第2章 用户接口与作业管理.ppt

第2章用户接口与作业管理 2020年2月2日星期日 第2张 操作系统被看成是用户与计算机裸机之间的接口 接口有时又称为界面 意指用户是通过 界面 看待操作系统的 通过 接口 来使用操作系统的 用户通过操作系统的帮助 可以快速地 有效地和安全可靠地使用计算机系统中的各类资源 那么 用户是通过什么手段来使用操作系统呢 即用户与操作系统的接口是什么 通常 用户与两类语言打交道 一是程序设计语言 它是用户编写程序的手段和工具 它的强弱通过数据结构和语句类型来表征 二是操作命令语言 它是用户与系统进行通信的手段和工具 用户通过操作命令语言让系统运行他的作业 操作系统功能的强弱通过命令语言和命令种类来表征 2020年2月2日星期日 第3张 目录 2 1作业的基本概念2 2批处理作业的管理2 3交互式作业的管理2 4用户和操作系统之间的接口 2020年2月2日星期日 第4张 2 1作业的基本概念 2 1 1作业的定义作业 JOB 是操作系统中的一个常见的概念 我们把用户要求计算机系统处理的一个计算问题称为一个 作业 它由一个完整的用户程序 数据和作业说明书三部分组成 程序是问题求解的算法描述 数据是程序加工的对象 作业说明书是告诉操作系统本作业的程序和数据按照什么样的数据要求使之执行 用户要求处理问题时 应首先用某种程序设计语言对要处理的问题编制源程序 再准备好初始数据 然后把编制好的源程序和准备好的数据输入到计算机系统中 在操作系统的控制下 经过编译 装配 运行等加工步骤 就能得到处理结果 2020年2月2日星期日 第5张 2 1 1作业的定义 2020年2月2日星期日 第6张 作业步任何一个作业都要经过若干加工步骤才能得到结果 我们把作业中的每一个相对独立的加工步骤称为一个 作业步 作业流在批处理系统中 把若干个作业按某种次序合成一批而形成作业流 作业这一概念一般用于早期批处理系统和现在的大型机 巨型机系统中 对于广为流行的微机和工作站系统 人们一般不太使用作业的概念 2020年2月2日星期日 第7张 2 1 2作业的控制方式 作业的类别根据系统对作业管理方式的不同 用户作业可以分成两类 批量型和终端型 根据对作业的控制方式又可把作业分为脱机作业和联机作业两类 脱机作业是利用作业说明书实现作业的自动控制 而联机作业是利用控制台键盘操作命令直接控制作业的运行 2020年2月2日星期日 第8张 作业的控制方式 用户编好源程序后 还需要考虑以下几个问题 作业如何输入到系统中去 如何进行汇编或编译以及如何进行链接并装入内存 运行过程中出现故障如何处理 运行结束后应如何处理等 2020年2月2日星期日 第9张 作业的控制方式 为此 操作系统必须对作业运行的全过程加以控制 下面简要介绍作业的控制方法 1 批处理方式 2 交互方式 2020年2月2日星期日 第10张 2 2批处理作业的管理 2 2 1批处理作业的组织2 2 2批处理作业的输入输出2 2 3批处理作业的调度2 2 4批处理作业的控制 2020年2月2日星期日 第11张 2 2 1批处理作业的组织 一个提交给系统的批量型作业 原则上可以有两大部分 一部分是作业申请 它包括作业情况 用户名 作业名 使用的编程语言 作业的控制方式 作业的完成时间等信息 另一部分是作业体 即用户向系统提交的一个作业实体 由下述四部分组成 1 用系统给定的作业控制命令书写的作业说明书 2 用系统提供的某种程序设计语言书写的源程序或经编译后的目标程序或已经装配好的目标程序 3 程序处理的数据信息 4 修改信息 若无修改 则无此部分 上述每一部分组成一个输入文件 每个输入文件的首部设置一个标题 向系统提供有关文件的一些信息 如 用户名 文件名 类型 所需内存 记录长度以及校验标志等 2020年2月2日星期日 第12张 2 2 2批处理作业的输入输出 