计算机操作系统 许曰滨版 第二章.ppt

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1、 用户使用计算机解题时，需要把所用户使用计算机解题时，需要把所做的工作编制成作业交给系统，系统运行该作做的工作编制成作业交给系统，系统运行该作业，将计算结果输出来交给用户，运行完成后业，将计算结果输出来交给用户，运行完成后将作业撤消。在这一过程中，系统要核准用户将作业撤消。在这一过程中，系统要核准用户的合法性，登记用户程序占用的机时和资源使的合法性，登记用户程序占用的机时和资源使用情况，计算费用。这一系列工作都由作业管用情况，计算费用。这一系列工作都由作业管理模块完成。理模块完成。作业管理模块是对作业实施管理的作业管理模块是对作业实施管理的软件，是操作系统面向用户的部分。主要内容软件，是操作系

2、统面向用户的部分。主要内容包括：用户管理、作业控制与调度管理。其中，包括：用户管理、作业控制与调度管理。其中，作业控制又包括用户接口管理，作业登录和撤作业控制又包括用户接口管理，作业登录和撤离，以及代码装入和卸出等。离，以及代码装入和卸出等。第第2 2章章 作业管理作业管理 2.1 概述概述 图2-1是由多个作业步构成的典型的作业结构。2.1.1.作业分类1.1.批处理型作业批处理型作业 这是巨型机和大型服务器上主要处理的一这是巨型机和大型服务器上主要处理的一类作业。这些作业的运行时间一般都比较长。用户将自类作业。这些作业的运行时间一般都比较长。用户将自己的作业通过与主机相连的前端机己的作业通

3、过与主机相连的前端机工作站或工作站或PCPC机机提交给系统，系统将所有作业组织成一个作业流，然后提交给系统，系统将所有作业组织成一个作业流，然后对它们逐一进行控制和调度。对它们逐一进行控制和调度。2.2.交互型作业交互型作业 如果一个作业是通过交互方式启动的，该如果一个作业是通过交互方式启动的，该作业称为交互型作业。各用户可以独占一台终端机，对作业称为交互型作业。各用户可以独占一台终端机，对自己的作业实施交互控制。交互性作业特别适合于对程自己的作业实施交互控制。交互性作业特别适合于对程序的动态调试：边改动程序，边观看运行结果。序的动态调试：边改动程序，边观看运行结果。3.3.实时型作业实时型作

4、业下面是两种作业响应时间与效益之间的关系图下面是两种作业响应时间与效益之间的关系图 2.1.2 作业管理功能1.作业收容 作业收容是作业管理的前期阶段，由专门的录入控制软件来实现。将作业送到外存的“作业输入井”中。2.作业控制 将作业进入系统的输入井以后,由作业登录程序把作业的有关信息登到一张称作“作业控制块”的表格上，然后等待调度运行。3.作业调度 按照某种算法从输入井中选出一部分后备作业，加载到内存中，将它们的全部信息整理好后交给“进程管理”模块，使它们投入运行。4.作业撤消 后处理的主要工作是把作业占有的系统资源收回来。这一工作通常由作业管理系统调用一个具有“作业卸出”功能的程序来完成。

5、该程序按用户的指定，将文件从系统中消除或者转存于某个位置上，将作业的运行结果输出。5.用户管理与接口管理 计算机的应用是多方面的，用户对计算机的要求也是多样化的。从系统管理的方便性考虑，操作系统设有用户管理模块，为各用户设置独立的运行环境，将各用户的作业分开存放，独立管理。在系统接口管理方面，当用户通过联机方式使用计算机进行运算时，由作业管理模块中的“键盘命令解释程序”对键盘命令进行解释和执行。当用户通过脱机方式使用时，用户将作业控制命令附加到作业代码上，由作业管理模块中的“作业控制语言解释程序”对其给予解释执行。另外，操作系统还提供一种程序级接口，允许用户在自己的应用程序中调用系统中提供的一

