N計算機操作系統(tǒng)教程第三章

計算機操作系統(tǒng)教程---------Linux實例分析程驊信息科學(xué)與工程學(xué)院3.1

操作系統(tǒng)的用戶接口程序級接口作業(yè)控制級接口3.1.1程序級接口

用戶在程序中直接使用系統(tǒng)調(diào)用指令來調(diào)用操作系統(tǒng)的有關(guān)功能。3.系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行過程4.處理機的狀態(tài)及特權(quán)指令管態(tài)：

處理機在執(zhí)行操作系統(tǒng)的程序代碼時所處的狀態(tài)目態(tài)：

處理機在執(zhí)行用戶程序和其它系統(tǒng)應(yīng)用程序時所處的狀態(tài)3.1.2作業(yè)控制級接口作業(yè)級接口：是操作系統(tǒng)為用戶在作業(yè)一級請求系統(tǒng)服務(wù)而設(shè)置的脫機用戶接口（批處理）——作業(yè)控制語言這種接口主要是用于批處理系統(tǒng)聯(lián)機用戶接口（交互式）——命令級接口（鍵盤命令）用于以交互方式請求操作系統(tǒng)服務(wù)命令行接口圖用用戶界面3.2作業(yè)管理3.2.1作業(yè)的基本概念作業(yè)：用戶在一次計算過程中或一次事務(wù)處理過程中，要求計算機系統(tǒng)所做工作的總稱。作業(yè)步：一個作業(yè)可劃分成若干部分，處理作業(yè)的各個獨立的子任務(wù)稱為一個作業(yè)步。作業(yè)流：把若干作業(yè)依次放在輸入設(shè)備上，在操作系統(tǒng)控制下依次運行用戶作業(yè)作業(yè)步作業(yè)步進程進程線程線程.........由用戶創(chuàng)建由用戶指定由系統(tǒng)創(chuàng)建作業(yè)、作業(yè)步進程和線程的關(guān)系基本概念作業(yè)的組成：由程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書三部分組成。作業(yè)的處理過程：作業(yè)的類型：脫機作業(yè)------脫機用戶接口------批處理方式聯(lián)機作業(yè)------聯(lián)機用戶接口------交互式方式3.2.2作業(yè)控制方式1.批處理方式2.交互控制方式（1）操作控制命令

（2）菜單技術(shù)

（3）窗口技術(shù)

