1、Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理操作系統（第3版）第第2 2章章 用戶接口和作業用戶接口和作業管理管理(4 (4課時課時) )Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理教學目標p了解聯機命令的格式、類型；了解聯機命令的格式、類型；p了解了解終端處理程序終端處理程序的功能及的功能及命令解釋程序命令解釋程序的作用和的作用和工作流程；工作流程；p領會領會系統調用系統調用的概念、類型和實現。的概念、類型和實現。p了解了解批處理作業批處理作業和和交互式作業交互式作業的管理的管理 Page 計算機科學與工程學

2、院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理教學重點和難點教學重點：教學重點： 系統調用的基本概念系統調用的基本概念 作業調度算法（詳細講解、聯系實際）作業調度算法（詳細講解、聯系實際）教學難點：教學難點： 系統調用與一般過程調用的區別系統調用與一般過程調用的區別 作業調度算法作業調度算法 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理第2章用戶接口和作業管理Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理課程引入本章主要探討兩個問題，接口和作業管理。本章主要探討兩個問題，接口和作業管理。 為了方便用戶

3、使用計算機，為了方便用戶使用計算機，OS必須為用戶提供良好的接口；必須為用戶提供良好的接口； 為了提高計算機的利用率，產生了支持多個作業處理的系統，為了提高計算機的利用率，產生了支持多個作業處理的系統，系統將采用怎樣的處理和調度策略來管理作業，才能達到用系統將采用怎樣的處理和調度策略來管理作業，才能達到用戶與系統之間的最優效率戶與系統之間的最優效率。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.1 概述2.1.1 2.1.1 作業的基本概念作業的基本概念 OSOS是為用戶使用計算機服務的軟件，而為用戶是為用戶使用計算機服務的軟件，而為用戶服務是通過為

4、用戶的作業和進程服務來實現的。服務是通過為用戶的作業和進程服務來實現的。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.1 概述2.1.1 2.1.1 作業的基本概念作業的基本概念 概念概念 作業：作業：是指在一次應用業務處理過程中，從輸入開始是指在一次應用業務處理過程中，從輸入開始到輸出結束，用戶要求計算機所做工作的集合。到輸出結束，用戶要求計算機所做工作的集合。 作業的組成：由用戶程序、所需要的數據、作業說作業的組成：由用戶程序、所需要的數據、作業說明書三部分組成。明書三部分組成。 作業步：作業步：一個作業的完成通常要經歷建立、編譯、連一個作業的完

5、成通常要經歷建立、編譯、連接裝配和運行。這些要求計算機處理的相對獨立的每步驟叫接裝配和運行。這些要求計算機處理的相對獨立的每步驟叫做做作業步作業步。一個作業的各個作業步之間是互相聯系的，在邏。一個作業的各個作業步之間是互相聯系的，在邏輯上是順序執行的。輯上是順序執行的。 作業流：作業流：一次有一批作業進入系統，并在操作系統控一次有一批作業進入系統，并在操作系統控制下，一個接一個地進行處理，稱之為制下，一個接一個地進行處理，稱之為作業流作業流 作業的兩種基本類型作業的兩種基本類型：批處理作業、交互式作業：批處理作業、交互式作業Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用

6、戶接口和作業管理2.1 概述2.1.2 2.1.2 用戶接口用戶接口 人們研究、設計人們研究、設計OSOS的目的就是為了方便用戶使的目的就是為了方便用戶使用計算機。用戶通過用計算機。用戶通過OSOS控制和使用計算機，不再與控制和使用計算機，不再與裸機發生直接的關系，這樣裸機發生直接的關系，這樣OSOS就成為用戶和計算機就成為用戶和計算機之間的接口。之間的接口。 命令接口命令接口 程序接口（通常由若干系統調用組成）程序接口（通常由若干系統調用組成） 圖形接口圖形接口Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.2 命令接口2.2.1 2.2.1 聯機命

7、令接口聯機命令接口1.1.命令的格式和分類命令的格式和分類格式：格式：命令名命令名 參數參數1 1，參數，參數2 2，參數，參數n n操作控制命令類型操作控制命令類型有：系統訪問命令有：系統訪問命令 ，文件、目錄管理命，文件、目錄管理命令，編輯修改命令，編譯、連接和執行命令，詢問命令，操令，編輯修改命令，編譯、連接和執行命令，詢問命令，操作員專用命令。作員專用命令。例例 color/?,color 3.color/?,color 3.提問：提問：哪種操作系統主要提供了命令接口？哪種操作系統主要提供了命令接口？2.2.命令的接收和解釋執行命令的接收和解釋執行 - - 交互式系統主要包括：一組聯機

