操作系統(tǒng)第2章作業(yè)管理和用戶接口課件

2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟1第2章作業(yè)管理和用戶接口2.1用戶與操作系統(tǒng)間的接口2.2作業(yè)管理的基本概念2.3作業(yè)管理的任務(wù)和功能2.4作業(yè)的輸入與輸出2.5作業(yè)調(diào)度2.6作業(yè)控制2.7WindowsXP的用戶接口2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟22.1用戶與操作系統(tǒng)間的接口2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟3操作系統(tǒng)的用戶界面（或稱接口）是操作系統(tǒng)提供給用戶與計(jì)算機(jī)打交道的外部機(jī)制。用戶能夠借助這種機(jī)制和系統(tǒng)提供的手段來(lái)控制用戶所在的系統(tǒng)。命令接口，是為用戶提供的直接使用接口，用戶利用這些命令可以組織和控制作業(yè)的執(zhí)行或管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；程序接口，是為用戶提供的間接使用接口，用戶利用這個(gè)接口在設(shè)計(jì)程序時(shí)調(diào)用操作系統(tǒng)的相應(yīng)功能。2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟4操作系統(tǒng)提供兩個(gè)用戶接口：程序接口：系統(tǒng)功能調(diào)用命令接口：作業(yè)控制語(yǔ)言（早期批處理操作系統(tǒng)）鍵盤命令（交互式操作系統(tǒng)，分時(shí)操作系統(tǒng)為代表）圖形用戶接口（LINUX、WINDOWS）2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟5程序接口系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)與用戶的接口之一，用戶在程序中使用系統(tǒng)調(diào)用請(qǐng)求操作系統(tǒng)的服務(wù)。（系統(tǒng)調(diào)用命令、進(jìn)管指令、訪管指令）。系統(tǒng)調(diào)用的功能設(shè)備管理、文件管理、進(jìn)程控制、進(jìn)程通信、存儲(chǔ)管理、系統(tǒng)管理通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用接口也可使用系統(tǒng)命令。C語(yǔ)言里的system()函數(shù)如UNIX系統(tǒng)：system("cp-rdoc/tmp")2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟6系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上系統(tǒng)調(diào)用語(yǔ)句本身是硬件提供的（機(jī)器指令），但其所調(diào)用的功能是操作系統(tǒng)提供的。每種機(jī)器的機(jī)器指令集中都有一條系統(tǒng)調(diào)用指令。不同的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)的具體方法有所不同，但其實(shí)質(zhì)的特點(diǎn)是相同的：每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)；每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用有一個(gè)對(duì)應(yīng)的執(zhí)行程序段；每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用要求一定數(shù)量的輸入?yún)?shù)和返回值；整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行程序入口地址表；2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟72023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟8系統(tǒng)調(diào)用與普通過(guò)程調(diào)用的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)相同點(diǎn)改變指令流程重復(fù)執(zhí)行和公用改變指令流程后需要返回原處不同點(diǎn)執(zhí)行狀態(tài)不同進(jìn)入方式不同返回不同嵌套或遞歸調(diào)用2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟9命令接口聯(lián)機(jī)命令接口也叫交互式用戶接口，它用于聯(lián)機(jī)作業(yè)控制，它是由一組鍵盤操作命令組成。用戶通過(guò)控制臺(tái)或終端鍵入操作命令，向系統(tǒng)提出各種服務(wù)請(qǐng)求。用戶每輸入完一條命令，控制就轉(zhuǎn)向命令解釋程序，然后命令解釋程序?qū)︽I入的命令解釋執(zhí)行，完成指定的功能。最后，控制又轉(zhuǎn)回到控制臺(tái)或終端，此時(shí)用戶可以鍵入下一條命令。聯(lián)機(jī)命令接口處理的是交互式作業(yè)，它的控制方式有三種，即鍵盤命令、菜單控制和窗口控制。脫機(jī)命令接口也稱批處理用戶接口，它用于脫機(jī)作業(yè)控制。