第3章 作业管理

1、第第3 3章章 作业管理作业管理本章知识点本章知识点u作业、作业步作业、作业步u作业状态作业状态u作业、进程调度作业、进程调度u用户接口（操作接口、系统调用）用户接口（操作接口、系统调用）u管态管态本章知识点本章知识点：作业、作业步、作业状态、调度算法、作业、作业步、作业状态、调度算法、系统调用系统调用：系统调用系统调用1.1.作业定义：作业定义：用户在一次解题过程中要求计算机所用户在一次解题过程中要求计算机所做工作的集合称为一个作业。做工作的集合称为一个作业。411静态连接静态连接 VS. VS. 动态链接动态链接静态连接静态连接是将所有的外部调用函数都连是将所有的外部调用函数都连接到目标文

2、件中形成一个完整的主存接到目标文件中形成一个完整的主存映像文件。映像文件。动态链接动态链接是将连接工作延迟到程序运行是将连接工作延迟到程序运行的时候进行，所需要的支持是动态链的时候进行，所需要的支持是动态链接库（接库（DLLDLL）。）。2.2.作业步定义：作业步定义：作业的每一个加工步骤中的一个步骤作业的每一个加工步骤中的一个步骤称为作业步。称为作业步。73.3.作业控制块作业控制块JCBJCB系统为每个作业建立一个作业系统为每个作业建立一个作业控制块控制块(JCB)(JCB)来对作业进行控制来对作业进行控制管理并记录作业在运行过程中管理并记录作业在运行过程中的状态。的状态。作业控制块（作业

3、控制块（JCB）作业调度程序为每个进入系统的作业建作业调度程序为每个进入系统的作业建立立JCB。在作业建立到消亡的整个过程。在作业建立到消亡的整个过程中，中，JCB一直存在，直到作业撤销时。一直存在，直到作业撤销时。JCB是作业存在的标志。是作业存在的标志。4.4.作业调度功能作业调度功能确定数据结构确定数据结构 确定调度算法确定调度算法分配资源分配资源善后处理善后处理5.作业的状态作业的状态提交状态提交状态后备状态（收容状态）后备状态（收容状态）执行状态执行状态完成状态完成状态作业经历的各级调度作业经历的各级调度提交提交状态状态收容收容状态状态就绪状态就绪状态等待状态等待状态线程调度线程调度

4、作业调度作业调度进程调度进程调度交换调度交换调度完成完成状态状态内存内存外存外存6.作业调度性能衡量指标作业调度性能衡量指标周转时间周转时间响应时间（带权周转时间）响应时间（带权周转时间）周转时间周转时间指作业从提交时刻开始到完成时刻为止指作业从提交时刻开始到完成时刻为止所经历时间。即：所经历时间。即：Ti=Tei-TsiTi=Tei-Tsi或，用等待时间加上执行时间，即：或，用等待时间加上执行时间，即：Ti=Twi+TriTi=Twi+Tri 平均周转时间平均周转时间：T=(T1+Tn)/nT=(T1+Tn)/n带权周转时间带权周转时间指作业周转时间和作业执行时间的比值，指作业周转时间和作业

5、执行时间的比值，即：即：Wi=Ti/TriWi=Ti/Tri 平均带权周转时间平均带权周转时间： W=(W1+Wn)/nW=(W1+Wn)/n7.7.作业调度算法作业调度算法调度算法实际上就是一个资源分配的问题调度算法实际上就是一个资源分配的问题v先来先服务调度先来先服务调度(FCFS)(FCFS)算法算法v短作业优先法（短作业优先法（SJFSJF）v最高响应比优先法最高响应比优先法v优先调度算法优先调度算法先来先服务先来先服务(FCFS)(FCFS)调度算法调度算法思想思想：按照进程进入就绪队列的先后次序选择：按照进程进入就绪队列的先后次序选择进程投入运行。进程投入运行。优点优点：实现简单、