8、命令，終端處理程序，交互式系統主要包括：一組聯機命令，終端處理程序，命令解釋程序命令解釋程序答案：DOS。提問：DOS的英文全稱是什么？Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.2 命令接口 終端處理程序終端處理程序 配置在終端上的終端處理程序主要用于實現人配置在終端上的終端處理程序主要用于實現人機交互，具有以下機交互，具有以下功能功能： 接收用戶從終端上輸入的字符接收用戶從終端上輸入的字符 字符緩沖管理。有字符緩沖管理。有專用緩沖和公用緩沖專用緩沖和公用緩沖 回送顯示回送顯示 屏幕編輯屏幕編輯 特殊字符處理。特殊字符處理。中斷、停止上卷、恢復上

9、中斷、停止上卷、恢復上卷卷 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.2 命令接口 命令解釋程序命令解釋程序 功能功能：對用戶輸入的命令進行解釋，并：對用戶輸入的命令進行解釋，并轉入相應的命令處理程序去執行轉入相應的命令處理程序去執行 對命令的處理方法對命令的處理方法： 由命令解釋程序直接處理由命令解釋程序直接處理 由子進程代為處理。對于比較復雜的命令，如對由子進程代為處理。對于比較復雜的命令，如對一個一個C C源程序，命令解釋程序不能處理，此時為源程序，命令解釋程序不能處理，此時為終端用戶創建一個子進程，并由該子進程運行終端用戶創建一個子進程，

10、并由該子進程運行C C編譯程序，以處理該源程序。編譯程序，以處理該源程序。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理命令解釋程序的程序流程圖 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.2 命令接口2.2.2 2.2.2 脫機命令接口脫機命令接口批處理作業在進入系統前，用戶必須用批處理作業在進入系統前，用戶必須用“作業控制語作業控制語言言”寫好一份作業控制說明書，以告訴寫好一份作業控制說明書，以告訴OSOS用戶希望如用戶希望如何控制作業的執行。在作業執行過程中，用戶無法干何控制作業的執行。在作業執行過程中

11、，用戶無法干涉。涉。作業控制語言（作業控制語言（JCLJCL） 對用戶作業進行組織和管理的對用戶作業進行組織和管理的各種控制命令的集合。各種控制命令的集合。作業控制說明書作業控制說明書 是用戶用于描述批處理作業處理過程控制意圖的一是用戶用于描述批處理作業處理過程控制意圖的一種特殊程序。用種特殊程序。用JCLJCL書寫作業控制說明書，規定書寫作業控制說明書，規定OSOS如何如何控制作業的執行。控制作業的執行。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.2 命令接口2.2.2 2.2.2 脫機命令接口脫機命令接口作業控制說明書主要內容作業控制說明書主要

12、內容： 作業的組成：作業的組成：程序程序數據數據作業控制說明書作業控制說明書Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.3 系統調用 提問：提問：哪位同學在編寫程序的時候用過哪位同學在編寫程序的時候用過系統調用？系統調用？ 答：答：在C語言中，有一個名為“exit”的函數，它意味著程序的結束。編譯器會使用系統調用替代它，從而“殺死進程”。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.3 系統調用 系統調用是操作系統系統調用是操作系統提供給編程人員的唯一接口提供給編程人員的唯一接口。程序。程序員利用系統調用

13、，在源程序級動態請求和釋放資源，調用員利用系統調用，在源程序級動態請求和釋放資源，調用系統中的功能來完成與機器相關的工作以及控制程序的執系統中的功能來完成與機器相關的工作以及控制程序的執行速度等。行速度等。2.3.1 2.3.1 系統調用的概念系統調用的概念 由操作系統提供，用戶程序可以調用的包含特權指令由操作系統提供，用戶程序可以調用的包含特權指令的子程序稱為的子程序稱為“系統功能調用系統功能調用”程序程序，或簡稱為，或簡稱為“系統調系統調用用”。如系統調用如系統調用fopenfopen，其參數也許是文件，其參數也許是文件idid、模式（讀、模式（讀寫）寫） 系統調用分類系統調用分類 文件操