交互式系統(tǒng)作業(yè)管理由一組操作系統(tǒng)命令實現(xiàn)，采用人機對話的方式來控制作業(yè)的運行。為聯(lián)機用戶接口方式接口方式：命令驅(qū)動方式窗口系統(tǒng)與菜單驅(qū)動方式命令文件方式命令驅(qū)動方式用戶通過控制臺終端輸入操作系統(tǒng)提供的命令來控制自己的作業(yè)運行，系統(tǒng)接受到一條命令后由命令處理程序解釋并執(zhí)行，然后通過屏幕顯示將結(jié)果報告給用戶。用戶根據(jù)結(jié)果決定下一步的操作，直到作業(yè)完成?；救蝿?wù)：解釋命令，傳送命令以便執(zhí)行接受系統(tǒng)信息，提交給用戶（以響應(yīng)語言的形式）特點：交互式命令的接口復(fù)雜，系統(tǒng)利用率低；控制靈活方便接口包括：一組聯(lián)機命令，終端處理程序，命令解釋程序終端處理與命令解釋程序終端處理程序用戶同操作系統(tǒng)的通信通過一個輸入/輸出裝置來實現(xiàn)，由一個終端處理程序管理和控制直接影響命令接口的一些問題回送顯示（Echoing）提前打入（Typeahead）字符變換行緩沖中斷字符（BreakCharacters）命令解釋程序兩種處理方法：由終端命令解釋程序直接處理由子進程代為處理窗口系統(tǒng)與菜單驅(qū)動方式命令行方式：要求用戶記憶命令格式圖形用戶接口方式：用戶可利用鼠標(biāo)對屏幕上的圖標(biāo)進行操作，完成與操作系統(tǒng)的交互，從而減少記憶內(nèi)容，方便用戶使用。圖形用戶接口的技術(shù)基礎(chǔ)：高分辯顯示器和鼠標(biāo)效率沒有命令行方式高命令文件方式把一系列命令組裝成文件的方法，然后用文件名作為命令名執(zhí)行另外一系列命令針對大量順序操作功能而設(shè)計，實現(xiàn)了聯(lián)機狀態(tài)下的批處理操作批處理命令可以是專門的命令，也可是系統(tǒng)的基本命令；還有有關(guān)的語法結(jié)構(gòu)，循環(huán)、分支、轉(zhuǎn)移、判別等，構(gòu)成一套特殊的命令語言特點：接受參數(shù)、變量，宏變量替換允許嵌套形式調(diào)用其他命令文件允許參數(shù)來自終端的命令文件本身允許執(zhí)行顯示到終端、存入文件或送入打印機允許命令加入注釋出錯時允許用戶干預(yù)可把輸入傳給程序，可有循環(huán)、分支、轉(zhuǎn)移等3.3批處理作業(yè)的管理3.3.1批處理作業(yè)的組織3.3.2批處理作業(yè)的輸入3.3.3作業(yè)控制塊是作業(yè)的描述信息與控制信息批處理系統(tǒng)作業(yè)處理把對作業(yè)進行控制的意圖連同程序和數(shù)據(jù)及發(fā)生故障后的處理措施一起輸入系統(tǒng)中，由系統(tǒng)根據(jù)該意圖來控制作業(yè)的執(zhí)行。為脫機用戶接口方式由作業(yè)控制語言JCL組成作業(yè)控制語言JCL書寫作業(yè)說明書的語言稱為作業(yè)控制語言用于描述批處理作業(yè)處理過程控制意圖的一種特殊程序類別：包括I/O命令、編譯命令、操作命令及條件命令等脫機用戶接口的形式作業(yè)控制卡用在早期批處理系統(tǒng)管理中。使用作業(yè)控制語言JCL，穿孔在卡片上作業(yè)說明書使用某些作業(yè)控制命令將用戶對作業(yè)的意圖寫成作業(yè)說明書，實現(xiàn)對作業(yè)的控制。表達用戶對作業(yè)的控制意圖內(nèi)容：作業(yè)的基本描述、作業(yè)控制描述、資源要求描述作業(yè)控制塊

(JCB,JobControlBlock)用來對作業(yè)進行描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為作業(yè)控制塊（JCB）作業(yè)控制塊是批處理作業(yè)存在的標(biāo)志保存系統(tǒng)對于作業(yè)進行管理所需要的全部信息位于磁盤區(qū)域中，和作業(yè)一一對應(yīng)內(nèi)容：信息數(shù)量及內(nèi)容因系統(tǒng)而異生命周期：建立，使用，撤銷3.3.4作業(yè)狀態(tài)1.提交狀態(tài)（進入狀態(tài)）用戶通過輸入設(shè)備向系統(tǒng)提交一個作業(yè)時所處的狀態(tài)。2.后備狀態(tài)用戶作業(yè)經(jīng)輸入設(shè)備送入輸入井中存放，等待進入內(nèi)存時所處的狀況3.執(zhí)行狀態(tài)（執(zhí)行狀態(tài)）作業(yè)分配到所需資源，被調(diào)入內(nèi)存時所處的狀況4.完成狀態(tài)（退出狀態(tài)）作業(yè)完成了計算任務(wù)，結(jié)果由打印機輸出3.4處理機調(diào)度的級別高級調(diào)度：又稱為作業(yè)調(diào)度

根據(jù)一定的算法，從輸入的一批作業(yè)中選出若干個作業(yè)調(diào)入內(nèi)存.2.低級調(diào)度：又稱進程調(diào)度

根據(jù)一定的調(diào)度算法，從就緒隊列中選擇一個進程，使其獲得處理機執(zhí)行。3.線程調(diào)度

作業(yè)調(diào)度的功能1)記錄系統(tǒng)中各個作業(yè)的情況2)按照某種調(diào)度算法從后備作業(yè)中挑選作業(yè)3)為選中的作業(yè)分配內(nèi)存和外設(shè)等資源并為作業(yè)建立相應(yīng)的進程4)作業(yè)結(jié)束后進行善后處理工作,即收回該作業(yè)所占用的全部資源,撤消與該作業(yè)相關(guān)的全部進程和該作業(yè)的JCB