1 作业的状态和处理流程2 批处理作业的输入输出 2020年2月2日星期日 第13张 1 作业的状态和处理流程 一个作业进入系统到运行结束要经历收容 执行 完成三个阶段 相应的作业处于后备 执行 完成三种不同的状态 后备状态 作业通过脱机输入输出或调用SPOOLing系统输入进程 将作业输入到直接存取的后援存储器上 为作业注册并为其建立作业控制块 把它加入到后备作业队列中 等待作业调度程序调度 我们称此时作业处于后备状态 执行状态 一个作业被作业调度程序选中 并分配了必要的资源 建立了相应的进程后就进入了执行状态 完成状态 当作业正常运行结束或因发生错误而终止时作业就进入了完成状态 2020年2月2日星期日 第14张 1 作业的状态和处理流程 2020年2月2日星期日 第15张 2 批处理作业的输入输出 在早期的批处理系统中 由于外设与主机的速度相差悬殊 为了提高主机的工作效率 采用预输入方式 下图给出了早期批处理系统的输入输出处理过程 2020年2月2日星期日 第16张 2 批处理作业的输入输出 早期批处理系统的输入输出过程示意图 2020年2月2日星期日 第17张 为了克服脱机输入输出方式的缺点 在通道技术和多道程序设计技术发展的基础上 出现了SPOOLing系统 SimultaneousPeripheralOperationsQnLine 意为外围设备同时联机操作 有时也称为 假脱机系统 在这种系统中 作业的输入输出由主机和通道承担 多台外围设备通过通道或DMA器件与主机或外存连接起来 SPOOLing系统以硬件通道为基础 与操作系统有关功能相结合 实现信息的输入输出 从硬件来讲有一组功能很强的通道 从软件来讲有两个程序模块 分别是输入程序模块和输出程序模块 2020年2月2日星期日 第18张 输入程序模块的功能是在输入时用于录入作业 使慢速设备上的作业流收录到输入井上 供处理机调入主存处理 输出程序模块的功能是从输出井中输出作业及计算结果等有关信息 下图是SPOOLing系统的示意图 2020年2月2日星期日 第19张 SPOOLing系统示意图 2020年2月2日星期日 第20张 由此可见 使用通道并行技术 把一个可共享的磁盘装置 改造成若干台输入设备或若干台输出设备 使主机和通道并行工作 有关通道和DMA将在第5章设备管理中介绍 该系统的特点是 输入 输出设备与主机并行工作 作业的调度灵活 一个小的作业一旦进入了输入井 便会很快被调度程序选中而运行 2020年2月2日星期日 第21张 2 2 3批处理作业的调度 1 作业调度作业调度是指从后备作业队列中选取某个作业投入主存参与多到运行 1 作业调度的主要功能作业调度程序的功能是审查系统是否能满足用户作业的资源要求以及按照一定的算法选取作业 2020年2月2日星期日 第22张 设计作业调度算法时应考虑的原则 每天尽可能运行更多的作业 则应该优先考虑短作业 使处理机保持繁忙 应该优先考虑计算量大的作业 即计算型作业 使I O设备保持繁忙 应该优先考虑I O繁忙的作业 即I O型作业 对所有的作业都是公平合理的 这就要求对每个作业公平对待 不无故地或无限期地拖延一个作业的执行 2020年2月2日星期日 第23张 选择调度算法时应该考虑的因素如下 所选择的调度算法与系统的整体设计目标一致 如 批处理系统应该考虑如何增加系统的吞吐能力 分时系统应该考虑的是响应时间 在实时系统中则要求及时处理 注意系统资源的均衡使用 使I O繁忙的作业与CPU繁忙的作业搭配调度 作业应该在规定的时间内完成 缩短作业的周转时间以提高衡量调度性能的指标 2020年2月2日星期日 第24张 调度性能的衡量一个以批处理为主的系统 为吸引更多的用户使用系统 应力求缩短这批用户作业的周转时间 因此衡量调度性能的优劣用作业的平均周转时间和平均带权周转时间这两个性能指标 