理作业被作业调度选中后，操作系统按用户提交的作业控制说明书控制作业的执行，一个作业往往要分几个作业步执行说明

19、书控制作业的执行，一个作业往往要分几个作业步执行20212.4 作业管理2-4-5 2-4-5 作业的终止与撤销作业的终止与撤销 作业的终止作业的终止 正常终止、非正常终止正常终止、非正常终止 撤销作业的过程撤销作业的过程 报告用户作业是正常终止还是非正常终止报告用户作业是正常终止还是非正常终止 回收发给该进程的资源，包括外设、内存空间，进程运回收发给该进程的资源，包括外设、内存空间，进程运行时打开的文件等行时打开的文件等 释放该作业释放该作业JCB JCB 将此作业注销将此作业注销222.4 作业管理2-4-6 2-4-6 作业的状态作业的状态 提交状态提交状态 作业还未进入算机系统内之前，

20、用户正在向系统提作业还未进入算机系统内之前，用户正在向系统提交作业时所处的状态交作业时所处的状态 后备状态后备状态 作业的提交完成后，作业便处于后备状态作业的提交完成后，作业便处于后备状态 运行状态运行状态 作业被选中，分配资源，调入内存，创建进程作业被选中，分配资源，调入内存，创建进程 完成状态完成状态 当作业运行结束或异常终止时，作业进入完成状态当作业运行结束或异常终止时，作业进入完成状态 23小结 本章主要讲述了操作系统与用户之间的接口、系统调用、作业的基本概念以及批处理作业的管理等内容。1.操作系统与用户之间的接口可以分为命令接口、程序接口和图形接口。命令接口分为交互式命令接口和脱机命

21、令接口。交互式命令同操作系统的通信是通过一个I/O装置来实现的。程序接口通常由各种各样的系统调用所组成。操作系统编制了许多不同功能的子程序，这些子程序通常包含特权指令，用户程序可以调用这些子程序从而得到特权指令提供的功能，并且没有使用特权指令。由操作系统提供的这些子程序称为“系统功能调用”程序。系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。系统调用在本质上是应用程序请求操作系统核心完成某一特定功能的一种过程调用，是一种特殊的过程调用。2.作业是用户在一次计算过程中或者一次事物处理过程中要求计算机系统所做的工作的集合。用户使用操作系统提供的“作业控制语言”对作业执行的意图写好一份“作业控制说明书”

22、，连同该作业的源程序和初始数据一同提交给计算机系统，操作系统按照用户说明的控制意图来控制作业的执行，作业执行过程中，用户不进行干预，一切由操作系统按作业控制说明书的要求自动地控制作业的执行。在这种控制方式下执行的作业就是批处理作业。一个作业的建立过程包括两个子过程：一个是作业控制块JCB的建立，一个是作业的输入。作业调度算法确定了从后备作业中选取作业投入运行的策略，本章介绍了先来先服务算法、最短作业优先算法、响应比最高者优先算法、优先级调度算法和分类调度算法。一个作业从进入计算机系统到运行结束，处于不同的状态，一般可以将作业的状态分成：提交状态、后备状态、运行状态、完成状态。本章还分析了进程调度和作业调度的关系。