6、些功能模块。操作系统中设有用户（或帐号）操作系统中设有用户（或帐号）管理部分，最初是为了便于费用结算。但呈管理部分，最初是为了便于费用结算。但呈现出来的优越性是，作业管理的方便性提高现出来的优越性是，作业管理的方便性提高和系统的安全性增加。和系统的安全性增加。用户管理涉及创建新用户、删除用户管理涉及创建新用户、删除老用户、验证用户身份、配置各个用户的运老用户、验证用户身份、配置各个用户的运行环境等。另外，要将所有用户划分为多个行环境等。另外，要将所有用户划分为多个组，对用户组进行管理。比如，为每个组授组，对用户组进行管理。比如，为每个组授予一定的操作权限，对组外用户进行某些限予一定的操作权限，

7、对组外用户进行某些限制等。制等。1.1.添加用户添加用户 操作系统启动起来以后，一般会操作系统启动起来以后，一般会自动创建一个具有特权操作的用户，通常称为自动创建一个具有特权操作的用户，通常称为管理员（管理员（AdministratorAdministrator）或超级用户。操作）或超级用户。操作系统通过与管理员的交互会话，获知管理员的系统通过与管理员的交互会话，获知管理员的意图，从而进行相应的处理。意图，从而进行相应的处理。用户管理-添加和删除用户 2.2.删除用户删除用户 当用户不再使用系统时，超级用户当用户不再使用系统时，超级用户可使用删除命令将用户从系统中删除。删除的可使用删除命令将用

8、户从系统中删除。删除的内容除了用户基本信息外，还包括用户的工作内容除了用户基本信息外，还包括用户的工作目录。通常，删除用户的力度分以下目录。通常，删除用户的力度分以下3 3级：级：用户注册封锁用户注册封锁保留用户信息和用户工作目录，仅仅阻止保留用户信息和用户工作目录，仅仅阻止用户注册。用户注册。删除用户信息删除用户信息删除用户信息，但保留用户工作目录。删除用户信息，但保留用户工作目录。删除用户删除用户将用户信息和用户工作目录全部删除，让该用将用户信息和用户工作目录全部删除，让该用户及其全部信息从系统中彻底消失。户及其全部信息从系统中彻底消失。1.1.用户组管理用户组管理 系统中注册的用户可按其

9、性质划分为多个用户系统中注册的用户可按其性质划分为多个用户组，相同性质的用户分为一组。系统管理员可以为每个组，相同性质的用户分为一组。系统管理员可以为每个用户指定一个用户组或多个用户组。设置用户分组的目用户指定一个用户组或多个用户组。设置用户分组的目的是便于对用户实施管理。比如，系统为外存上的文件的是便于对用户实施管理。比如，系统为外存上的文件赋予赋予“组所有权组所有权”和和“组访问权组访问权”后，组内用户和组外后，组内用户和组外用户可享受不同的访问权限。用户可享受不同的访问权限。用户组管理及用户登录管理2.2.用户登录管理用户登录管理 用户注册以后就成为系统的合法用用户注册以后就成为系统的合

10、法用户。若用户要进入系统使用计算机，需要进行登户。若用户要进入系统使用计算机，需要进行登录。登录的目的是核实用户的身份：注册名、口录。登录的目的是核实用户的身份：注册名、口令及其它信息。令及其它信息。用户可以根据屏幕提示，回答系统的用户可以根据屏幕提示，回答系统的提问。比如用户提问。比如用户zhangzhang，使用的口令是，使用的口令是123456123456，作出的回答可以是命令行中的下划线部分：作出的回答可以是命令行中的下划线部分：操作系统中有专门响应用户控制要求的接口，负责系统与用户之间的双向信息传送。常见的接口有3种：脱机命令接口脱机命令接口适用于批处理系统的作业控制语适用于批处理系

