江苏师范大学操作系统ppt第2章

第1 38页 第2章作业管理与用户接口 2 1作业的概念2 2作业管理的功能2 3操作系统的用户接口2 4Windows2000 XP的用户接口2 5Linux的用户接口2 6DOS系统调用 第2 38页 作业的概念 作业用户交给计算机所做的工作的集合 作业步作业中的一个相对独立的步骤 如编程作业中的编辑 编译 连接 运行等几个作业步 作业组织作业由程序 数据 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 但有些程序未必使用数据 作业说明书是告诉操作系统本作业的程序和数据按什么样的控制要求使之执行 第3 38页 作业控制语言与作业说明书 作业控制语言JCL是对用户作业进行组织和管理的各种控制命令的集合 用于书写作业说明书作业说明书是按规定形式书写的一个特殊文件 包括3方面内容 作业基本信息 作业控制信息 资源要求信息 第4 38页 作业管理的功能 作业控制作业建立作业运行作业撤消作业调度作业调度算法 第5 38页 作业的建立 作业的输入联机输入方式脱机输入方式直接耦合方式SPOOLING输入方式网络输入方式作业控制块JCB的建立描述信息 包括作业名 作业状态 作业的优先级和作业类型等 资源要求 包括要求运行的时间 最迟结束时间 需要的主存空间 外设的种类和数量 使用信息 包括作业进入系统的时间 开始运行时间 已经运行时间和内存地址等 第6 38页 作业状态及其转换 第7 38页 作业调度 作业调度的概念收容状态 执行状态从作业后备队列中选出若干作业装入内存 参与多道运行作业调度的性能指标CPU利用率 CPU的有效工作时间 CPU总的运行时间 吞吐率 完成的作业道数 完成的时间 小时 平均周转时间T和平均带权周转时间W 第8 38页 调度算法性能衡量 作业周转时间如果作业i提交给系统的时刻是ts 完成时刻是tf 该作业的周转时间ti为 ti tf ts实际上 它是作业在系统里的等待时间与运行时间之和 周转时间 完成时间 提交时间 等待时间 运行时间平均作业周转时间为了提高系统的性能 要让若干个用户的平均作业周转时间和平均带权周转时间最小 平均作业周转时间T ti n作业带权周转时间和平均作业带权周转时间如果作业i的周转时间为ti 所需运行时间为tk 则称wi ti tk为该作业的带权周转时间 ti是等待时间与运行时间之和 故带权周转时间总大于1 平均作业带权周转时间W wi n 第9 38页 作业调度算法 先来先服务 FCFS 短作业优先 SJF 响应比高优先 HRRN 优先级高优先 PS 第10 38页 优点实现简单缺点算法只顾及作业等候时间 没考虑作业要求服务时间的长短 不利于短作业而优待了长作业 先来先服务调度算法 第11 38页 先来先服务算法习题 例 三个作业依次到达系统并立即进入调度 作业名所需CPU时间作业128作业29作业33采用FCFS算法 三个作业的周转时间分别为多少 平均作业周转时间为多少 35 若三个作业提交顺序改为作业2 1 3 平均作业周转时间约为多少 29 若三个作业提交顺序改为作业3 2 1 平均作业周转时间约为多少 18 FCFS调度算法的平均作业周转时间与作业提交的顺序有关 第12 38页 最短作业优先算法 SJF 算法以进入系统的作业所要求的CPU时间为标准 总选取估计计算时间最短的作业投入运行 例 优点算法易于实现 缺点忽视了作业等待时间 不利于长作业 会出现饥饿现象 第13 38页 SJF算法习题 例 四个作业同时到达系统并立即进入调度 作业名所需CPU时间作业19作业24作业310作业48假设系统中没有其他作业 现实施SJF调度算法 平均作业周转时间为多少 17 平均带权作业周转时间为多少 1 98 第14 38页 最高响应比 HRRF 优先算法 响应比R 处理时间 等待时间 处理时间 周转时间 处理时间 1 等待时间 处理时间 短作业容易得到较高响应比 长作业等待时间足够长后 也将获得足够高的响应比 饥饿现象不会发生例 优点短作业 长作业兼顾 缺点每次调度都要计算响应比 增加系统开销 第15 38页 操作系统的用户接口 用户接口的功能与类型 第16 38页 命令接口 联机命令接口脱机命令接口 第17 38页 脱机命令接口 也称为批处理用户接口作业说明书利用作业控制语言来编写表示用户控制意图的作业控制程序 作业控制系统按照作业说明书中所规定的顺序和出错处理方法控制作业执行 在执行过程中 用户无法干涉 第18 38页 联机命令的形式及实现 键入命令 命令名及参数 例如 C FORMATA C dir或 ls终端接收命令命令解释器 程序 分析 执行MS DOS的命令解释器是C UNIX的命令解释器是Shell 命令方式的特点需记命令名交互性较强有时操作比鼠标方式快 需参数的非交互程序 如格式化盘 第19 38页 联机命令类型 1 系统访问命令常用的有 注册命令 注销命令 修改口令命令等 2 磁盘操作命令常用的有 磁盘格式化命令 备份命令等 3 文件管理命令文件操作命令 复制 删除或显示文件内容等 目录操作命令 建立 删除 查看目录等命令 4 