脫機(jī)作業(yè)控制又分為作業(yè)控制卡和作業(yè)說(shuō)明書(shū)兩種方式。由一組作業(yè)控制命令組成。2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟10作業(yè)控制語(yǔ)言在批處理操作系統(tǒng)時(shí)代，用戶使用機(jī)是采用脫機(jī)方式，即用戶將自己的程序、數(shù)據(jù)和用作業(yè)控制語(yǔ)言編寫的上機(jī)操作的步驟的程序一起提交給計(jì)算中心（或機(jī)房），隔一段時(shí)間去機(jī)房取結(jié)果。是描述批處理作業(yè)控制執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，是對(duì)用戶作業(yè)組織和管理命令的集合，是系統(tǒng)提供給用戶用來(lái)描述其作業(yè)控制意圖的工具。

2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟112.2作業(yè)管理的基本概念一個(gè)作業(yè)是指在一次應(yīng)用業(yè)務(wù)處理過(guò)程中，從輸入開(kāi)始到輸出結(jié)束，用戶要求計(jì)算機(jī)所做的有關(guān)該次業(yè)務(wù)處理的全部工作。用戶的觀點(diǎn)：在一次業(yè)務(wù)處理過(guò)程中，從輸入程序和數(shù)據(jù)到輸出結(jié)果的全過(guò)程。作業(yè)步：形成中間結(jié)果文件。系統(tǒng)的觀點(diǎn)（針對(duì)作業(yè)進(jìn)行資源分配）：作業(yè)由程序及數(shù)據(jù)（作業(yè)體）和作業(yè)說(shuō)明書(shū)（作業(yè)控制語(yǔ)言）2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟12作業(yè)由不同的順序相連的作業(yè)步組成。作業(yè)步是在一個(gè)作業(yè)的處理過(guò)程中，計(jì)算機(jī)所做的相對(duì)獨(dú)立的工作。作業(yè)流：一次有一批作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)，并在操作系統(tǒng)控制下，一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行處理作業(yè)分類批量型作業(yè)終端型作業(yè)（交互型作業(yè)）2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟132.3作業(yè)管理的任務(wù)和功能作業(yè)管理的主要任務(wù)：是完成用戶要求的全過(guò)程處理上的宏觀管理。作業(yè)進(jìn)入作業(yè)調(diào)度作業(yè)控制作業(yè)退出采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)每個(gè)作業(yè)設(shè)置一個(gè)作業(yè)控制塊（JCB），用來(lái)記錄作業(yè)的有關(guān)信息2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟142.4作業(yè)的輸入與輸出無(wú)通道處理方式：聯(lián)機(jī)（降低了CPU效率）：由主機(jī)直接控制輸入/輸出；I/O與作業(yè)處理不能并行。脫機(jī)（人工干預(yù)）：通過(guò)磁帶或磁盤在外圍處理機(jī)與主機(jī)之間交換作業(yè)（需人工移動(dòng)）；用于主機(jī)不太快的情況。直接耦合：通過(guò)共享外存在外圍處理機(jī)與主機(jī)之間交換作業(yè)；用于高速主機(jī)。2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟15有通道處理：輸入/輸出由主機(jī)和通道來(lái)承擔(dān)。假脫機(jī)(spooling,SimultaneouslyPeripheralOperationOnLine)：系統(tǒng)把作業(yè)處理的全過(guò)程劃分為相對(duì)獨(dú)立的三個(gè)部分--輸入流、處理流和輸出流。spooling-in/spooling-out進(jìn)程：控制輸入/輸出；網(wǎng)絡(luò)：在網(wǎng)絡(luò)上一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行作業(yè)輸入/輸出，在另一臺(tái)主機(jī)上運(yùn)行；2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟162.5作業(yè)調(diào)度作業(yè)狀態(tài)2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟17作業(yè)控制塊（JobControlBlock-JCB）：作業(yè)存在的唯一標(biāo)志，是系統(tǒng)為管理作業(yè)所設(shè)置的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放了管理和控制作業(yè)所必需的信息內(nèi)容簡(jiǎn)介：作業(yè)名、當(dāng)前狀態(tài)、資源要求清單（外設(shè)號(hào)、內(nèi)存大小、文件量）、資源使用情況（時(shí)間記錄：進(jìn)入、開(kāi)始運(yùn)行、已運(yùn)行時(shí)間、內(nèi)存地址）、作業(yè)類型（占CPU時(shí)間、I/O吞吐量、響應(yīng)時(shí)間要求）、優(yōu)先權(quán)等注：管理表格設(shè)計(jì)要記住設(shè)計(jì)原則，即要想管理得好其表項(xiàng)內(nèi)容要記錄必要的詳細(xì)內(nèi)容2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟18作業(yè)調(diào)度是指按某種算法把處于后備狀態(tài)的作業(yè)的一個(gè)或一批調(diào)度到主機(jī)上運(yùn)行。