14、作類、進程控制類、資源申請類、進程通信類、文件操作類、進程控制類、資源申請類、進程通信類、信息維護類信息維護類 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理Windows系統調用應用程序接口應用程序接口API(application programming interface)API函數調用分類：函數調用分類： 窗口類函數窗口類函數 圖形設備接口圖形設備接口(GDI)類類 系統服務類系統服務類 國際特性類國際特性類 網絡服務類網絡服務類Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.3 系統調用系統調用與一般過

15、程調用的區別：系統調用與一般過程調用的區別：（曾在研究生入學曾在研究生入學考試時考過考試時考過 ） 系統調用通過非特權指令系統調用通過非特權指令訪管指令調用訪管指令調用 * *通過軟中斷進入通過軟中斷進入 一般的過程調用可直接由調用過程轉向被調用過程；一般的過程調用可直接由調用過程轉向被調用過程；系統調用通常都是通過軟中斷機制轉向相應的命令處理程系統調用通常都是通過軟中斷機制轉向相應的命令處理程序序 * *運行在不同的處理器狀態運行在不同的處理器狀態 一般的過程調用，其調用程序和被調用程序都運行在一般的過程調用，其調用程序和被調用程序都運行在相同的處理器狀態相同的處理器狀態 ；系統調用的調用程

16、序運行在目態，而；系統調用的調用程序運行在目態，而被調用程序則運行在管態被調用程序則運行在管態 * *處理器狀態的轉換處理器狀態的轉換 一般的過程調用不涉及系統狀態的轉換；系統調用需一般的過程調用不涉及系統狀態的轉換；系統調用需要系統狀態轉換要系統狀態轉換 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.3 系統調用* *返回問題返回問題 一般的過程調用在被調用過程執行完后，一般的過程調用在被調用過程執行完后，將返回到調用過程繼續執行；系統調用不一將返回到調用過程繼續執行；系統調用不一定返回原調用過程定返回原調用過程* *嵌套調用嵌套調用 像一般過程一

17、樣，系統調用也允許嵌套像一般過程一樣，系統調用也允許嵌套調用，但對嵌套調用的深度都有一定的限制調用，但對嵌套調用的深度都有一定的限制Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.3 系統調用2.3.2 2.3.2 系統調用的處理過程系統調用的處理過程 基本概念基本概念 在系統中為控制系統調用服務的機構稱為在系統中為控制系統調用服務的機構稱為陷入或異常陷入或異常處理機構處理機構 由于系統調用引起處理機中斷的指令稱為由于系統調用引起處理機中斷的指令稱為陷入或異常陷入或異常指令（或稱訪管指令）指令（或稱訪管指令）每個系統調用都對應一個事先給定的功能號每個系

18、統調用都對應一個事先給定的功能號為了實現系統調用，系統設計人員還必須為實現各種為了實現系統調用，系統設計人員還必須為實現各種系統調用功能的子程序編寫入口地址表，每個入口地系統調用功能的子程序編寫入口地址表，每個入口地址都與相應的系統程序名對應起來址都與相應的系統程序名對應起來 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理中斷時的CPU軌跡 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.3 系統調用 系統調用的執行過程大體上分成以下三步系統調用的執行過程大體上分成以下三步 設置系統調用號和參數設置系統調用號和參

19、數 系統調用命令的一般性處理系統調用命令的一般性處理 設置了系統調用號和參數后，可執行一條系統調用命名。設置了系統調用號和參數后，可執行一條系統調用命名。MS-DOSMS-DOS中是執行中是執行INT 21INT 21中斷。中斷。 先保護現場，將現場數據壓入堆棧，再將用戶定義的參先保護現場，將現場數據壓入堆棧，再將用戶定義的參數傳送到指定的地方保護。數傳送到指定的地方保護。 系統調用命令處理程序做具體處理系統調用命令處理程序做具體處理Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理系統調用實現過程示例系統調用實現過程示例 Page 計算機科學與工程學院計算

20、機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理本講練習 用戶程序在用戶態下要使用特權指令引起和中斷屬于（）用戶程序在用戶態下要使用特權指令引起和中斷屬于（） A.硬件故障中斷硬件故障中斷 B.程序中斷程序中斷 C.外部中斷外部中斷 D.方管中斷方管中斷 處理器執行的指令被分為兩類，其中一類稱為特權指令，它處理器執行的指令被分為兩類，其中一類稱為特權指令，它只允許（）只允許（） A.操作員操作員 B.聯機用戶聯機用戶 C.目標程序目標程序 D.操作系統操作系統解析：解析：D。在用戶態下使用特權指令，會產生由用戶態轉。在用戶態下使用特權指令，會產生由用戶態轉向核心切換，產生訪管中斷。向核心切