作业的平均周转时间T用下面的公式计算 T Ti n其中 1 i n n 为作业流中的作业数 Ti 为作业i周转时间 Ti Tci Tsi Tci 为作业i完成时间 Tsi 为作业i提交时间作业的带权周转时间W用下面的公式计算 W Wi n其中 1 i n Wi Ti Tri Ti 为作业的周转时间 Tri 为作业的运行时间 2020年2月2日星期日 第25张 单道批处理系统的作业调度算法 1 先来先服务 FCFS 调度算法 2 最短作业优先 SJN 调度算法 3 响应比高者优先 HRN 调度算法 4 优先数调度算法 5 均衡调度算法 2020年2月2日星期日 第26张 2 2 4批处理作业的控制 一个批处理控制方式的作业被作业调度程序选中后 操作系统按照用户组织作业时所规定的控制要求去控制作业的执行 一个作业往往要分几个作业步执行 一般来说 总是按作业步的顺序控制作业的执行 即一个作业步执行结束后 就顺序取下一个作业步继续执行 直到最后一个作业步完成 整个作业就执行结束 1 作业控制卡方式2 作业说明书方式 2020年2月2日星期日 第27张 1 作业控制卡方式 作业控制卡方式是一种早期的脱机作业控制方式 在这种方式下 用户将程序 数据以及操作控制意图穿孔在若干张卡片上 为了与源程序的语句卡和数据卡相区别 往往在作业控制卡的第一列上标有区分符 其余部分标有表示控制的信息 然后将作业控制卡插入程序卡的适当位置 作业控制卡方式的主要缺点是使用不够灵活 控制卡片分散 修改麻烦 使用起来很不方便 执行时只能顺序执行 不能跳越或重复执行 目前已经基本被淘汰 2020年2月2日星期日 第28张 2 作业说明书方式 作业说明书方式在使用上比控制卡方式灵活 功能也更强 这种方式在使用时首先用系统提供的作业控制语言编写作业说明书 作业说明书中描述了用户对作业的控制意图 然后将作业说明书和程序以及数据等一同提交给系统 系统将按作业说明书所述的意图处理作业 直至结束 2020年2月2日星期日 第29张 2 作业说明书方式 批处理作业的执行流程 2020年2月2日星期日 第30张 2 3交互式作业的管理 采用交互方式控制的作业也叫联机作业 联机作业采用人 机会话方式控制作业运行 1 操作控制命令2 菜单技术3 窗口技术4 操作命令的执行过程 2020年2月2日星期日 第31张 1 操作控制命令 一个系统所提供的操作控制命令的集合被称为这个系统的命令语言 单用户的微机系统和多用户的分时系统都为用户提供一套命令语言 尽管各系统的命令语言的格式和功能上有差别 但基本上可以分成如下几种类型 1 系统访问命令 2 文件管理命令 3 编译命令 4 询问命令 5 操作员专用命令 6 操作方式转换命令 2020年2月2日星期日 第32张 2 菜单技术 当一个程序有若干功能项可供用户选择时 由该程序先显示出自己具有的各功能的名称及其含意 然后用户根据需要选择希望执行的操作和完成的功能 该程序就可以按照用户的要求调出相应的功能模块进行处理 这种方法就像饭馆让顾客点菜一样提供一个菜单 故称为 菜单技术 系统提供了菜单技术后 就不需要用户事先记住程序提供的功能及其使用方法了 而可以根据屏幕上显示的菜单进行选择 因此 菜单技术为用户提供了一种 友好的使用界面 2020年2月2日星期日 第33张 3 窗口技术 窗口是计算机显示屏上的一个矩形区域 允许把用户的工作在其上显示 也允许用户在矩形区域中操作应用程序和文件 我们把这样的矩形区域称为 窗口 一个屏幕上可以设置多个窗口 当多个程序同时执行时 每个应用程序可在自己的窗口中执行 但是 每次只允许用户对其中的一个窗口进行直接操作 目前大多数系统允许使用鼠标或键盘来对窗口进行操作 窗口技术面向用户提供了更友好的 图形用户界面 窗口已成为实现人机对话的重要技术 尽管窗口的风格各异 但它们都为用户提供了方便 