作業(yè)調(diào)度也稱為宏觀調(diào)度。作業(yè)調(diào)度程序要完成以下工作：(1)按照某種調(diào)度算法從后備作業(yè)隊(duì)列中挑選作業(yè)。(2)為選中的作業(yè)分配主存和外設(shè)資源。(3)為選中的作業(yè)建立相應(yīng)的進(jìn)程。(4)構(gòu)造和填寫作業(yè)運(yùn)行時(shí)所需的有關(guān)表格。(5)作業(yè)結(jié)束時(shí)完成該作業(yè)的善后處理工作，如收回資源，輸出必要的信息，撤消該作業(yè)的全部進(jìn)程(PCB)和作業(yè)控制塊JCB。2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟19調(diào)度原則：公平，合理，使用戶滿意提高系統(tǒng)資源利用率，如提高系統(tǒng)吞吐量作業(yè)調(diào)度算法的評(píng)價(jià)因素作業(yè)吞吐量：運(yùn)行盡可能多的作業(yè)；充分利用資源：CPU忙、I/O設(shè)備忙；對(duì)各作業(yè)公平、合理，使用戶滿意：執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)短、等待時(shí)間等；2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟20作業(yè)調(diào)度的性能指標(biāo)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間：設(shè)i作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間為Ti=Tci-Tsc；（TciTsc分別為作業(yè)的完成時(shí)間和作業(yè)的提交時(shí)間）平均周轉(zhuǎn)時(shí)間：T=（∑Ti）/n（n為作業(yè)個(gè)數(shù)）平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間：設(shè)i作業(yè)的帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間為Wi=Ti/tri；（tri作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間）平均周轉(zhuǎn)時(shí)間：W=（∑Wi）/n（n為作業(yè)個(gè)數(shù)）2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟21作業(yè)調(diào)度算法先來(lái)先服務(wù)（FCFS）算法

按照作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)的先后次序進(jìn)行調(diào)度，先進(jìn)入系統(tǒng)者先調(diào)度；即啟動(dòng)等待時(shí)間最長(zhǎng)的作業(yè)。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、公平缺點(diǎn)：沒(méi)考慮資源利用率和作業(yè)的特殊性FCFS算法利于長(zhǎng)作業(yè)，不利于短作業(yè)，而大多數(shù)的作業(yè)是I/O繁忙的短作業(yè)。以FCFS作為主調(diào)度算法是不常用的。2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟22短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法（SJF）

以要求運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行調(diào)度，即啟動(dòng)要求運(yùn)行時(shí)間最短的作業(yè)。 優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)了資源的充分利用，保證了系統(tǒng)的最大吞吐量（單位時(shí)間里處理作業(yè)的個(gè)數(shù)）。缺點(diǎn)：不公平，會(huì)造成長(zhǎng)作業(yè)長(zhǎng)期等待。結(jié)論：假設(shè)系統(tǒng)中所有作業(yè)同時(shí)到達(dá)，可以證明采用SJF能得到最短的作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟23先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法和短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟24高響應(yīng)比優(yōu)先（HRF）：響應(yīng)比最高的作業(yè)優(yōu)先啟動(dòng)。