21、換，產生訪管中斷。解析：解析：D。內核可執行處理器能執行的任何指令，用戶程。內核可執行處理器能執行的任何指令，用戶程序只能執行除特權指令以外的指令。所以特權指令只能由序只能執行除特權指令以外的指令。所以特權指令只能由內核即內核即OS使用。使用。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理 系統調用是由操作系統提供給用戶的，它（系統調用是由操作系統提供給用戶的，它（B）A.直接通過鍵盤交互方式使用直接通過鍵盤交互方式使用 B.只能通過用戶程序間接使用只能通過用戶程序間接使用C.是命令接口中的命令是命令接口中的命令 D.與系統的命令一樣與系統的命令一樣 【

22、2010年計算機聯考真題】下列選項中，操作系統提供給年計算機聯考真題】下列選項中，操作系統提供給應用的接口是（）應用的接口是（）A.系統調用系統調用 B.中斷中斷 C.庫函數庫函數 D.子程序子程序解析：解析：A。操作系統接口主要有命令接口和程序接口，其。操作系統接口主要有命令接口和程序接口，其中程序接口又稱為系統調用。中程序接口又稱為系統調用。庫函數是高級語言中提供的與系統調用對應的函數（也有庫函數是高級語言中提供的與系統調用對應的函數（也有些庫函數與系統調用無關），目的是隱藏些庫函數與系統調用無關），目的是隱藏“訪管訪管”指令的指令的細節，使系統調用更方便、抽象。但要注意，庫函數屬于細節，

23、使系統調用更方便、抽象。但要注意，庫函數屬于用戶程序而非系統調用，是系統調用的上層。用戶程序而非系統調用，是系統調用的上層。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理 操作系統提供給編程人員的接口是（操作系統提供給編程人員的接口是（C）A.庫函數庫函數 B.高級語言高級語言 C.系統調用系統調用 D.子程序子程序 系統調用的目的是（）系統調用的目的是（）A.請求系統服務請求系統服務 B.中止系統服務中止系統服務 C.申請系統資源申請系統資源 D.釋放系統資源釋放系統資源解析：解析：C。操作系統提供給編程人員的接口是程序接口，。操作系統提供給編程人員的

24、接口是程序接口，也就是系統調用也就是系統調用 。解析：解析：A。操作系統不允許用戶直接操作各種硬件資源，。操作系統不允許用戶直接操作各種硬件資源，因此用戶程序只能通過系統調用的方式來請求內核為其服因此用戶程序只能通過系統調用的方式來請求內核為其服務，間接地使用各種資源務，間接地使用各種資源 。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理一分鐘練習操作系統與用戶通信接口通常不包括（）操作系統與用戶通信接口通常不包括（）A.Shell B.命令解釋器命令解釋器 C.廣義指令廣義指令 D.緩存管理指令緩存管理指令解析：解析：D。廣義指令就是系統調用命令，而命

25、令解釋器屬。廣義指令就是系統調用命令，而命令解釋器屬于命令接口，于命令接口，shell指命令解釋器指命令解釋器 。系統中的緩存全部由。系統中的緩存全部由操作系統管理，對用戶是透明的，操作系統不提供管理系操作系統管理，對用戶是透明的，操作系統不提供管理系統緩存的系統調用統緩存的系統調用Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理本次課結束語1. 回顧本次課所講內容回顧本次課所講內容 2. 作業：課后習題作業：課后習題2、6 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理 q引入引入 用戶如何提交作業

26、，用戶如何提交作業，OSOS又如何調度作業運行，這又如何調度作業運行，這些都是作業管理的范疇。些都是作業管理的范疇。q作業管理的基本功能：作業管理的基本功能：作業調度作業調度作業控制（包括：作業如何輸入到計算機，當作業被選作業控制（包括：作業如何輸入到計算機，當作業被選中后如何控制其執行，在執行進如何處理故障，怎樣控中后如何控制其執行，在執行進如何處理故障，怎樣控制計算結果的輸出）制計算結果的輸出）q作業的構成：作業的構成：程序、數據和作業說明書。程序、數據和作業說明書。 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理 2.4.1 2.4

