第三章作业管理及用户接口

1、第第3 3章章 作业管理及用户接口作业管理及用户接口 3.1 操作系统的用户接口操作系统的用户接口 3.2 3.2 作业管理作业管理3.3 3.3 批处理的作业管理批处理的作业管理3.4 3.4 处理机调度级别处理机调度级别 3.5 Linux3.5 Linux系统调度用实现系统调度用实现 为了使用户方便地使用计算机完成工作，操作系统提供了简单便利的方式，用户只需将要完成的任务以作业的形式交给计算机，计算机就会按照要求自动完成工作。 用户如何向计算机提交作业和控制作业运行，计算机如何接受用户的作业，如何合理安排作业运行，实现处理机调度都是操作系统要完成的工作。第三章 作业管理级用户接口 3.1

2、 操作系统的用户接口 程序级接口作业控制级接口 3.1.1 程序级接口用户在程序中直接使用用户在程序中直接使用系统调用系统调用指令来调用操作系指令来调用操作系统的有关功能。统的有关功能。 1. 1. 什么是系统调用指令什么是系统调用指令2. 2. 系统调用指令的形式系统调用指令的形式3. 3. 系统调用执行过程系统调用执行过程第三章 作业管理级用户接口 第三章 作业管理级用户接口 4. 处理机的状态及特权指令 为了使操作系统正确地运行，其本身不能被破坏，因此，系统必须建立一个保护环境，可采取的方式是区别处理机的工作状态。 由于系统中有两类程序：操作系统程序和用户程序，两者有不同的任务。 为此，

3、将处理机执行的工作状态分为管态和目态； 处理机在这两种状态下使用硬件的权限是不同的。管态： 处理机在执行操作系统的程序代码时所处的状态处理机可以执行特权指令，通常是控制和管理资源的指令，可以访问内存的任何区域。 目态： 处理机在执行用户程序和其它系统应用程序时所处的状态。不能执行特权指令，不能访问用户作业存储区域之外的内存单元，否则将会引起中断。 第三章 作业管理级用户接口 3.1.2 作业控制级接口 是系统为用户在作业一级请求系统服务而设置的是系统为用户在作业一级请求系统服务而设置的 1.脱机接口作业控制语言 这种接口主要是用于批处理系统这种接口主要是用于批处理系统 2.联机接口键盘命令 用

4、于以交互方式请求操作系统服务用于以交互方式请求操作系统服务 3.图形用户界面第三章 作业管理级用户接口 3.2 作业管理3.2.1 作业与作业步作业：用户在一次算题过程中或一次事务处理中，要求计算机用户在一次算题过程中或一次事务处理中，要求计算机系统所做的工作的集合。系统所做的工作的集合。 作业步：通常把计算机系统完成一个作业所需的一系列有序的通常把计算机系统完成一个作业所需的一系列有序的相对独立的工作步骤称为作业步。相对独立的工作步骤称为作业步。 （P73P73，图，图3.23.2）第三章 作业管理级用户接口 3.2.2 作业控制方式1.批处理方式2.交互控制方式（1）操作控制命令 （2）菜

5、单技术 （3）窗口技术 也称脱机控制方式或自动控制方式，用户使用操作系统提供的作业控制语言，写好一份作业控制说明书，连同程序和数据一起交给系统。 也称联机控制，用户逐条输入命令，操作系统执行并将结果通知用户。例如： 3.3 批处理作业的管理3.3.1 批处理作业的组织3.3.2 批处理作业的输入3.3.3 作业控制块作业提交给系统进入后备状态后，系统为每个作业建立作业控制块，是作业的描述信息与控制信息计算机可以成批地接受批处理方式组织的作业，这些作业进入系统之前，除了准备好数据，程序，还需用作业控制语言书写作业控制说明书，规定如何控制作业的执行。例：P74 IBM360/370 一般提供SPO

6、OLing技术，操作员将预输入命令启动SPOOLing系统，即可把作业流中的信息存放到输入井中，等待处理。 第三章 作业管理级用户接口 作业控制块第三章 作业管理级用户接口 3.3.4 作业状态1.提交状态用户通过输入设备向系统提交一个作业时所处的状态。用户通过输入设备向系统提交一个作业时所处的状态。2.后备状态用户作业经输入设备送入输入井中存放，等待进入内存时所处用户作业经输入设备送入输入井中存放，等待进入内存时所处的状况的状况3.执行状态作业分配到所需资源，被调入内存时所处的状况作业分配到所需资源，被调入内存时所处的状况 4.完成状态作业完成了计算任务，结果由打印机输出或发生错误终止作业完

