第二章用戶界面和作業管理第二章作業管理和用戶接口2.1作業的基本概念2.2作業的建立2.3SPOOLing技術2.4作業調度2.5作業控制2.6作業終止和作業撤銷2.7分時作業的管理2.8操作系統與用戶之間的接口操作系統要對作業整個運行過程實行控制編譯執行裝配/連接子程序庫函數動態庫函數圖2.1典型作業的控制過程2.1作業的基本概念目標程序源程序可執行程序輸入數據輸出結果

對于被調度的作業，OS要對它在系統中整個運行過程實行控制，作業的控制過程如右圖所示編譯運行裝配目標程序段目標程序裝配程序運行程序源程序輸入數據輸出信息輸出信息輸出信息子程序庫函數動態庫函數運行結果編譯程序圖2.1作業的控制過程

結束2.1作業的基本概念（注：以上頁內容為主，此頁僅供參考）作業---用戶要求計算機完成的一次業務處理的全部工作作業---用戶提交給計算機進行加工處理的一個任務，通過其作業說明書所描述的一系列處理步驟完成，每個步驟通常執行不同的程序、處理不同的數據。作業步---作業處理的一個步驟，通常是執行一條操作系統的簡單命令。例如：“編譯--連接--執行”是一個典型的作業，如下是早期DOS系統一個擴展名為bat的批處理文件的內容，相當于一個作業說明書:PAS1MYFILE//調用第一遍Pascal編譯PAS2//調用第二遍Pascal編譯LINKMYFILE//調用連接程序,生成MYFILE.EXEMYFILE//執行可執行程序MYFILE.EXE

2.1作業的基本概念

1、作業的定義

例2:“abc.bat”批處理文件內容如下： copyc:\f1d:\ copyc:\f2d:\ copyc:\f3d:\

2.1作業的基本概念

在命令行輸入abc或者abc.bat后回車（或者在Windows窗口雙擊abc.bat文件）后，系統將依次執行其中的各條命令，也就是“成批地”自動處理。該批處理文件完成把C盤根目錄下的文件f1、f2、f3依次拷貝到D盤根目錄下的工作。

例3:第1次上機實驗指導中“批處理舉例.BAT”

批處理文件內容如下： c: cd＼ rdxyz mdxyz cdxyz mdxyz1 mdxyz2 echo-c:＼xyz目錄下的目錄->tree123.txt treec:＼xyz>>tree123.txt echo-c:＼xyz下的目錄及文件->>tree123.txt treec:＼xyz>>tree123.txt/f typetree123.txt

2.1作業的基本概念

作業的組成：一批程序、一批數據、一個作業說明書作業說明書一般包含下列信息(參見)：1）、作業基本情況描述:用戶名、作業名、使用語言名、允許最大處理時間、等等；2）、作業控制描述:作業控制方式、作業步的操作順序、作業執行出錯處理、等等；3）、作業資源需求描述:要求處理時間、內存空間、外設類型和數量、處理機優先級、等等；作業說明書的核心內容是作業步的操作順序（類似于.bat文件）作業說明書是用JCL（作業控制語言）書寫的

2.1作業的基本概念

2、作業的組織打印機就緒執行封鎖完成狀態此時作業的輸出結果可能尚在稱為輸出井的外存區域中，等待向輸出設備輸出最后，作業的輸出結果在慢速輸出設備上輸出完成。IO請求等時間片到IO完成等作業控制作業撤銷此時作業說明書及作業的部分程序和數據已被調入內存作業調度作業建立此時作業在稱為輸入井的外存區域作業終止開始時作業在慢速輸入設備上等待輸入進入狀態后備狀態運行狀態

2.1作業的基本概念

3、作業的狀態及其轉換調度打印機就緒執行封鎖完成狀態此時作業的輸出結果可能尚在稱為輸出井的外存區域中，等待向輸出設備輸出最后，作業的輸出結果在慢速輸出設備上輸出完成。IO請求等時間片到IO完成等作業控制作業撤銷此時作業說明書及作業的部分程序和數據已被調入內存作業調度作業建立此時作業在稱為輸入井的外存區域作業終止開始時作業在慢速輸入設備上等待輸入進入狀態后備狀態運行狀態