11、统的作业控制语言接口。言接口。联机命令接口联机命令接口适用于分时或实时系统的接口。适用于分时或实时系统的接口。程序级接口程序级接口适用于应用程序中的功能调用接口适用于应用程序中的功能调用接口。2.2 操作系统接口操作系统接口 作业控制语言，是由一组作作业控制语言，是由一组作业控制命令组成的集合，专门用于批处理系统。业控制命令组成的集合，专门用于批处理系统。其中，每一条作业控制命令给出作业的一条说其中，每一条作业控制命令给出作业的一条说明。明。下面是一个作业说明书中的片段：下面是一个作业说明书中的片段：cc mainprogram.ccc mainprogram.ccc subprogram.c

12、cc subprogram.clink mainprogram.obj subprogram.objlink mainprogram.obj subprogram.objmainprogram.exemainprogram.exe 其中，有其中，有4 4条作业控制命令定义了条作业控制命令定义了4 4个作业步个作业步。2.2.1 脱机命令接口下图是下图是IBM System 360IBM System 360系统的设计的一种模拟作业卡。系统的设计的一种模拟作业卡。2.2.2 2.2.2 联机命令接口联机命令接口 这这是是一一种种适适合合终终端端用用户户使使用用的的操操作作命命令令接接口口，主主要

13、要实实现现人人-机机交交互互。用用户户通通过过终终端端命命令令来来控控制制作作业业的的运运行行。该该接接口口需需要要涉涉及及两两个个程程序序：“终终端端处处理程序理程序”和和“命令解释程序命令解释程序”。下下面面示示意意性性的的给给出出一一个个简简单单的的命命令令处处理理程程序序工作流程，见下图所示。工作流程，见下图所示。2.2.3 程序级接口 用户在编制程序的时候，经常要用到外部设备。而外部设备的使用往往是非常繁琐的。比如，在进行读写之前，需要使用启动命令和设备状态检查命令，确认设备是否工作正常。在进行读写访问时，为了找准位置需要对存储介质进行前进、回退、反绕等操作。另外，还要有一些操作来检

14、查数据通路的工作状态。当用户的应用程序需要使用某台设备时，只要在其程序的有关位置上写入“调用系统功能”的有关命令就可以了。这种命令称作“系统调用命令”。通常，计算站每日收到若干用户作业。这通常，计算站每日收到若干用户作业。这些作业被提交给计算机系统后，计算机不可能一下子些作业被提交给计算机系统后，计算机不可能一下子全部运行完，必然有的先运行，有的后运行。为了准全部运行完，必然有的先运行，有的后运行。为了准确有效地管理和控制这些作业，作业管理模块为每个确有效地管理和控制这些作业，作业管理模块为每个作业设置一个状态，以标注它们向前推进的情况。作业设置一个状态，以标注它们向前推进的情况。当用户的一个

15、作业提交到系统后，直到运当用户的一个作业提交到系统后，直到运行完成后卸出，一般需要经历行完成后卸出，一般需要经历3 3个阶段：在外存上等候个阶段：在外存上等候调度的阶段、进入内存运行阶段、运行结束阶段。调度的阶段、进入内存运行阶段、运行结束阶段。我们把这我们把这3 3个阶段分别用个阶段分别用3 3种状态来表示：种状态来表示：“后备状态后备状态”、“执行状态执行状态”和和“完成状态完成状态”。图。图2-72-7是描述作业状态的转换图。是描述作业状态的转换图。2.4 作业控制作业控制作业状态转换图作业状态转换图2.3.1 控制方式 作业从提交到进入后备状态，通常有3种不同的输入形式：联机输入、脱机

16、输入和假脱机输入。1.联机输入 这是一种早期的作业输入方式，让计算机直接通过执行作业录入程序，将作业从输入设备（比如，卡片读入机）输入系统中。2.脱机输入 这是一种将输入操作与主机运行相脱离的方式。下图是IBM 7094上的脱机输入输出系统。其中的外围机是功能单一的IBM 1401机。2.4.2 作业控制块-执行状态和完成状态 程序装入内存以后，便进入执行状态。在单道程序装入内存以后，便进入执行状态。在单道程序运行环境下，作业进入执行状态就意味着立即在程序运行环境下，作业进入执行状态就意味着立即在CPUCPU上运行。系统中的一切资源，不论硬件设备或者软件设备，上运行。系统中的一切资源，不论硬件