響應(yīng)比=（等待時(shí)間+估計(jì)運(yùn)行時(shí)間）/估計(jì)運(yùn)行時(shí)間該算法是FCFS和SJF的結(jié)合，克服了兩種算法的缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):公平，吞吐率大缺點(diǎn):增加了計(jì)算，增加了開(kāi)銷2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟25優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法選擇優(yōu)先級(jí)高的作業(yè)投入運(yùn)行優(yōu)先數(shù)的確定用戶確定系統(tǒng)確定靜態(tài)優(yōu)先數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)先數(shù)分類調(diào)度算法把作業(yè)分類，作業(yè)調(diào)度從不同類型作業(yè)中去調(diào)度作業(yè)根據(jù)作業(yè)對(duì)資源要求分類：I/O型、CPU型和均衡型2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟262.6作業(yè)控制脫機(jī)作業(yè)控制是指用戶把自己對(duì)作業(yè)執(zhí)行的控制意圖連同該作業(yè)的源程序和初始數(shù)據(jù)一起輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)就可以按照說(shuō)明書(shū)來(lái)控制作業(yè)的執(zhí)行。特點(diǎn)按照這種方式執(zhí)行的作業(yè)，不需要用戶的干預(yù)，由系統(tǒng)自動(dòng)完成。這種方式也稱為脫機(jī)控制方式，或自動(dòng)控制方式，它適合對(duì)作業(yè)的成批處理。采用這種處理方式的作業(yè)稱為批處理作業(yè)，或脫機(jī)作業(yè)。2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟27作業(yè)控制卡方式是指用戶將其操作意圖，用控制語(yǔ)言提供的有關(guān)作業(yè)控制命令穿孔在若干卡片上，以控制作業(yè)的運(yùn)行的一種形式。用戶按照要求將作業(yè)控制卡插入到作業(yè)卡片疊的適當(dāng)位置上。系統(tǒng)分批讀入這些卡片后開(kāi)始運(yùn)行，并按照這些控制卡的信息，指揮和控制作業(yè)的運(yùn)行，這些作業(yè)控制卡是早期的一種作業(yè)控制方式。作業(yè)說(shuō)明書(shū)也是用作業(yè)控制語(yǔ)言來(lái)表達(dá)用戶對(duì)作業(yè)控制意識(shí)的，在形式上同用高級(jí)編程語(yǔ)言編制的程序相似。相對(duì)于作業(yè)控制卡分散的缺點(diǎn)它具有集中、便于修改、靈活等優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)1905機(jī)GEOGE語(yǔ)言是典型的高級(jí)算法的作業(yè)控制語(yǔ)言。2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟28聯(lián)機(jī)作業(yè)控制用戶把自己對(duì)作業(yè)執(zhí)行的控制意圖用操作控制命令輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中，用戶逐條輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)接到的命令控制作業(yè)的執(zhí)行。一條命令所要求的工作做完后，系統(tǒng)通知用戶命令的執(zhí)行情況，且允許用戶再輸入一條命令，以控制作業(yè)繼續(xù)執(zhí)行，直到作業(yè)執(zhí)行結(jié)束。在作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中系統(tǒng)與用戶不斷地交換信息。采用這種方式執(zhí)行的作業(yè)，需要用戶的及時(shí)干預(yù)，這種方式也稱為直接控制方式，或手動(dòng)控制方式，它適合對(duì)終端用戶作業(yè)的處理。采用這種控制方式的作業(yè)稱為終端作業(yè)或交互式作業(yè)。

2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟29交互式作業(yè)的控制命令控制這種控制方式是通過(guò)用戶使用系統(tǒng)提供的操作控制命令（鍵盤命令）實(shí)現(xiàn)的。菜單控制當(dāng)一個(gè)程序具有若干項(xiàng)可以供用戶選擇的功能時(shí)，一般都用交互式方式進(jìn)行分支處理。窗口控制窗口控制采用了圖形化的操作界面。GUI2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟30終端作業(yè)管理終端連接是指終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在線路上接通。用戶注冊(cè)是指對(duì)終端作業(yè)的作業(yè)調(diào)度。作業(yè)控制是指注冊(cè)成功的用戶通過(guò)系統(tǒng)提供的命令或會(huì)話語(yǔ)句控制作業(yè)的執(zhí)行。用戶退出是指釋放用戶占用的資源退出系統(tǒng)。2023/7/25HZAU理學(xué)院計(jì)算機(jī)系姚娟312.7WindowsXP的用戶接口命令接口系統(tǒng)命令：命令提示符圖形用戶界面GUI1.窗口系統(tǒng)(windowsystem)的特點(diǎn)2.窗口系統(tǒng)的圖形元素及其狀態(tài)3.窗口管理器(windowmanager)程序接口API后面內(nèi)容直接刪除就行資料可以編輯修改使用資料可以