丰富的直接操作界面 例如 被大家所喜爱且应用最广的微机操作系统Windows就采用了窗口界面 其中的每一个窗口都有控制菜单 标题栏 菜单框和滚动条等成分 用户使用起来特别方便 2020年2月2日星期日 第34张 4 操作命令的执行过程 1 键盘命令的执行操作系统一旦启动完毕 它就一直在运行 当无键盘输入时处于等待状态 当从键盘输入一条键盘命令时 系统接收命令后 启动命令解释程序 命令解释程序首先进行语法检查 然后查命令表后转到相应的命令处理程序处理 2020年2月2日星期日 第35张 2 屏幕命令的执行目前 Windows操作系统采用的是事件驱动控制方式来执行屏幕命令 这种控制方式最早是由Apple公司的Macintosh操作系统首先推出的 它把一切外部触发看成是一个事件 通过发送消息把事件告知系统 系统接收消息并根据消息类别作相应处理 每个消息都与一个特定的窗口联系在一起 并且每个窗口都有一个与其相关的 窗口过程 2020年2月2日星期日 第36张 Windows95下多个消息队列的分派 2020年2月2日星期日 第37张 2 4用户和操作系统之间的接口 在计算机系统中配置操作系统的目的之一就是为了方便用户 用户通过和操作系统打交道来使用计算机系统中的软硬件资源 为此 操作系统提供两类接口 一是程序一级的接口 二是作业控制一级的接口 所有的用户都通过这些接口和操作系统联系 程序一级接口作业控制一级的接口 2020年2月2日星期日 第38张 2 4 1程序一级接口 程序接口使操作系统专门为用户程序设置的 它也是用户程序取得操作系统服务的唯一途径 程序接口通常由各种各样的系统调用所组成 不同的系统所提供的系统调用命令也不同 通常都有几十条甚至上百条不等 1 系统调用2 系统调用的执行过程3 系统调用命令简介 2020年2月2日星期日 第39张 1 系统调用 程序一级接口是由一组系统调用命令 也称广义指令 组成 用户可以在程序中使用系统调用命令向系统提出各种外设请求 申请和释放内存资源以及其他各种控制请求 例如 使用汇编语言编写程序的用户 在程序中直接调用系统调用命令向系统提出各种服务请求 使用高级语言的用户 则可以在程序中使用过程调用语句 这些调用语句在源程序被编译时翻译成有关的系统调用命令 在目标程序执行时再执行这些系统调用命令调用系统提供的功能 在这里我们把系统调用定义为 用户在程序中调用操作系统提供的子功能 各种操作系统提供的系统调用命令不同 从功能上可以划分为三类 分别是 1 一般设备输入输出的系统调用 2 磁盘的输入输出及磁盘文件管理的系统调用 3 其他系统调用 系统设置系统调用的目的是 扩充机器指令 增强系统功能 方便用户使用 系统调用命令与机器提供的基本指令系统中指令的主要区别是 机器指令是由硬件线路来执行的 而系统调用命令是通过执行操作系统提供的一个或多个子程序模块 软件 实现的 从用户的角度来看 有了系统调用命令以后 犹如扩充了机器的指令系统 增强了处理机的功能 方便了用户使用系统 所以 称操作系统为虚拟机 2020年2月2日星期日 第40张 2 系统调用的执行过程 当在用户程序中执行到一条系统调用命令时 系统首先将系统调用命令所需参数或参数区首地址装入指定的通用寄存器 然后转入系统调用命令处理程序 系统调用命令处理程序的执行过程是 1 保护用户程序现场 将系统调用命令的编号等参数放入约定的单元 2 根据编号访问系统调用入口表 找到相应的系统调用子程序的入口地址 然后转去执行 并将返回参数放在约定的存储单元中 3 恢复现场 2020年2月2日星期日 第41张 3 系统调用命令简介 大多数系统都提供以下几类系统调用命令 1 有关进程控制的系统调用 2 有关磁盘管理和磁盘输入输出的系统调用 3 有关磁盘文件管理的系统调用 4 其他系统调用 一个操作系统提供的系统调用命令越多 系统功