2.1作業的基本概念

3、作業的狀態及其轉換調度進入狀態：從作業輸入請求到進入輸入井并建立作業控制塊JCB后備狀態：從建立作業控制塊到被作業調度選中運行狀態：從被作業調度選中進入內存到作業運行結束完成狀態：從作業運行結束到作業被撤銷

2.1作業的基本概念

3、作業的狀態及其轉換2.2作業的建立作業的建立包括作業的輸入和作業控制塊的建立。作業的輸入：作業的程序，數據和作業說明書從輸入設備輸入到外存。1.作業的輸入方式：

1)聯機輸入方式：由慢速輸入設備輸入作業到主機外存，該設備由主機控制。 缺點：造成CPU資源的浪費慢速輸入設備外存輸入井主機聯機輸入方式2)脫機輸入方式：在低檔的個人計算機（稱為外圍處理機）上把作業輸入到磁盤或磁帶上，然后把盤或帶放在主機上輸入到主機外存上。主要缺點：不方便。3)直接耦合輸入方式：在外圍處理機上把作業直接輸入到主機直接相連的外存上。主要缺點：硬件成本高。2.2作業的建立脫機輸入方式慢速輸入設備外圍處理機外存輸入井磁帶主機磁帶直接耦合輸入方式慢速輸入設備外圍處理機外存輸入井主機4)SPOOLING輸入方式：由一個進程通過執行SPOOLING的預輸入程序控制通道來模擬外圍處理機負責作業輸入工作。

2.2作業的建立SPOOLING輸入方式慢速輸入設備SPOOLING進程控制通道外存輸入井主機、SPOOLING輸入是在不過高增加硬件成本的前提下達到了脫機輸入方式和直接耦合輸入方式的目標。、由通道控制外設的輸入輸出，很大程度上達到了“脫機”的效果，但通道受主機控制，這與脫機方式下外圍處理機獨立工作不同，所以SPOOLING技術又被稱為假脫機輸入輸出技術。5)網絡輸入方式：一臺主機上輸入的信息通過網絡傳輸到另一臺主機上。2.2作業的建立脫機輸入方式慢速輸入設備外圍處理機外存輸入井磁帶主機磁帶直接耦合輸入方式慢速輸入設備外圍處理機外存輸入井主機SPOOLING輸入方式慢速輸入設備SPOOLING進程控制通道外存輸入井主機慢速輸入設備外存輸入井主機聯機輸入方式2.2作業的建立2.作業控制塊的建立

、作業控制塊---JCB（JobControlBlock）、作業建立的關鍵是JCB的建立

、JCB是內存中的一個數據結構，與作業一一對應，包含了系統對作業進行管理所必須的信息、建JCB首先申請一個空白JCB，然后在其中填入必需的信息、JCB數據項的值一部分從作業說明書中提取，另一部分由系統賦予；一部分不變，

另一部分會改變。

2.2作業的建立JCB通常包含下列信息： 用戶名：作業所屬的用戶作業名稱；作業建立時間：為作業調度算法提供參數； 作業估計運行時間：為作業調度算法提供參數同時避免作業死循環時無限占用CPU； 優先數：表示作業的緊迫程度，它可以由用戶給出，也可以由系統根據某種原則設定； 作業說明書文件名：作業說明書是控制作業執行的依據；程序語言類型：為了更有效地調用有關子系統；

2.2作業的建立作業狀態：進入、后備、運行、完成； 資源要求：用戶可在作業說明書中提出資源要求，也可由作業執行時在程序中提出； 作業類型：I/O型，CPU型，均衡型；注：

、作業輸入完后，填寫JCB，完成作業建立過程。、作業建立后，成為一個后備作業，等待作業調度。、輸入井中一般有多個后備作業，構成一個后備作業隊列。2.3SPOOLing技術、SPOOLing--SimultaneousPeripheralOperationOn_Line

