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1、清华大学出版社,计算机操作系统Computer Operating System,主 编：刘腾红 骆正华 主 讲：潘林森,第二章 作业管理和用户接口,2.1 用户与操作系统间的接口 2.2 作业管理的基本概念 2.3 作业管理的任务和功能 2.4 作业的输入与输出 2.5 作业调度 2.6 作业控制 2.7 Windows XP 的用户接口,2.1.1 程序接口 2.1.2 命令接口,2.1 用户与操作系统间的接口,系统提供两类接口一类是用于程序一级另一类是用于作业控制一级，其中又分别为联机用户和脱机用户设置了不同的接口。,2.1 用户与操作系统间的接口,图2-1 操作系统为用户提供的接口口,
2、它是由一组系统调用命令（简称系统调用）组成。这是为程序员通过汇编程序与操作系统打交道而提供的。系统调用所谓系统调用，就是操作系统内提供的一些子程序，用户通过这些称为特殊指令的命令调用这些子程序，以取得操作系统的服务。通常，操作系统为了满足用户程序的各种需要，提供了功能丰富的系统调用命令,2.1.1 程序接口,系统调用的执行用户必须向系统调用命令处理程序提供必要的参数，以便使它根据这些参数进行相应的处理。当用户程序执行系统调用时，产生一条相应的指令（有些操作系统称其为访管指令或软中断指令），处理机执行该指令时产生相应的软中断，系统将当前程序的执行现场保护后，转入相应的系统调用处理程序，去完成特定
3、的系统调用功能。,2.1.1 程序接口,操作系统的命令接口分为联机命令接口和脱机命令接口 联机命令接口键盘操作命令 由cmd.exe提供内部命令。这类命令的特点是程序短小，使用频繁外部命令菜单驱动方式。用鼠标或键盘直接操作 图符驱动方式。它是一种面向屏幕的图形菜单选择方式。图形化用户界面。它将菜单驱动、图符驱动、面向对象技术等集成在一起，形成一个图文并茂的视窗操作环境。,2.1.2 命令接口,2.1.2 命令接口,特点：使用方便；命令丰富，人机组成闭合系统。例 Windiws的命令可分为4类:（1）系统信息命令 例如:Path,Mem,SystemInfo（2）系统操作命令 例如:Shutdo
4、wn,Scandisk（3）文件系统命令 例如:Copy,Del,Attrib（4）网络通信命令 例如:Ping,net,脱机或批处理命令接口它是由一组作业控制命令(或称作业控制语言)组成。脱机用户是指不能直接干预作业的运行，而必须事先把要求系统所干的事用相应的作业控制命令写成一份作业操作说明书，连同其作业一起提交给系统的用户。当系统调度到该作业时，由系统中命令解释程序对其操作说明书上的命令逐条解释执行，直至遇到“撤离”命令而停止该作业为止。特点：运行效率高，使用不便。,2.1.2 命令接口,2.1.2 命令接口,例：利用从定向命令完成数据文件复制的批文件CY.BAT echo offif e
5、xist%1 goto lab1echo%1 not found!goto lab2:lab1 type%1%2echo 1 file copyied!:lab2 用法：CY f1 f2,2.2.1 作业、作业步、作业流 2.2.2 作业的分类,2.2 作业管理的基本概念,作业用户在一次算题过程中或一个事务处理中要求计算机系统所做工作的集合。在一个多道程序的并行系统中，一个作业就是独立于其他作业的计算工作的一个单位。作业步要求计算机系统做的一项相对独立的工作叫一个作业步,2.2.1 作业、作业步、作业流,对作业的处理一般有这样几个作业步：编辑将高级语言源程序通过键盘或别的形式输入计算机，在编辑