27、.1 作業控制塊和作業表作業控制塊和作業表1.1.作業控制塊（作業控制塊（JCBJCB）JCBJCB是批處理作業存在的標志，其中保存了系統對是批處理作業存在的標志，其中保存了系統對于作業進行管理所需要的全部信息，它們被保存于于作業進行管理所需要的全部信息，它們被保存于磁盤區域中。磁盤區域中。 作業控制塊中包括的內容作業控制塊中包括的內容 1.1.作業本身的內容，如作業的名字、程序作者名作業本身的內容，如作業的名字、程序作者名字、創建時間等字、創建時間等 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理 2. 2.為實現作業調度所需的信息，如

28、作業本身的優為實現作業調度所需的信息，如作業本身的優先數、現在所處的狀態處理機的時間等。先數、現在所處的狀態處理機的時間等。 3.3.作業使用的資源要求，如作業所需內存的大小、作業使用的資源要求，如作業所需內存的大小、打印機、磁帶機等。打印機、磁帶機等。 4.4.系統指示單元，如該作業所在外存中的起址和系統指示單元，如該作業所在外存中的起址和長度等信息長度等信息 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理練習作業在系統中存在與否的唯一標志是（作業在系統中存在與否的唯一標志是（ ）Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶

29、接口和作業管理2.4 作業管理 2.2.作業表作業表 所有作業的作業控制塊構成一個表，稱所有作業的作業控制塊構成一個表，稱為為作業表作業表 作業表存放在外存固定區域中，其長度作業表存放在外存固定區域中，其長度是固定的，這就限制了系統所能同時容納的是固定的，這就限制了系統所能同時容納的作業數量作業數量Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理 2.4.2 2.4.2 作業的建立作業的建立 包括兩個子過程包括兩個子過程：建立：建立JCBJCB輸入作業輸入作業1. 1. 作業控制塊的建立作業控制塊的建立建立建立JCBJCB就是申請分得和填寫

30、一張空白的就是申請分得和填寫一張空白的JCBJCB表的過程表的過程Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理2.2.作業的輸入作業的輸入三種輸入方式：三種輸入方式： 脫機輸入方式脫機輸入方式 SPOOLINGSPOOLING系統的輸入方式系統的輸入方式 直接耦合方式直接耦合方式Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理 （1）脫機輸入方式）脫機輸入方式 什么是聯機輸入方式？什么是聯機輸入方式？外圍設備直接和主機相連外圍設備直接和主機相連。 脫機輸入方式（預輸入方式）脫機輸入方式（預輸入方式）

31、低檔機輸入作業低檔機輸入作業后援存儲器（如磁盤）后援存儲器（如磁盤）對接到主機。對接到主機。脫機輸入解決了快速輸入輸出的問題，提高了資源利用脫機輸入解決了快速輸入輸出的問題，提高了資源利用率，但是要以犧牲低檔機為代價。還需要用戶干預。率，但是要以犧牲低檔機為代價。還需要用戶干預。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理（2）SPOOLing系統輸入方式引入兩道程序控制輸入輸出：引入兩道程序控制輸入輸出： 控制輸入的程序。利用系統中的一道程序來模擬脫機輸控制輸入的程序。利用系統中的一道程序來模擬脫機輸入時的入時的外圍控制機外圍控制機的功能，把低速的功

32、能，把低速I/OI/O設備上的數據傳送設備上的數據傳送到高速磁盤上；到高速磁盤上；控制輸出的程序。再用另一道程序來模擬脫機輸出時外控制輸出的程序。再用另一道程序來模擬脫機輸出時外圍控制機的功能，把數據從磁盤傳送到低速輸出設備上。圍控制機的功能，把數據從磁盤傳送到低速輸出設備上。工作原理：在主機的直接控制下，實現脫機輸入、輸出功工作原理：在主機的直接控制下，實現脫機輸入、輸出功能。此時的外圍操作與能。此時的外圍操作與CPUCPU對數據的處理同時進行，我們對數據的處理同時進行，我們把這種在聯機情況下實現的外部設備聯機并行操作稱為把這種在聯機情況下實現的外部設備聯機并行操作稱為SPOOLingSPO