3.4.1作業(yè)調(diào)度2.性能評價標(biāo)準(zhǔn)（1）調(diào)度策略的選擇1）提高處理機與外設(shè)的并行程度2)提高主存的利用效率3)提高作業(yè)的吞吐量4）作業(yè)調(diào)度算法應(yīng)盡量簡單，使系統(tǒng)的時間和空間開銷最?。?）作業(yè)調(diào)度性能衡量1）周轉(zhuǎn)時間作業(yè)i的周轉(zhuǎn)時間:Ti=Tei–Tsi作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時間:2）帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間作業(yè)i的帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間:Wi=Ti∕TriTei：作業(yè)i的完成時間Tsi：作業(yè)i的提交時間Ti：作業(yè)i的周轉(zhuǎn)時間Tri：作業(yè)i的執(zhí)行時間作業(yè)的平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間:（1）先來先服務(wù)（FCFS）

3.常用的作業(yè)調(diào)度算法優(yōu)點：算法簡單、便于實現(xiàn)缺點：導(dǎo)致短作業(yè)等待時間過長

作業(yè)名進入輸入井時間需計算時間需內(nèi)存量(KB)A8:064215B8:183060C8:362450D9:182410E9:181220（2）短作業(yè)優(yōu)先算法(SJF)優(yōu)點：作業(yè)平均等待時間最小和作業(yè)吞吐重量大缺點：若系統(tǒng)不斷接納新作業(yè)，則可能導(dǎo)致大作業(yè)長期等待

（3）最高響應(yīng)比優(yōu)先算法(HRN)響應(yīng)比＝作業(yè)等待時間∕作業(yè)運行時間

（4）優(yōu)先級算法分為靜態(tài)優(yōu)先數(shù)法和動態(tài)優(yōu)先數(shù)法

作業(yè)優(yōu)先數(shù)=(等待時間)2－所需運行時間－16×輸出量

例如：

1.

進程調(diào)度的功能

3.4.2進程調(diào)度

（1）記錄當(dāng)前進程的情況

（2）選擇占有處理機的進程。（3）進行進程上下文切換1)完成任務(wù)。正在運行的進程完成其任務(wù)后，

釋放對CPU的控制

2)等待資源。由于等待某些資源或事件，正在

運行的進程不得不放棄CPU

2.進程調(diào)度的時機3)運行到時。在分時系統(tǒng)中，當(dāng)前進程使用完規(guī)

定的時間片，時鐘中斷使該進程讓

出CPU

4)發(fā)現(xiàn)標(biāo)志。核心處理完中斷或陷入事件后，

發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中“重新調(diào)度”標(biāo)志被置上

（1）保存處理器的上下文，包括程序計數(shù)器和其它寄存器（2）用新狀態(tài)和其它相關(guān)信息更新正在運行

進程的PCB3.進程上下文切換（3）把原來的進程移至就緒或等待隊列（4）選擇另一就緒進程并更新被選進程PCB

（5）從被選中進程中重裝入CPU上下文

3．6．1進程調(diào)度

調(diào)度方式采用“搶占式優(yōu)先級”方式調(diào)度策略3.5Linux系統(tǒng)中的進程調(diào)度

SCHED_FIFO適合于實時進程2)SCHED_RR對應(yīng)“時間片輪轉(zhuǎn)法”，適合于

每次運行需要較長時間的實時進程3)SCHED_OTHER是傳統(tǒng)的UNIX調(diào)度策略，

適合于交互式的分時進程

1)當(dāng)前進程調(diào)用nanosleep()或者pause()，使自己進入睡眠狀態(tài)，主動讓出一段時間CPU的使用權(quán)

3.調(diào)度時機2)進程終止，永久地放棄對CPU的使用

3)在時鐘中斷處理程序執(zhí)行過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前進程連續(xù)

運行的時間過長

4)當(dāng)喚醒一個睡眠進程時，發(fā)現(xiàn)被喚醒的進程比當(dāng)前進

程更有資格運行

5)一個進程通過執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用來改變調(diào)度策略或者降低

自身的優(yōu)先權(quán)（如nice命令），從而引起立即調(diào)度。

3．6．3系統(tǒng)初啟3．6．2shell基本工作原理a.硬件檢測

b.加載引導(dǎo)程序

1)bootsect．Ｓ，這是Linux的引導(dǎo)扇區(qū)的源代碼,匯編后不能超過512字節(jié).2)Setup．Ｓ,這是輔助程序的一部分.3)Video．Ｓ,這是另一部分輔助程序,用于引導(dǎo)過程中的屏幕顯示.c.系統(tǒng)初始化

d.用戶登錄

3.1.2作業(yè)控制級接口