其它命令编辑命令 编译 汇编和连接命令 调试命令 输入输出重定向 管道连接等 批处理命令 第20 38页 第21 38页 批处理命令 批处理命令文件将需要按序执行的一些命令放到一个文件中 只需打一个文件名就可以自动连续 顺序地执行该文件中的这组命令 批方式的用途把现有的命令组合起来实现更复杂的功能特别的自动执行批文件 放在根目录下或用户主目录下 用来自动执行每次开机或登录时的例行工作启动诸如中文环境这样的集成软件或一些参数复杂的软件 简单方便 不必要求用户了解相应启动步骤 装字库 启动程序 装输入法等 和参数 第22 38页 批命令文件示例 第23 38页 图形用户接口 工作形式系统或用户可将各种命令定义为一个菜单 某种按钮或图标 用户可以用键盘和鼠标对菜单中的各项功能进行相应的选择操作 之后系统将自动地执行所选择的命令 优点减少或免除用户的记忆工作量 既方便了用户又节省了运行时间 缺点其实现需要的代码设计量很大 因此 对内存 外存占用容量也多 为了实时显示 对CPU速度和显示器的质量要求也高 第24 38页 程序接口简介 程序接口的目的程序接口是操作系统提供给编程人员的唯一接口 使编程人员能通过程序接口 来完成那些与机器硬件部分相关的工作以及控制程序的执行速度等 程序接口的概念程序接口由一系列系统调用组成 用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能 第25 38页 处理机的状态 在计算机的指令系统中 指令分为两部分 特权指令 仅由OS使用的指令 非特权指令 用户与OS使用的指令 处理机的两种状态系统态 管态 核心态 一般指操作系统管理程序运行的状态 用户态 目态 用户程序运行状态 只允许访问用户程序自己的存储区域 第26 38页 CPU状态的转换 用户态 系统态其转换的唯一途径是通过中断系统态 用户态可用设置PSW 修改程序状态字 可实现 第27 38页 改变指令流程重复执行和公用改变指令流程后需要返回原处嵌套调用系统调用也允许嵌套调用 即在一被调用过程执行期间 可再利用系统调用命令调用另一系统调用 一般每个系统对嵌套调用的深度 6 有限制 系统调用方式 INT 与程序中一般的调用方式的相同点 系统调用与一般过程调用的相同点 第28 38页 系统调用与一般过程调用的区别 1 运行在不同的系统状态一般过程调用 其调用程序和被调用程序都运行在相同状态 用户态 系统调用 调用程序在用户态 被调用程序在系统态 执行方式与过程不同一般过程调用 使用普通的跳转指令 call jmp等 系统调用 需使用软访管指令 int 或陷入指令 trap 提供的方式不同一般过程调用 由编程环境提供 系统调用 由OS提供 第29 38页 系统调用与一般过程调用的比较 2 执行的代码不同一般过程调用 执行的是用户自己编写的代码 系统调用 执行是OS内核代码 调用的方式不同一般过程调用 是静态调用 被调用代码与调用代码在同一程序之内 被调用代码是专门为该软件编制 即基于模块划分或仅限于本软件范围内的公用或重复使用系统调用 是动态调用 程序中不包含被调用代码 好处 1 用户程序长度缩短 2 当OS升级时 调用方不必改变 第30 38页 系统调用与一般过程调用的比较 3 调用的地址不同一般过程调用 其调用地址固定 调用地址包含在调用语句中 系统调用 系统调用转向的地址是活的 不同的调用 地址不同系统调用指令中不包含调用地址 只包含功能号 是按功能号 在可执行目标程序中 调用的 在操作系统内部 由系统调用处理程序通过系统调用入口表 OS的一个数据结构 将功能号转换为相应的指令地址 第31 38页 系统调用分类 进程控制类系统调用包括进程创建 进程执行 进程撤消 执行等待和执行优先级控制等 文件操作类系统调用包括对文件的读 写 创建和删除等 进程通信类系统调用该类系统调用被用在进程之间传送消息或信号 设备管理类系统调用该类系统调用被用来请求和释放有关设备 以及启动设备操作等 系统管理类如取日历时间 取或设置终端信息等 第32 38页 系统调用的实现 通过中断和陷入硬件机构来实现 中断指CPU对系统发生某事件时的这样一种响应 CPU暂停正在执行的程序 在保护现场后 自动转去执行该事件的中断处理程序 执行完后 再返回到原程序的断点处继续执行 中断过程 1 中断请求 2 中断响应 3 现场保护 4 中断处理 5 恢复现场 6 中断返回 第33 38页 系统调用的实现 中断分类 中断事件 外中断 由外部设备事件引起的中断 内中断 由CPU内部事件引起的中断 陷入内中断执行现行指令引起的系统调用功能号在操作系统中 每个系统调用都对应一个事先给定的功能号 例如0 1 2 3等 注 在陷入指令中必须包括对应系统调用的功能号 而且 在有些陷入指令中 还带有传给陷入处理机构和内部处理程序的有关参数 第34 38页 系统调用的实现过程 第35 38页 参数的设置 参数设置的常见方式通过有关通用寄存器来传递参数 这些寄存器应是系统程序和用户程序都能访问 由于寄存器长度较短 无法传递较多的参数 由陷入指令自带参数 陷入指令的长度有限的 且还要携带系统调用功能号 只能自带有限的参数