7、成了计算任务，结果由打印机输出或发生错误终止书本P76， 图3.4第三章 作业管理级用户接口 3.4 处理机调度的级别1.作业调度：宏观调度根据一定的算法，外存输入井中大量的后备作业中选择若根据一定的算法，外存输入井中大量的后备作业中选择若干作业，分配内存、干作业，分配内存、IOIO设备等，建立进程，使得该作业的设备等，建立进程，使得该作业的进程获得竞争处理机的权利。进程获得竞争处理机的权利。2.交换调度：中级调度 为了使内存中存放的进程数目不至于太多，有时需要将某为了使内存中存放的进程数目不至于太多，有时需要将某些进程从内存移到外存，为此设立了中级调度，尤其是在些进程从内存移到外存，为此设立

8、了中级调度，尤其是在采用虚拟存储技术的系统中。采用虚拟存储技术的系统中。3.进程调度：微观调度 根据一定的调度算法，从就绪队列中选择一个进程，根据一定的调度算法，从就绪队列中选择一个进程，使其获得处理机执行。使其获得处理机执行。 4.线程调度：线程是进程的一个实体，是线程是进程的一个实体，是CPUCPU调度和分派的基本调度和分派的基本单位，线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，单位，线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，提高系统内程由应用程序提供多个线程执行控制，提高系统内程序并发执行的程度。序并发执行的程度。第三章 作业管理及用户接口1. 作业调度的功能

9、3.4.1 作业调度1)1)记录系统中各个作业的情况记录系统中各个作业的情况 2)2)按照某种调度算法从后备作业中挑选作业按照某种调度算法从后备作业中挑选作业 3)3)为选中的作业分配内存和外设等资源，建立相应的进程为选中的作业分配内存和外设等资源，建立相应的进程 4)4)作业结束后进行善后处理工作作业结束后进行善后处理工作, ,即收回该作业所占用的全部资即收回该作业所占用的全部资源源, ,撤消与该作业相关的全部进程和该作业的撤消与该作业相关的全部进程和该作业的JCB JCB P78 P78 图图3.5 3.5 作业调度流程图作业调度流程图完成从作业后备状态到执行状态，从执行状态到完成状态完成

10、从作业后备状态到执行状态，从执行状态到完成状态的转换，具体包括：的转换，具体包括： 第三章 作业管理级用户接口 2. 性能评价标准（1）调度策略的选择1 1）提高处理机与外设的并行程度）提高处理机与外设的并行程度2) 2) 提高主存的利用效率：大作业小作业合理搭配提高主存的利用效率：大作业小作业合理搭配 3) 3) 提高作业的吞吐量，减少周转时间：执行时间短的优先进入提高作业的吞吐量，减少周转时间：执行时间短的优先进入4 4）作业调度算法应尽量简单，使系统的时间和空间开销最小）作业调度算法应尽量简单，使系统的时间和空间开销最小 实际系统中，往往采取实际系统中，往往采取“统筹兼顾统筹兼顾” ”

11、的办法，既保证主的办法，既保证主要目标的实现，又不使相关指标太差，可考虑一下几点：要目标的实现，又不使相关指标太差，可考虑一下几点：第三章 作业管理级用户接口 （2）作业调度性能衡量1）周转时间作业作业i i的周转时间的周转时间: :Ti =Tei Tsi作业的平均周转时间作业的平均周转时间: : 2）带权周转时间作业作业i i的带权周转时间的带权周转时间: :Wi = TiTriTeiTei：作业：作业i i的完成时间的完成时间 TsiTsi：作业：作业i i的提交时间的提交时间 TiTi：作业：作业i i的周转时间的周转时间 TriTri：作业：作业i i的执行时间的执行时间 作业的平均带