6、程序的协助下纠正输入过程中可能出现的错误，从而得到一个新的源程序。编译调用相应的编译程序，对源程序进行编译，产生目标程序。装入调入装入模块把编译好的目标程序连接装配成一个可执行代码。运行启动运行目标程序，得出运行结果。,2.2.1 作业、作业步、作业流,这些作业步总是相互关联、且有严格的先后执行次序。它们之间的关系表现为：一个作业步运行的结果将产生下一个作业步所需的“文件”。一个作业步能否正确执行，依赖于前一个作业步是否成功完成。例:运行一道C语言程序，经历的过程：设计编辑编译连接执行结果 _ 修改、调试,2.2.1 作业、作业步、作业流,根据计算机系统对作业处理方式的不同，可把用户作业分为两
7、大类：批量型作业和终端型作业。对批量型作业，根据对其运行过程控制方式的不同，又可分为两种：利用作业说明书实行自动控制方式的作业，即脱机作业；利用控制台键盘操作命令直接控制的作业，即联机作业。终端型作业用户在终端上利用键盘操作命令控制和监督作业的运行，系统把作业运行的情况和结果通过CRT及时反馈给用户。终端型作业通常在分时操作环境下运行。,2.2.2 作业的分类,2.3.1 作业管理的任务 2.3.2 作业管理的功能,2.3 作业管理的任务和功能,对资源进行描述根据不同资源的特征选取适当的数据结构来描述资源，内容包括资源标识、资源分配特性、资源安全要求、资源分配状况等。对资源进行分配按照一定的分
8、配原则从若干申请资源的作业中选出合适的作业，将作业申请资源的逻辑名与资源的物理地址进行连接，这样用户就能够 开始对资源的使用。保证资源使用的安全性如果是共享资源，安全性表现在所以共享该资源的作业相互之间没有不良影响或者越权操作。如果是独享资源，安全性表现在独享资源具有实现临界资源的手段。,2.3.1 作业管理的任务,作业的输入与输出如何组织作业并快速地把输入设备上的作业源源不断地装入高速的后援存储器上，逐步地形成后备作业队列；并且将作业的输出信息组织在输出设备上输出。作业调度在多道程序设计系统中，系统可以同时处理多个作业，因此，系统必须能够按照一定的策略选取若干作业，并将它们调入内存，分配必要
9、的资源，使它们同时处于运行状态，共享系统的有限资源，这就是作业调度。作业控制作业是在操作系统控制下执行的。它包括作业如何输入到系统中，当作业被调度选中后如何控制它的运行，作业在运行过程中发生错误或出现故障时应怎样处理，计算的结果如何输出等。,2.3.2 作业管理的功能,2.4.1 早期联机输入输出 2.4.2 脱机输入输出 2.4.3 Spooling系统,2.4 作业的输入与输出,2.4.1 早期联机输入输出,早期的批处理系统中，每个用户将需要计算机解决的计算工作组织成一个作业，交给机房。由操作员把一批作业装到输入设备(如卡片机、纸带机)上，再由监督程序送到辅存（早期是磁带），然后再由调度程
10、序从磁带上选择若干个作业投入运行。,2.4.2 脱机输入输出,脱机批处理系统由主机和卫星机（又称外围计算机）组成。,Spooling系统指脱机IO不再单独使用卫星机，而是由主机上的通道来完成，并可与主机并行工作，为实现此功能所配置的软件系统。它们和用户进程一样，也受系统调度程序调度运行，但它们的优先级比任何用户进程都高。输入进程负责从输入设备上读入作业，把作业记录在一组盘区中（这组盘区称为作业的输入井）。一个用户作业在运行中有信息要输出时，首先通过文件管理系统组织输出文件，并存于相应的一组盘区中（这组盘区称为作业的输出井）。以后当所要的输出设备有空时，系统通过调度Spooling输出进程把输出
11、文件从输出井传送到相应的输出设备。,2.4.3 SPOOLing系统,2.4.3 SPOOLing系统,2.5.1 作业的状态 2.5.2 作业控制块 2.5.3 作业调度的功能及调度性能的衡量 2.5.4 作业调度算法,2.5 作业调度,2.5.1 作业的状态,一个作业在进入系统到运行结束的生命期内，有四种状态：提交状态后备状态运行状态完成状态,系统中往往有很多批处理作业被收容在磁盘输入井中，为了管理和调度这些作业，就必须记录已进入系统的各作业的情况，为此，系统为每个作业设置一个作业控制块（记为JCB），记录作业的有关信息。作业存在的整个过程中，相应的JCB也存在，只有当作业退出系统时，JC