6、公平。：实现简单、公平。缺点缺点：u计算机效率可能不高计算机效率可能不高u对短进程可能不利对短进程可能不利在单道环境下，某批处理有四道作业，已知他们在单道环境下，某批处理有四道作业，已知他们的进入系统的时刻、估计运算时间如下：的进入系统的时刻、估计运算时间如下：19用用FCFSFCFS算法计算作业的运行情况、平均周转时算法计算作业的运行情况、平均周转时间和平均带权周转时间间和平均带权周转时间注：表内数值均为十进制注：表内数值均为十进制作业作业进入时刻进入时刻运行时间运行时间12348.008.509.009.502.000.500.100.20平均周转时间平均周转时间T T1.7251.725

7、平均带权周转时间平均带权周转时间TT6.8756.875作作业业进入进入时刻时刻运行运行时间时间开始开始时刻时刻完成完成时刻时刻周转周转时间时间带权带权周转周转18.00 2.008.0010.00 2.001.0028.50 0.50 10.00 10.50 2.004.0039.00 0.10 10.50 10.60 1.60 16.0049.50 0.20 10.60 10.80 1.306.50短作业优先法短作业优先法(SJF)(SJF)思想思想：以进程的本次：以进程的本次CPUCPU时间长短作为调度的依时间长短作为调度的依据来选择进程投入运行。据来选择进程投入运行。优点优点：可获得较

8、好的调度性能：可获得较好的调度性能缺点缺点：u难以准确地知道下一个难以准确地知道下一个CPU执行期，执行期，而只能根据每一个进行的执行历史来而只能根据每一个进行的执行历史来预测。预测。u可能造成长作业永远得不到调度执行可能造成长作业永远得不到调度执行的机会。的机会。该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业该算法总是优先调度要求运行时间最短的作业22作作业业 进进入入时时刻刻 运运行行时间时间 开开始始时时刻刻 完成完成时时刻刻 周周转时间转时间 带权带权周周转转 1 8.00 2.00 8.00 10.00 2.00 1.00 2 8.50 0.50 10.30 10.80 2.30 4.60

9、 3 9.00 0.10 10.00 10.10 1.10 11.00 4 9.50 0.20 10.10 10.30 0.80 4.50 平均周转时间平均周转时间 T T1.55h1.55h平均带权周转时间平均带权周转时间TT5.15h5.15h运行顺序：运行顺序：1 13 34 42 2最高响应比优先法最高响应比优先法(HRN)(HRN)(HRN=(HRN=HHighest ighest R Reponse eponse R Ration ation N Next)ext)这种方法是对这种方法是对FCFSFCFS方式和方式和SJFSJF方式的一种综合平方式的一种综合平衡。衡。当需要从就绪队

10、列中选择进程投入运行时，先计当需要从就绪队列中选择进程投入运行时，先计算这个进程的响应比，选择响应比最高的进程运算这个进程的响应比，选择响应比最高的进程运行。行。响应比响应比R R定义如下：定义如下：R = ( W + T) /T = 1 + W/TR = ( W + T) /T = 1 + W/TWW：为该作业等待时间：为该作业等待时间T T：为该作业估计需要的执行时间：为该作业估计需要的执行时间优先调度算法优先调度算法综合考虑各种因素，如作业的缓急程度、作业的综合考虑各种因素，如作业的缓急程度、作业的大小、等待时间的长短、外部设备的使用情况等，大小、等待时间的长短、外部设备的使用情况等，再

11、结合系统性能，确定其优先数，调度时按优先再结合系统性能，确定其优先数，调度时按优先级高者优先执行。级高者优先执行。优先数等待时间优先数等待时间2 2要求执行时间要求执行时间1616输出量输出量8.8.进程调度进程调度进程调度功能进程调度功能PCB记录进程的有关情况记录进程的有关情况决定分配策略决定分配策略实施处理机的分配和回收实施处理机的分配和回收进程调度方式进程调度方式非剥夺方式非剥夺方式可剥夺方式（可抢占的调度策略）可剥夺方式（可抢占的调度策略）进程优先数调度算法进程优先数调度算法预先确定进程的优先数，系统优先调度高优先级预先确定进程的优先数，系统优先调度高优先级进程。进程。分为分为不可抢