33、OLing （Simultaneous Peripheral Operation On-Simultaneous Peripheral Operation On-LineLine）Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理輸入井和輸出井輸入井和輸出井：這是在磁盤上開辟的兩個大存儲空間。輸入井是模擬脫機輸入時的磁盤，輸出井是模擬脫機輸出時的磁盤。邏輯設備是依據軟件系統的邏輯而命名的設備。例如，C盤，D盤。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理（3）直接耦合方式工作原理：工作原理：直接耦合方式把主機和外圍低

34、檔機通過一個公用的大容量外存直接耦合起來，省去了在脫機輸入中靠人工干預來傳遞后援存儲器的過程。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理直接耦合方式 主機與衛星機分工明確：主機與衛星機分工明確： 主機計算，衛星機I/O注：注：衛星機一般是低檔PC機。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理直接耦合方式優點：既保留了脫機輸入快速輸入的優點，又優點：既保留了脫機輸入快速輸入的優點，又克服其人工干預的缺點且具有較強的、靈活克服其人工干預的缺點且具有較強的、靈活的輸入方式。的輸入方式。Page 計算機科學與工程學

35、院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理 由于內存容量有限，在系統中等待的作業不能全部同時被由于內存容量有限，在系統中等待的作業不能全部同時被裝入內存，應根據一定的調度策略，選擇一部分作業執行。裝入內存，應根據一定的調度策略，選擇一部分作業執行。 作業調度作業調度 主要功能主要功能是審查系統能否滿足用戶作業的資源要求以及是審查系統能否滿足用戶作業的資源要求以及按照一定的算法選取作業。按照一定的算法選取作業。 調度的關鍵調度的關鍵在選擇適當的算法。在選擇適當的算法。 2.4.12.4.1作業控制塊和作業表作業控制塊和作業表2.4.22.4.2作業的建立作業的建立

36、2.4.3 2.4.3 批處理作業的調度批處理作業的調度Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理1.1.作業調度要考慮的因素及性能衡量的指標作業調度要考慮的因素及性能衡量的指標 選取調度算法應考慮的主要因素選取調度算法應考慮的主要因素 公平性、均衡使用資源、吞吐率、平衡系統和用公平性、均衡使用資源、吞吐率、平衡系統和用戶的要求戶的要求 作業調度性能衡量的指標作業調度性能衡量的指標 - - CPUCPU利用率：利用率：CPUCPU是最重要最昂貴的資源之一，是最重要最昂貴的資源之一，應盡可能使應盡可能使CPUCPU保持保持“忙忙”狀態，

37、使這一資源利用就狀態，使這一資源利用就緒最高。緒最高。 - - 吞吐量：吞吐量：單位時間內單位時間內CPUCPU完成作業的數量，完成作業的數量，長作業降低吞吐量，短作業提高吞吐量。調度算法和長作業降低吞吐量，短作業提高吞吐量。調度算法和方式的不同，對吞吐量產生較大影響。方式的不同，對吞吐量產生較大影響。 Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理1.1.作業調度要考慮的因素及性能衡量的指標作業調度要考慮的因素及性能衡量的指標 選取調度算法應考慮的主要因素選取調度算法應考慮的主要因素 公平性、均衡使用資源、吞吐率、平衡系統和用公平性、均

38、衡使用資源、吞吐率、平衡系統和用戶的要求戶的要求 作業調度性能衡量的指標作業調度性能衡量的指標 - - 周轉時間周轉時間: :是指從作業提交到作業完成所經是指從作業提交到作業完成所經歷的時間，包括作業等待、在就緒隊列中排隊、在處歷的時間，包括作業等待、在就緒隊列中排隊、在處理機運行，以及進行輸入理機運行，以及進行輸入/ /輸出操作所花費時間的總輸出操作所花費時間的總和。和。 周轉時間周轉時間= =作業完成時間作業完成時間- -作業提交時間作業提交時間 - - 平均周轉時間平均周轉時間：所有作業的周轉時間的平均：所有作業的周轉時間的平均值。假定作業值。假定作業i i的周轉時間定義為的周轉時間定義

39、為TiTi，平均周轉時間，平均周轉時間定義為定義為nTTnii1)(1Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理 - - 帶權帶權周轉時間周轉時間是指作業周轉時間與作業實際運行時間的比值（參考“王道考研”）。帶權周轉時間=周轉時間/運行時間 是指作業的相對等待時間，作該指標能更科學衡量作業的等待情況。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理 - - 平均帶權平均帶權周轉時間周轉時間的周轉時間為作業iTinrTWniii1)(1的運行時間為作業iir是指多個作業帶權周轉時間的