12、B才被撤消。JCB是一个作业存在的标志。,2.5.2 作业控制块,作业调度又称为处理机调度或宏调度，是按照某种调度算法从所有处于后备状态的作业队列中挑选一个或多个作业进入主存中运行作业调度还要为选中的作业分配资源，做好作业运行前的准备。完成作业调度的程序称为作业调度程序。作业调度在多道批处理系统中是非常必要的。在分时系统中，通常只有进程调度而没有作业调度。因为，分时系统的目的是为了使各用户作业得到快速地运行，对各用户命令的及时响应。,2.5.3 作业调度的功能及调度性能的衡量,作业调度程序的功能按照系统选定的调度算法，从后备作业队列中选取一个或多个作业。为被选中的作业分配运行时所需要的系统资源
13、。如分配主存和外设资源。为被选中的作业开始运行做好一切准备工作。如将作业的后备状态改为运行状态等。作业正常运行完成或因故障而中断需要撤离系统时，作业调度程序还要完成作业的善后处理工作。,2.5.3 作业调度的功能及调度性能的衡量,作业i的周转时间Ti定义为：Ti=Tei-Tsi（其中Tei为作业i的完成时间，Tsi为作业i的提交时间）；n个作业的平均周转时间T为：T=作业i的带权周转时间Wi定义为：Wi=Ti/Tri（其中Tri为作业i的实际运行时间）n个作业的平均带权周转时间W为：W=,2.5.3 作业调度的功能及调度性能的衡量,先来先服务调度算法 短作业优先调度算法 响应比高者优先调度算法
14、 优先数调度算法,2.5.4 作业调度的算法,2.5.4 作业调度的算法-FCFS,1.先来先服务（FCFS）调度算法 总是按作业来到的先后次序进行调度。特点：管理简单；只顾及等待时间，不考虑运行时间，不利于短作业。例：已知4个作业的提交时间和运行时间如下,2.5.4 作业调度的算法-FCFS,FCFS调度算法例子(调度顺序：123-4),2.短作业优先调度算法 依据每个作业的JCB中提供的运行时间，每次调度作业时，总是选取运行时间最短的作业运行。特点：管理简单；不考虑等待时间，可能使长作业等更长时间。,2.5.4 作业调度的算法-SJF,2.5.4 作业调度的算法-SJF,SJF调度算法例子
15、(调度顺序：134-2),综合平衡FCFS和SJF两种算法，定义响应比 f（等待时间运行时间）/运行时间 按f值从大到小依次调度作业运行。响应比高者优先调度算法是介于先来先服务调度算法和短作业优先调度算法之间的一种折衷的算法。它兼顾了运行时间短和等待时间长的作业，但算法较复杂，每当调度作业时，要计算各个作业的响应比。特点：优待短作业；兼顾长作业。,2.5.4 作业调度的算法-HRN,2.5.4 作业调度的算法-HRN,对前面的作业采用响应比高者优先调度算法。首先计算每个作业的响应比，确定调度顺序:首先调度作业1.当作业1结束时：作业2的响应比=1+(10.0-8.5)/0.5=1+3=4 作业
16、3的响应比=1+(10.0-9.0)/0.1=1+10=11 作业4的响应比=1+(10.0-9.5)/0.2=1+2.5=3.5当作业3结束时：作业2的响应比=1+(10.1-8.5)/0.5=1+3.2=4.2 作业4的响应比=1+(10.1-9.5)/0.2=1+3=4所以 调度顺序：1324,2.5.4 作业调度的算法-HRN,HRN调度算法例子(调度顺序：132-4),FCFS算法计算例子,平均周转时间T=（2.00+2.90+3.00）/3=2.63小时平均带权周转时间W=(1.00+2.90+12.00)/3=5.30小时,平均周转时间T=（2.00+3.15+2.00）/3=2
