计算机操作系统许曰滨版第二章.ppt

《计算机操作系统许曰滨版第二章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机操作系统许曰滨版第二章.ppt（41页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、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理模块完成。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，作业登录和撤离，以及代码装入和卸出等。,第2章 作业管理,2.1 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.批处理型作业 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

2、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工作站或PC机提交给系统，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。2.交互型作业 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。,3.实时型作业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

3、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。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

4、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些功能模块。,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。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，为每个组授予一定的操

5、作权限，对组外用户进行某些限制等。,1.添加用户 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，通常称为管理员（Administrator）或超级用户。操作系统通过与管理员的交互会话，获知管理员的意图，从而进行相应的处理。,用户管理-添加和删除用户,2.删除用户 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3级：用户注册封锁保留用户信息和用户工作目录，仅仅阻止用户注册。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

6、彻底消失。,1.用户组管理 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赋予“组所有权”和“组访问权”后，组内用户和组外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.用户登录管理 用户注册以后就成为系统的合法用户。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、口令及其它信息。用户可以根据屏幕提示，回答系统的提问。比如用户zhang，使用的口令是123456，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

7、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：脱机命令接口适用于批处理系统的作业控制语言接口。联机命令接口适用于分时或实时系统的接口。程序级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,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。其中，每一条作业控制命令给出作业的一条说明。下面是一个作业说明书中的片段：cc mainprogram.ccc subprogram.clink mainprogram.obj subprogram.objmainprogram.exe 其中，有4条作业控制命令定义了4个作业步。,2.2.1 脱机命令接

8、口,下图是IBM System 360系统的设计的一种模拟作业卡。,2.2.2 联机命令接口 这是一种适合终端用户使用的操作命令接口，主要实现人-机交互。用户通过终端命令来控制作业的运行。该接口需要涉及两个程序：“终端处理程序”和“命令解释程序”。下面示意性的给出一个简单的命令处理程序工作流程，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查数据通路的工

9、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。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3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。我们把这3个阶段分别用3种状态来表示：“后备状态”、“执行状态”和“完成状态”。图2-7是描述作业状态的转换图。,

10、2.4 作业控制,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。在单道程序运行环境下，作业进入执行状态就意味着立即在CPU上运行。系统中的一切资源，不论硬件设备或者软件设备，可

11、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。,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,JC

12、B队列指针等）,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，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。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，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。,2.3.4 I/O控制-作业控制方式,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 算机能够识别的信息，将这些

13、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制。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。,1.脱机作业控制方式,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终端机上，使用操

14、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，另一方回答。这种交流方式称为“交互”式，颇像两人在进行对话，因而也称为“会话”方式。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，整个控制过程由用户与计算机通过交互会话方式实现。,2.联机作业控制方式,这种方式又称作“在线外设并行访问”，简记为Spooling。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出来，单独形成I/O进程，来完成用户的输入输出工作。,3.假脱机输入,作业调度，又称为“高级调度”，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

15、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，免去作业控制中的人工操作问题。,2.4 作业调度,常见的作业调度中的4种常用算法：先来先服务（FCFS）算法、最短作业优先（SJF）算法、最高优先级（HPF）算法最高响应比优先（HRF）算法。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,1FCFS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

16、提交给系统，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”。,SJF（Shortest Job First）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。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。,2.SJF算法

17、,HPF（Highest Priority First）算法是基于作业运行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。下图是B5500计算机操作系统中的一种作业队列组织方法。,3.HPF算法,HRF（Highest Response First）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长度。一个作业的响应比R可作如下定义：其中，tw：该作业的等待时间。ts：该作业的服务时间。,4.HRF算法,1系统吞吐量高 这是

18、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Q与作业的平均周转时间T有如下关系：平均周转时间T越小，系统吞吐量就越大。T的计算公式为：其中：n为单位时间内的作业数量。tfi为作业i的完成时间。tbi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。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W作为评价参数。W的计算公式为:其中：tsi为作业i的服务时间（也就是运行时间）。W越小，说明系统对短小作业越优惠。,2.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 响应时间有保证截止时间有保证,3.其它指标,通过作业平均周转时间T和平均带权周转时间W来分析一下作业调度中的4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4个作业，按照下图所示。其中,作业的到达顺序为A,B,C,D。时间为：8,8.5,9,9.5。运行时间：2,0.5,1,0.2。,2.4.3 例子,再见,