12、权周转时间作业的平均带权周转时间: : 第三章 作业管理及用户接口（1） 先来先服务（FCFS） 3. 常用的作业调度算法优点：算法简单、便于实现 缺点：导致短作业等待时间过长 作业名作业名进入输入井时间进入输入井时间需计算时间需计算时间需内存量需内存量(KB)(KB)A8:064215B8:183060C8:362450D9:182410E9:181220第三章 作业管理及用户接口（2）短作业优先算法(SJF)优点：作业平均等待时间最小和作业吞吐量大 缺点：若系统不断接纳新作业，则可能导致大作业长期等待 作业名作业名进入输入井时间进入输入井时间需计算时间需计算时间需内存量需内存量(KB)(K

13、B)A8:064215B8:183060C8:362450D9:182410E9:181220第三章 作业管理及用户接口（3）最高响应比优先算法(HRN)响应比作业等待时间响应比作业等待时间作业运行时间作业运行时间 作业名作业名进入输入井时间进入输入井时间需计算时间需计算时间需内存量需内存量(KB)(KB)A8:064215B8:183060C8:362450D9:182410E9:181220第三章 作业管理及用户接口（4）优先级算法分为: 静态优先数法和动态优先数法 作业优先数=(等待时间)2所需运行时间16输出量 例如：作业名作业名进入输入井时间进入输入井时间 需要计算时间（分钟）需要计

14、算时间（分钟）优先级（数大级高）优先级（数大级高）A8：00601B8：30502C8：40304D8：50103第三章 作业管理及用户接口 1. 进程调度的功能 3.4.2 进程调度 （1）记录当前进程的情况 （2）选择占有处理机的进程。（3）进行进程上下文切换第三章 作业管理及用户接口1) 完成任务。正在运行的进程完成其任务后， 释放对CPU的控制 2) 等待资源。由于等待某些资源或事件，正在 运行的进程不得不放弃CPU 2. 2. 进程调度的时机的时机 3) 运行到时。在分时系统中，当前进程使用完规 定的时间片，时钟中断使该进程让 出CPU 4) 发现标志。核心处理完中断或陷入事件后，

15、发现系统中“重新调度”标志被置上 5）被高优先级进程剥夺6）进程通信执行了某种原语第三章 作业管理及用户接口（1 1）保存处理器的上下文，包括程序计数器和其）保存处理器的上下文，包括程序计数器和其它寄存器它寄存器（2 2）用新状态和其它相关信息更新正在运行）用新状态和其它相关信息更新正在运行 进程的进程的PCBPCB3. 进程上下文切换（3 3）把原来的进程移至就绪或等待队列）把原来的进程移至就绪或等待队列（4 4）选择另一就绪进程并更新被选进程）选择另一就绪进程并更新被选进程PCB PCB （5 5）从被选中进程中重装入）从被选中进程中重装入CPUCPU上下文上下文 第三章 作业管理及用户接

16、口3.5.1 进程调度 1. 调度方式采用“抢占式优先级”方式 3.5 Linux系统中的进程调度 2. 调度策略 1) SCHED_FIFO1) SCHED_FIFO适合于实时进程适合于实时进程 2) SCHED_RR2) SCHED_RR对应对应“时间片轮转法时间片轮转法”，适合于，适合于 每次运行需要较长时间的实时进程每次运行需要较长时间的实时进程 3) SCHED_OTHER3) SCHED_OTHER是传统的是传统的UNIXUNIX调度策略，调度策略， 适合于交互式的分时进程适合于交互式的分时进程 第三章 作业管理及用户接口1) 1) 当前进程调用当前进程调用nanosleepnan

17、osleep()()或者或者pause()pause()，使自己进入睡眠，使自己进入睡眠状态，主动让出一段时间状态，主动让出一段时间CPUCPU的使用权的使用权 3. 调度时机 2) 2) 进程终止，永久地放弃对进程终止，永久地放弃对CPUCPU的使用的使用 3) 3) 在时钟中断处理程序执行过程中，发现当前进程连续在时钟中断处理程序执行过程中，发现当前进程连续 运行的时间过长运行的时间过长 4) 4) 当唤醒一个睡眠进程时，发现被唤醒的进程比当前进当唤醒一个睡眠进程时，发现被唤醒的进程比当前进 程更有资格运行程更有资格运行 5) 5) 一个进程通过执行系统调用来改变调度策略或者降低一个进程通过执行系统调用来改变调度策略或者降低 自身的优先权（如自身的优先权（如nicenice命令），从而引起立即调度。命令），从而引起立即调度。 第三章 作业管理及用户接口363 系统初启 362 she