17、.38小时平均带权周转时间W=(1.00+3.15+8.00)/3=4.05小时,按SJF算法计算例子,2.5.4 作业调度的算法-优先数调度算法,优先数调度算法就是选取优先数最高的作业首先运行。确定优先级的方法有两种：静态分配确定 优先级一旦确定后直到执行结束始终保持不变。当一个作业送入系统时，由用户为自己的作业规定一个优先数，这个优先数反映了用户要求运行的急切程度。为了防止有的用户为自己的作业规定一个很高的优先数，系统可对高优先数作业收取高的费用。动态计算确定 优先级是时间的函数，随时间的推移而变化。更好的方法是由系统根据该作业执行时间的长短和对资源要求的多少来规定其优先数。这可以在作业进
18、入系统时确定，亦可在每次选择作业时算出。,2.6.1 脱机控制方式 2.6.2 联机控制方式,2.6 作业控制,作业控制就是对用户对作业的干预 作业控制方式有两种：脱机作业控制也称为作业的自动控制方式，它是为批处理的脱机用户提供的。联机作业控制也称为作业的直控制方式，它是为联机或终端用户提供的。,2.6 作业控制,脱机作业控制通常采用两种途径：作业控制卡作业控制卡方式是早期的一种脱机作业控制方式。作业说明书,2.6.1 脱机控制方式,联机作业控制是指用户通过使用控制台或终端发布命令对作业运行进行的控制。用户根据其操作意图逐个地键入命令控制和指挥作业运行，而系统也通过相应的设备把作业运行的情况和
19、操作结果通知用户。键盘命令格式：命令字 参数1 参数2 键盘命令通常包括：（1）作业控制命令 sort（2）资源申请（重定向）（3）文件操作命令 copy type Del（4）目录操作命令 cd rd md dir（5）控制转移 goto,2.6.2 联机控制方式,2.6.2 联机控制方式,例子Dirfile1/*将文件目录写入file1*/Type file2 file1/*将文件file2内容追加到file1末尾*/Copy file3 con:/*显示file3的内容*/Sort file1/*将文件file1排序显示*/,2.6.2 联机控制方式,利用从定向命令完成数据文件复制(CY
20、.BAT)echo offif exist%1 goto lab1echo%1 not found!goto lab2:lab1 type%1%2echo 1 file copyied!:lab2 用法：CY f1.txt f2.txt,2.7.1 Windows XP的系统命令 2.7.2 Windows XP的GUI 2.7.3 Win32 API函数,2.7 Windows XP的用户接口,Windows XP的命令具有以下特点：有些命令只能通过命令行直接执行复制、粘贴操作不同能前后浏览每一步操作屏幕所显示的内容直接支持系统已挂接的码表输入法,2.7.1 Windows XP的系统命令,
21、Windows XP 的图形用户界面组成元素：桌面桌面是用户使用计算机的平台，也就是计算机屏幕，它提供了用户操作计算机的方式。窗口 菜单菜单是一种提供给用户执行程序的接口，由菜单条、弹出式菜单、下拉式菜单等组成。对话框对话框是某一应用程序执行基本命令是弹出的矩形区域，它包括标题栏、文本框、列表框、下拉列表框、按钮、单选按钮、复选框、微调按钮即标签等。,2.7.2 Windows XP的GUI,Win32 API函数指的是在32位Windows系统下使用的API函数。Windows的应用程序编程接口是Windows操作系统提供给程序员的编程接口，其主要功能是以API函数的方式向程序员提供Windows系统服务调用。每一个API函数对应一个系统服务功能，通过API函数，在用户程序中可以实现诸如建立窗口、绘图及使用硬件设备等功能。,2.7.3 Win32 API函数,课堂练习,设某单道程序系统的作业如下：如果分别采用先来先服务、短作业优先和最响应比高优先的调度算法从9:00开始调度 试完成：（1）分别指出它们的调度顺序；（2）分别计算它们的平均周转时间。,解：（1）调度顺序都是 j1j2j3j4j5(2)平均周转时间T=（5030254065）/5210/5=42（分钟）,习 题二,P49 2 4 6 9 10 12 13 选作11,