12、占不可抢占CPUCPU和和可抢占可抢占CPUCPU两种情况。两种情况。静态优先数静态优先数进程被创建时，确定一个优先数，并在进程运行进程被创建时，确定一个优先数，并在进程运行期间保持不变。期间保持不变。进程所需资源越多，运行时间将越长，其优先级进程所需资源越多，运行时间将越长，其优先级越低。越低。无法反应进程执行特性。无法反应进程执行特性。动态优先数动态优先数进程被创建时，确定一个优先数，在以后任一时进程被创建时，确定一个优先数，在以后任一时刻，进程被重新调度或耗尽时间片时，优先数被刻，进程被重新调度或耗尽时间片时，优先数被调整，以反映进程的动态变化。调整，以反映进程的动态变化。例如，进程的优

13、先级随着占用例如，进程的优先级随着占用CPUCPU而降低，随而降低，随着等待时间增加而变高。着等待时间增加而变高。简单循环轮转法（简单循环轮转法（RR=round robinRR=round robin）让每个进程在让每个进程在就绪队列就绪队列中的等待时间与享受服务的中的等待时间与享受服务的时间成比例。将时间成比例。将CPUCPU的处理时间分为的处理时间分为固定大小的时固定大小的时间片间片，若运行中的进程时间片到，但未完成操作时，若运行中的进程时间片到，但未完成操作时，则该进程放弃处理机，转到就绪队列尾部，等待下则该进程放弃处理机，转到就绪队列尾部，等待下一次进程调度。一次进程调度。q q =

14、 = t t / / n nq q: :时间片时间片t t: :用户所能接受的响应时间用户所能接受的响应时间n n: :进入系统的进程数进入系统的进程数时间片选择非常重要时间片选择非常重要当时间片很大时，每个进程得到比完成该进程多当时间片很大时，每个进程得到比完成该进程多的处理机时间，此时轮转调度模式退化为的处理机时间，此时轮转调度模式退化为FCFSFCFS模模式。式。当时间片非常小时，上下文转换开销就成了决定当时间片非常小时，上下文转换开销就成了决定因素，系统性能降低，大多数时间都消耗在处理机因素，系统性能降低，大多数时间都消耗在处理机的转换上，只有少许用在用户的计算上。的转换上，只有少许用

15、在用户的计算上。改善简单循环轮转调度改善简单循环轮转调度性能：性能：可变时间片可变时间片多就绪队列多就绪队列可变时间片轮转调度可变时间片轮转调度每当一轮开始时，系统便根据就绪队列中已有的进每当一轮开始时，系统便根据就绪队列中已有的进程数计算一次时间片，然后进行轮转。在此期间到程数计算一次时间片，然后进行轮转。在此期间到达的进程都暂不进入就绪队列，而要等到此次轮转达的进程都暂不进入就绪队列，而要等到此次轮转完毕后再一并进入，系统再重新计算时间片完毕后再一并进入，系统再重新计算时间片q q值，值，然后进行下一轮循环。然后进行下一轮循环。可变时间片轮转调度优势可变时间片轮转调度优势时间片的计算公式时

16、间片的计算公式: :时间片时间片q=q=响应时间响应时间t/t/进程个数进程个数n n，当当t=2st=2s，n=20n=20，q=0.1sq=0.1s，即每，即每0.1s0.1s切换进程；切换进程；另当另当 n=5 n=5 时，时间片固定时，系统响应时间为时，时间片固定时，系统响应时间为0.5s0.5s，对用户而言，对用户而言，2s2s的响应时间已很满意，再缩短也不的响应时间已很满意，再缩短也不会有很明显的感觉，此时会有很明显的感觉，此时0.1s0.1s的时间片使系统开销的时间片使系统开销较大，当响应时间保持不变时，把时间片变为较大，当响应时间保持不变时，把时间片变为0.4s 0.4s 可显