40、平均值：平均帶權周轉時間=（作業1的帶權周轉時間+ 作業n的帶權周轉時間）平均帶權周轉時平均帶權周轉時間，用于比較不間，用于比較不同調度算法的優同調度算法的優劣。劣。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.作業調度算法作業調度算法Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理2.2.作業調度算法作業調度算法下面介紹一些常用的調度算法。下面介紹一些常用的調度算法。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理（1 1）先來先服務算法）先

41、來先服務算法 算法算法：按照作業進入系統的先后次序來挑選作業，：按照作業進入系統的先后次序來挑選作業，先進入系統的作業優先被挑選先進入系統的作業優先被挑選 優點優點：算法容易實現：算法容易實現 缺點缺點：效率不高、不利于短作業：效率不高、不利于短作業Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理T=(T1+T2+T3+T4)/4=1.725W=(W1+W2+W3+W4)/4=6.87510.0 10.5 2.0 4.010.5 10.6 1.6 16.010.6 10.8 1.3 6.5Wi=Ti/TrPage 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院C

42、hapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理（2 2）最短作業優先算法）最短作業優先算法 算法算法：總是選取計算時間最短的作業投：總是選取計算時間最短的作業投入運行入運行 優點優點：算法容易實現，縮短了平均周轉：算法容易實現，縮短了平均周轉時間，提高了系統的吞吐能力時間，提高了系統的吞吐能力 缺點缺點：忽視了作業等待時間，計算時間：忽視了作業等待時間，計算時間靠用戶估計，以判斷誰是當前最短作業。靠用戶估計，以判斷誰是當前最短作業。Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理作業作業提交時間提交時間Ts運行時間運行時間Tr開始時間開始時間Tb完成時

43、間完成時間TcTiWi18.02.028.50.539.00.149.50.2作業作業提交時間提交時間Ts運行時間運行時間Tr開始時間開始時間Tb完成時間完成時間TcTiWi18.02.0810.02128.50.510.310.82.34.639.00.110.010.11.11149.50.210.110.30.84T=1.55W=5.15注意：注意：0.“最短最短”指當前等待的作業（指當前等待的作業（不一定是所有作業）中最短的）中最短的一個，有些作業此時可能還沒到達。一個，有些作業此時可能還沒到達。1.第一個作業總是能最先執行，其余作業再按第一個作業總是能最先執行，其余作業再按“最短作業

44、優最短作業優先算法先算法”執行。執行。2.一個作業完成后，在選擇下一作業時，該作業必須已經提一個作業完成后，在選擇下一作業時，該作業必須已經提交，再按最短作業優先策略交，再按最短作業優先策略Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理（3 3）響應比最高者優先算法）響應比最高者優先算法 算法算法：響應比響應比= =（等待時間（等待時間+ +計算時間）計算時間）/ /計算時間計算時間，作業，作業調度時總是選取響應比高的作業投入運行調度時總是選取響應比高的作業投入運行 優點優點：既照顧了短作業，考慮了系統的吞吐量，又考慮：既照顧了短作業，考

45、慮了系統的吞吐量，又考慮了不使長作業長時間等待了不使長作業長時間等待 缺點缺點：響應比所用計算時間仍是用戶的估計時間：響應比所用計算時間仍是用戶的估計時間Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理作作業業提交時間提交時間Ts運行時間運行時間Tr開始時間開始時間Tb完成時間完成時間TcRpTiWi18.02.08.010.012128.50.539.00.149.50.2作作業業提交時間提交時間Ts運行時間運行時間Tr開始時間開始時間Tb完成時間完成時間TcRpTiWi18.02.08.010.012128.50.510.110.63.22.14.23

46、9.00.110.010.1101.11149.50.210.610.85.51.36.5T=1.625W=5.675響應比Rp （作業等待時間+作業運行時間）作業運行時間 作業等待時間作業運行時間響應比=1+(10-8.5)/0.5=4響應比=1+(10-9)/0.1=11響應比=1+(10-9.5)/0.2=3.5Page 計算機科學與工程學院計算機科學與工程學院Chapter2 用戶接口和作業管理2.4 作業管理（4 4）優先數調度算法）優先數調度算法 算法算法：每次總是選擇優先數高的作業：每次總是選擇優先數高的作業 優先數的確定優先數的確定：一種是用戶自己提出一種是用戶自己提出；一種是由系統綜合；一種是由系統綜合考慮有關因素來