字面意思是“聯機同時外部操作”。用進程來模擬脫機I/O情況下的外圍處理機的功能，又被稱為假脫機輸入輸出技術。輸入裝置輸入裝置通道通道輸出裝置輸出裝置通道外存輸入井輸出井輸入管理模塊輸出管理模塊主機系統SPOOLING系統2.3SPOOLing技術—要點、SPOOLing通常包含下列程序：預輸入、取輸入、存輸出、緩輸出、井管理、預輸入：預先把作業(數據)從慢速輸入設備傳輸到輸入井、取輸入：作業調度時或運行時從輸入井中取作業(數據)、存輸出：作業運行中把向慢速輸出設備的輸出存入輸出井、緩輸出：作業終止后把作業在輸出井的輸出結果集中輸出注：系統在用戶程序執行過程中自動把向慢速輸出設備（例如打印機）的輸出改為向輸出井輸出，而在用戶的作業執行完成后再（由SPOOLing系統）把輸出井中的輸出結果集中地向慢速輸出設備輸出。

2.3SPOOLing技術—要點、在采用SPOOLing技術的系統中，系統啟動后立即創建預輸入和緩輸出兩個進程分別執行預輸入和緩輸出兩個程序，這兩個進程通常處于高優先級睡眠（封鎖）狀態。、主機執行預輸入和緩輸出兩個程序主要是控制I/O開始（啟動通道(或外設)）和結束，I/O工作由通道(或外設)獨自完成。、當有作業輸入請求或通道(或輸入設備)中斷處理完時，預輸入進程被喚醒（轉入就緒狀態）并立即執行，它啟動通道(或輸入設備)后再睡眠，輸入設備中斷處理完時再被喚醒。、當有作業輸出或通道(或輸出設備)中斷處理完時，緩輸出進程被喚醒（轉入就緒狀態）并立即執行，它啟動通道(或輸出設備)后再睡眠，輸出設備中斷處理完時再被喚醒。2.3SPOOLing技術—要點、預輸入程序通過預輸入表來記錄作業在輸入井的存放情況。、緩輸出程序通過緩輸出表來記錄作業在輸出井的存放情況。、預輸入表和緩輸出表均包括下列數據項：（用戶名、作業名、設備類型、相對設備號、文件名(文件地址)）、井管理程序管理輸入井和輸出井注：由于終端設備和分時系統的出現，使每個用戶都有了自己的獨立的輸入設備，終端取代了卡片閱讀機，使得假脫機輸入技術已經用的不多了，但是假脫機輸出（緩輸出）技術依然有用，因為打印機比磁盤還是慢很多，而且由于打印機價格較貴，系統不可能也沒有必要為每個用戶提供一臺打印機。、2.3SPOOLing技術—要點、說明假脫機輸出技術(也就是緩輸出技術)存在的必要性的例子：例如：用戶1的作業A的動作序列是計算（29秒）、打印（1秒），用戶2的作業B的動作序列是計算（接近1秒）、打印（29秒）

，A和B先后但幾乎同時到達。

1）如果直接輸出，則作業A和作業B只能依次順序執行，用戶1在30秒后可以拿到打印結果，用戶2在60秒后才能拿到打印結果；

2）如果緩輸出，則作業A和作業B可以并發執行，用戶1和用戶2在32秒后差不多可以同時拿到打印結果。2.3SPOOLing技術—要點、說明假脫機輸出技術(也就是緩輸出技術)存在的必要性的例子：例1：用戶1的作業A的動作序列是計算（29秒）、打印（1秒），用戶2的作業B的動作序列是計算（接近1秒）、打印（29秒）

，A和B先后但幾乎同時到達。

如果緩輸出，則作業A和作業B可以并發執行（假設對作業進程每秒鐘調度一次，操作系統調度程序、向磁盤輸出等花的時間（用表示）忽略不計），則時序圖如下，用戶1和用戶2在32秒后差不多可以同時拿到打印結果。ACPUBA打印機32T(秒)打印機被虛擬化后（采用緩輸出技術）的時序圖B磁盤12AB3031AB2.3SPOOLing技術—要點、說明假脫機輸出技術(也就是緩輸出技術)存在的必要性的例子：例2：用戶1的作業A的動作序列是“打印1秒和計算10秒”循環3次，然后打印1秒；用戶2的作業B的動作序列是“輸入數據10秒和計算1秒”循環3次、然后打印1秒

，A和B先后但幾乎同時到達。1）如果直接輸出，則作業A和作業B只能依次順序執行，作業A在34秒后可以運行結束，然后開始運行作業B，到作業B運行結束，初算要花費65秒，至少要花費63秒（作業A循環3次中的打印和計算可能會并行，作業B循環3次中的計算必須等待的輸入數據完成后才能開始，不能并行），前面每間隔大約10秒會聽到1秒鐘的打印機聲音4次，再間隔大約65秒會再次聽到1秒鐘的打印機聲音1次；