17、著减少系统开销。可显著减少系统开销。最高优先权队列时间片最高优先权队列时间片I/O至至CPUCPUS S1 1次高优先权队列时间片次高优先权队列时间片至至CPUCPUS S2 2至至CPUCPUS S3 3最低优先权队列时间片最低优先权队列时间片至至CPUCPUSnSn（时间片时间片：S S1 1 S S2 2 S S3 3）多级反馈轮转法多级反馈轮转法多级反馈轮转法多级反馈轮转法v将就绪队列分为将就绪队列分为N N级，每个就绪队列分配给不同级，每个就绪队列分配给不同的时间片，队列级别越高，时间越短，级别越的时间片，队列级别越高，时间越短，级别越小，时间片越大，最后一级采用时间片轮转，小，时间

18、片越大，最后一级采用时间片轮转，其他队列采用先进先出；其他队列采用先进先出；v系统从第一级调度，当第一级为空时，系统转系统从第一级调度，当第一级为空时，系统转向第二个队列，向第二个队列，.当运行进程用完一个时间片，当运行进程用完一个时间片，放弃放弃CPUCPU时，进入下一级队列；时，进入下一级队列；v等待进程被唤醒时，进入原来的就绪队列；当等待进程被唤醒时，进入原来的就绪队列；当进程第一次就绪时，进入第一级队列。进程第一次就绪时，进入第一级队列。39用户界面用户界面409.9.用户接口用户接口操作系统的操作系统的用户界面用户界面 ( (或称接口或称接口) ) 是操作系统是操作系统提供给用户与计

19、算机打交道的外部机制。用提供给用户与计算机打交道的外部机制。用户能够借助这种机制和系统提供的手段来控户能够借助这种机制和系统提供的手段来控制用户所在的系统。制用户所在的系统。 用户接口分：用户接口分：操作接口操作接口和和系统调用系统调用。操作接口操作接口：用户使用这个操作界面来组织工作：用户使用这个操作界面来组织工作流程和控制程序的运行，也称为命令接口。流程和控制程序的运行，也称为命令接口。分为：分为：p键盘命令（联机命令接口）键盘命令（联机命令接口）p作业控制语言（脱机命令接口）作业控制语言（脱机命令接口）41程序接口程序接口：也称为：也称为系统调用系统调用，用户程序在其运，用户程序在其运行

20、过程中，使用系统功能调用来请求操作系统行过程中，使用系统功能调用来请求操作系统的服务。的服务。4220 操作系统提供实现各种功能的例行子程序。操作系统提供实现各种功能的例行子程序。应应用用程程序序 i i 系统调用系统调用 中央中央处理机处理机存储器存储器外部外部设备设备应用应用程序程序计算机系统部件计算机系统部件21 系统提供系统提供 访管指令、访管中断访管指令、访管中断 显示一个显示一个字符串字符串读文件读文件 应用程序应用程序 j j fread( ); 操作系统功能模块操作系统功能模块访管指令访管指令svc n svc 表示机器访管指令的操作码记忆符表示机器访管指令的操作码记忆符n 为

21、地址码为地址码(功能号功能号)4522 当处理机执行到访管指令时就发生中断，该当处理机执行到访管指令时就发生中断，该中断称为访管中断，它表示正在运行的程序中断称为访管中断，它表示正在运行的程序对操作系统的某种需求。对操作系统的某种需求。 什么是系统调用？什么是系统调用？操作系统为用户提供的一种服务，由若干不同操作系统为用户提供的一种服务，由若干不同功能的子程序组成，用户程序在执行中可以调功能的子程序组成，用户程序在执行中可以调用这些子程序。由操作系统提供的这些子程序用这些子程序。由操作系统提供的这些子程序称称“系统功能调用系统功能调用”，即系统调用。，即系统调用。系统调用是在系统调用是在管态管态下执行的程序。下执行的程序。47管态管态/ /系统态系统态 (Supervisor mode)(Supervisor mode)操作系统的管理程序执行时机器所处操作系统的管理程序执行时机器所处的状态。使用全部指令的状态。使用全部指令( (包括一组特包括一组特权指令权指令) )；使用全部系统资源；使用全部系统资源( (包括整包括整个存储区域个存储区域) )。48目态目态/ /用户态用户态 (user mode)(user mode)用户程序执行时机器所处的状态。在用户程序执行时机器所处的状态。在此状态下禁止使用特权指令，不能