17、设备或者软件设备，可统统被用户的程序使用，直到程序运行完为止。可统统被用户的程序使用，直到程序运行完为止。作业离开系统之前的最后一个状态是完成状态，作作业离开系统之前的最后一个状态是完成状态，作业处在完成状态，已不再占有内存空间和系统各种设备，业处在完成状态，已不再占有内存空间和系统各种设备，只是等待系统的后处理只是等待系统的后处理回收作业占有的资源、计算结回收作业占有的资源、计算结果打印、相关费用计算、作业（从系统中）卸出等。果打印、相关费用计算、作业（从系统中）卸出等。2.4.3 作业控制块 为了掌握作业的有关情况，管理程序需要对作业进行必要的登记。通常，作业管理模块使用的数据结构是作业控

18、制块JCB（Job Control Block），它是管理作业的主要依据。JCB的内容包括：作业号 作业类别用户名及用户帐号 作业状态提交到系统的时间 优先级别（或者响应比）作业所在的外存位置 资源需求作业存储长度 设备需求其他信息（收费标准,JCB队列指针等）下图是作业控制块链接成的队列形式下图是作业控制块链接成的队列形式.由于用户对计算机的操作是通过操作系统进行的，由于用户对计算机的操作是通过操作系统进行的，所以操作系统必须对用户作业的全过程实施控制，其中包所以操作系统必须对用户作业的全过程实施控制，其中包括，怎样将作业输入到计算机中去、作业的各个作业步如括，怎样将作业输入到计算机中去、作

19、业的各个作业步如何组织、怎样控制作业的执行、运行出现故障后如何进行何组织、怎样控制作业的执行、运行出现故障后如何进行处理以及作业运行结束后哪些内容输出等。处理以及作业运行结束后哪些内容输出等。作业控制功能是由专门的程序模块实现的。但作业控制功能是由专门的程序模块实现的。但是，由于不同操作系统的作业控制功能差异很大，因此，是，由于不同操作系统的作业控制功能差异很大，因此，实现方式也很不一致。从形式上看，作业控制可分为两种：实现方式也很不一致。从形式上看，作业控制可分为两种：脱机作业控制方式和联机作业控制方式。脱机作业控制方式和联机作业控制方式。2.3.4 I/O控制-作业控制方式 在一个采用脱机

20、控制方式的系统上，在一个采用脱机控制方式的系统上，用户必须把自己对作业的控制意图设计为计用户必须把自己对作业的控制意图设计为计 算机算机能够识别的信息，将这些信息连同源程序和数据一起能够识别的信息，将这些信息连同源程序和数据一起输入到计算机系统中，操作系统就可按用户提出的控输入到计算机系统中，操作系统就可按用户提出的控制意图来控制作业的执行。制意图来控制作业的执行。这种管理方式，一般适用于批处理系这种管理方式，一般适用于批处理系统中，作业的运行完全脱离用户的干预。所有作业的统中，作业的运行完全脱离用户的干预。所有作业的控制信息都由用户按照系统提供的作业控制语言来编控制信息都由用户按照系统提供的

21、作业控制语言来编制。制。系统中的作业控制语言，一般都有非系统中的作业控制语言，一般都有非常严格的命令格式，用户的任何作业控制命令都必须常严格的命令格式，用户的任何作业控制命令都必须符合其规定。但是，由于国际上没有制定出统一的标符合其规定。但是，由于国际上没有制定出统一的标准，因而不同系统的作业控制语言差异很大。用户在准，因而不同系统的作业控制语言差异很大。用户在某台计算机上运行的作业，因作业控制命令不同，往某台计算机上运行的作业，因作业控制命令不同，往往也不能直接拿到另一台计算机上运行。往也不能直接拿到另一台计算机上运行。1.1.脱机作业控制方式脱机作业控制方式 在一个联机控制方式的系统上运行