2）如果緩輸出，則作業A和作業B可以并發執行，用戶1和用戶2在32秒后差不多可以同時拿到打印結果。總運行時間大約為37秒，大約32秒后能夠聽到連續6秒的打印機聲音1次，稍微停頓一下，能夠再次聽到連續1秒的打印機聲音1次。請同學們分別畫出直接輸出和緩輸出的時序圖，并給出相對準確的時間打印機CPU輸入設備110AAAAT(s)打印機CPU輸入設備T(s)磁盤AAA作業A和作業B并發（采用緩輸出技術）情況下的時序圖ABA作業A和作業B串行（不采用緩輸出技術）的時序圖AA20304152636510112122BBBBBBBBBBBBB323337AAA2.3SPOOLing技術—要點例3：作業A的動作序列是計算（3s）、打印（2s），作業B的動作序列是打印（2s）、計算（2s），A和B先后但幾乎同時到達。

1）如果直接輸出，則A和B只能串行，總運行時間是9s；2）如果緩輸出且每秒鐘剝奪調度一次，則A和B可以并發，則總的運行時間大約是8s。

3）如果緩輸出且采用非剝奪式調度，則A和B可以并發，則總的運行時間大約是7s。2.3SPOOLing技術—要點ACPUBA磁盤1457T(s)作業A和作業B并發（采用緩輸出技術）情況下的一種時序圖（假設，每秒鐘剝奪調度一次，表示向輸出井輸出，所花時間忽略不計）BACPUBA打印機357T(s)作業A和作業B串行（不采用緩輸出技術）的時序圖B92BAA368打印機BACPUA磁盤1457T(s)作業A和作業B并發（采用緩輸出技術）情況下的一種時序圖（假設采用非剝奪式調度，表示向輸出井輸出，所花時間忽略不計）B2BA368打印機BA2.3SPOOLing技術—要點例4：如果作業A的動作序列是計算（2s）、打印（2s），作業B的動作序列是計算（3s）、打印（2s）,A和B先后但幾乎同時到達。1）如果直接輸出，則A和B只能串行，總運行時間是9s；

2）如果緩輸出，則A和B可以并發，則總的運行時間大約是7s。作業A與作業B并發和串行的時序圖如下：作業A和作業B并發（采用緩輸出技術）情況下的一種時序圖（假設采用非剝奪式調度，表示向輸出井輸出，所花時間忽略不計）2.3SPOOLing技術—要點ACPUBB打印機1457T(s)作業A和作業B并發（采用緩輸出技術）情況下的一種時序圖（假設，每秒鐘剝奪調度一次；表示向輸出井輸出，所花時間忽略不計）BACPUBA打印機247T(s)作業A和作業B串行（不采用緩輸出技術）的時序圖B92BAA36磁盤ABACPUBB打印機1457T(s)2A36磁盤AB2.3SPOOLing技術—要點、由于緩輸出對用戶是透明的，所以用戶認為有多臺邏輯上的打印機可用。如果兩個用戶同時提交作業又同時拿到打印結果，用戶勢必認為每個作業都分配到了自己的打印機，既好像有多臺打印機分別供不同的作業同時使用。用戶感覺中的這樣的多臺打印機是虛擬的。、虛擬設備：利用某種技術（例如SPOOLing技術）把一臺獨享的物理設備變換成若干臺邏輯上的對應物，稱這些對應物為虛擬設備。、被虛擬化的設備：經過SPOOLing技術處理的設備、獨享設備通常要在作業運行前（作業調度時）分配，但被虛擬化的獨占輸出設備推遲到作業運行結束后分配。

2.4作業調度作業調度也叫高級調度，其任務是選擇后備作業將其調入內存1、作業調度的工作過程：1）按作業調度算法從后備作業隊列中選擇一個作業2）給被選中作業分配必要的資源，創建相應的作業控制進程內存：用于裝載作業說明書