22、作业，一切在一个联机控制方式的系统上运行作业，一切步骤都由用户自己来控制。用户可以在计算机的一台步骤都由用户自己来控制。用户可以在计算机的一台终端机上，使用操作系统提供的操作命令来控制作业终端机上，使用操作系统提供的操作命令来控制作业执行。计算机与用户进行信息交流，经常是一方提问，执行。计算机与用户进行信息交流，经常是一方提问，另一方回答。这种交流方式称为另一方回答。这种交流方式称为“交互交互”式，颇像两式，颇像两人在进行对话，因而也称为人在进行对话，因而也称为“会话会话”方式。方式。联机作业控制，是大多数分时系统和实时联机作业控制，是大多数分时系统和实时系统采用的一种作业控制方式，整个控制过

23、程由用户系统采用的一种作业控制方式，整个控制过程由用户与计算机通过交互会话方式实现。与计算机通过交互会话方式实现。2.2.联机作业控制方式联机作业控制方式 这种方式又称作这种方式又称作“在线外设并行访问在线外设并行访问”，简，简记为记为SpoolingSpooling。在这种方式中，不再单独设置专用的输入。在这种方式中，不再单独设置专用的输入输出计算机，而是将输入输出功能从操作系统内核中分离输出计算机，而是将输入输出功能从操作系统内核中分离出来，单独形成出来，单独形成I/OI/O进程，来完成用户的输入输出工作。进程，来完成用户的输入输出工作。3.3.假脱机输入假脱机输入 作业调度，又称为作业调

24、度，又称为“高级调度高级调度”，是适用于批处，是适用于批处理系统的一种调度方式。其主要功能是，从后备作业中按理系统的一种调度方式。其主要功能是，从后备作业中按照某种算法选择作业装入内存，使它们转入执行状态。在照某种算法选择作业装入内存，使它们转入执行状态。在单道批处理系统中，作业调度主要解决的是作业步与作业单道批处理系统中，作业调度主要解决的是作业步与作业步之间、作业与作业之间的自动转接问题，即，免去作业步之间、作业与作业之间的自动转接问题，即，免去作业控制中的人工操作问题。控制中的人工操作问题。2.4 作业调度作业调度 常见常见的作业调度中的的作业调度中的4 4种常用算法：种常用算法：先来先

25、服务（先来先服务（FCFSFCFS）算法、）算法、最短作业优先（最短作业优先（SJFSJF）算法、）算法、最高优先级（最高优先级（HPFHPF）算法）算法最高响应比优先（最高响应比优先（HRFHRF）算法。）算法。应当指出，系统中的资源不是无限应当指出，系统中的资源不是无限的，因而不能无限制地使用。这样一来，作业的，因而不能无限制地使用。这样一来，作业调度实际上就变成了多种算法相结合的调度了。调度实际上就变成了多种算法相结合的调度了。2.4.2调度算法1 1FCFSFCFS算法算法 这是一种对长作业比较有利的算法，FCFS（First Come First Served）指的是，哪一个作业先提

26、交给系统，就先运行哪一个作业。这种算法的优点是比较容易实现，其缺点是不区分作业长短，不顾及轻重缓急。对短小作业十分不利，对时间要求紧迫的作业不能做到“急事急办”。SJFSJF（Shortest Job FirstShortest Job First）是为了让作业的平均周转）是为了让作业的平均周转时间降下来，提高单位时间内的作业吞吐量采用的一种时间降下来，提高单位时间内的作业吞吐量采用的一种算法。系统的作业调度可优先选择短的作业，以充分照算法。系统的作业调度可优先选择短的作业，以充分照顾到短作业用户的利益。该算法每次调用，总是从后备顾到短作业用户的利益。该算法每次调用，总是从后备作业队列中选择一

27、个运行时间长度最短的作业，使它投作业队列中选择一个运行时间长度最短的作业，使它投入运行。入运行。这种算法对短作业的照顾是明显的，只有全这种算法对短作业的照顾是明显的，只有全部运行完短作业之后才能运行长作业。由于系统总是将部运行完短作业之后才能运行长作业。由于系统总是将长作业推迟运行，因此从较小的时间周期上看，系统的长作业推迟运行，因此从较小的时间周期上看，系统的吞吐量有所提高。吞吐量有所提高。2.SJF2.SJF算法算法 HPF HPF（Highest Priority FirstHighest Priority First）算法是基于作业运行）算法是基于作业运行紧迫性的一种调度方案。当一个作

28、业进入系统，用户赋予紧迫性的一种调度方案。当一个作业进入系统，用户赋予一个优先级之后，便作为后备作业开始被系统调度。调度一个优先级之后，便作为后备作业开始被系统调度。调度程序每次总是选择后备作业中优先级最高的作业，使它运程序每次总是选择后备作业中优先级最高的作业，使它运行。行。下图是下图是B5500B5500计算机操作系统中的一种作业队计算机操作系统中的一种作业队列组织方法。列组织方法。3.HPF3.HPF算法算法 HRF HRF（Highest Response FirstHighest Response First）这是一种折衷算法，）这是一种折衷算法，是为了克服上述两种算法的不足之处而提

29、出来的。它既是为了克服上述两种算法的不足之处而提出来的。它既考虑到作业进入系统的先后次序，又顾及到作业的运行考虑到作业进入系统的先后次序，又顾及到作业的运行长度。长度。一个作业的响应比一个作业的响应比R R可作如下定义：可作如下定义：其中，其中，twtw：该作业的等待时间。：该作业的等待时间。ts ts：该作业的服务时间。：该作业的服务时间。4.HRF 4.HRF算法算法 1 1系统吞吐量高系统吞吐量高 这是作业调度追求的第一目标。一个系统这是作业调度追求的第一目标。一个系统的性能如何主要看它的吞吐量高不高。如果没有较高的性能如何主要看它的吞吐量高不高。如果没有较高的吞吐量，其他准则再好也是无

30、济于事的。单位时间的吞吐量，其他准则再好也是无济于事的。单位时间内系统的吞吐量内系统的吞吐量QQ与作业的平均周转时间与作业的平均周转时间T T有如下关系：有如下关系：平均周转时间平均周转时间T T越小，系统吞吐量就越大。越小，系统吞吐量就越大。T T的计算公式为：的计算公式为：其中：其中：n n为单位时间内的作业数量。为单位时间内的作业数量。tfi tfi为作业为作业i i的完成时间。的完成时间。tbi tbi为作业的开始时间。为作业的开始时间。2.4.3 作业调度准则 这一准则主要是针对批处理系统的。为了吸这一准则主要是针对批处理系统的。为了吸引中小用户使用计算机，系统应当制定一个对短小作业

31、的引中小用户使用计算机，系统应当制定一个对短小作业的优惠准则。使得大批短小作业的用户感觉系统对他们友好。优惠准则。使得大批短小作业的用户感觉系统对他们友好。为了描述系统对短小作业的优惠程度，可使用作业的平均为了描述系统对短小作业的优惠程度，可使用作业的平均带权周转时间带权周转时间WW作为评价参数。作为评价参数。WW的计算公式为的计算公式为:其中：其中：tsi tsi为作业为作业i i的服务时间（也就是运行时间）。的服务时间（也就是运行时间）。W W越小，说明系统对短小作业越优惠。越小，说明系统对短小作业越优惠。2.2.对短作业优惠对短作业优惠处理机利用率高 资源均衡利用 优先权有保证 响应时间

32、有保证截止时间有保证 3.3.其它指标其它指标 通过作业平均周转时间通过作业平均周转时间T T和平均带权周转时间和平均带权周转时间WW来分析一下作业调度中的来分析一下作业调度中的4 4种算法的性能。为了便于分析，种算法的性能。为了便于分析，我们设想的是一个单道批处理系统。选用的例子中有我们设想的是一个单道批处理系统。选用的例子中有4 4个作个作业，按照下图所示。业，按照下图所示。其中其中,作业的到达顺序为作业的到达顺序为A,B,C,DA,B,C,D。时间为：。时间为：8,8.5,9,9.58,8.5,9,9.5。运行时间：。运行时间：2,0.5,1,0.22,0.5,1,0.2。2.4.3 例子再见