（解釋執行作業說明書的程序在系統啟動時已裝入內存）外設（靜態分配）：作業說明書中申請的獨享設備

（SPOOLing技術所涉及的設備除外）3）將該作業的狀態從后備改為運行，相應作業控制進程就緒

2.4作業調度注：作業調度的關鍵是選擇適當的算法2、作業調度的目標為達到這些目標1）、每天運行盡可能多的作業1）、每次調度選擇短作業2）、使處理機保持忙2）、每次調度選擇計算量大的作業3）、使I/O設備得以充分利用3）、每次調度選擇I/O型作業4）、對所有的作業都是公平合理的4）、搭配2.4作業調度為兼顧這些目標，選擇調度算法時要考慮下列因素：1）、選擇的調度算法要與系統的整個目標一致

a）、批處理系統應注重效率

b）、分時系統應保證用戶所能忍受的響應時間

c）、實時系統首先要保證響應時間然后考慮效率2）、注意系統資源的均衡使用（I/O型、CPU型作業搭配）3）、應保證提交的作業在規定的截止時間內完成2.4作業調度3、調度性能的衡量作業i的周轉時間Ti=Tci-Tsi=Twi+TriTci為作業i的完成時刻Tsi為作業i的提交時刻Twi為作業i的后備等待時間Tri為作業i的在內存時間作業平均周轉時間J=(T1+T2+、、、+Tn)/n作業平均帶權周轉時間W=(T1/Tr1+T2/Tr2+、、、+Tn/Trn)/n2.4作業調度4、單道批處理系統的作業調度算法

1）、先來先服務（FCFS）2）、最短作業優先（SJF）3）、優先級高者優先4）、響應比高者優先（HRN）響應比=作業響應時間/作業估計運行時間=（作業后備等待時間+作業估計運行時間）/作業估計運行時間=1+作業后備等待時間/作業估計運行時間2.5作業控制作業控制程序（命令處理程序）作業說明書用戶的可執行程序裝入執行終止返回子進程父進程（作業控制進程）作業控制程序的例子：UNIX系統的shell程序，Windows的CMD.EXE；COMMAND.com：是DOS系統命令(語言解釋)處理程序；CMD.exe(或COMMAND.com)：Windows系統命令(語言解釋)處理程序；DOS系統（Windows系統）的可執行文件為：*.exe和*.com。

2.5作業控制、作業控制也就是控制作業的運行，由作業控制程序完成、作業（執行）控制程序――通過解釋執行作業說明書來控制作業的運轉過程的程序。又可稱為作業控制語言解釋程序。、作業說明書――用JCL語言編寫的程序，是比一般用戶程序高一級的程序。我們可以把作業說明書看成是作業的“主體”，而其中作業步執行所調用的用戶程序看作是它的“子程序”，通過“裝入執行”系統調用轉入執行，通過“終止”系統調用返回。、2.5作業控制、作業控制語言(簡稱JCL)一種特殊的程序設計語言，其語句就是作業控制命令，基本的作業控制命令包括“編譯”，“連接裝配”，“裝入執行”等，還包括一些調試命令及異常情況處理的命令，以及對作業進行說明的一些命令。另外，還可以有條件轉移，循環，過程調用等控制結構。例子：CHKDSK1.BAT：

C:CHKDSK>D:\C_CHKDSK.TXTD:TYPEC_CHKDSK.TXT2.6作業終止和作業撤銷作業終止:當作業控制程序解釋執行完作業說明書后，調用作業終止程序，該程序回收作業調度時分給作業的資源，并把其狀態改為完成。作業撤銷:當作業的所有輸出結果從輸出井向輸出設備輸出完成后，作業撤銷程序被調用，它通過釋放作業控制塊等來撤銷作業。2.7分時作業的管理為了類比，把分時系統中用戶從登陸（Login）進入計算機開始到注銷退出（Logout）計算機結束的過程看成是一個分時作業，則分時作業和批處理作業有很大的區別，其主要特點是：1.分時作業沒有進入狀態和后備狀態，不需要作業調度選中，分時作業直接建立在內存，而且馬上進入運行狀態2.分時作業的控制過程是一個人機會話過程，用戶可以即時地與計算機交流，是聯機的而不是脫機的3.無需準備作業說明書，程序、數據無需準備預先集中準備好，分時命令可以零散進入，靈活決定2.7分時作業的管理

可以說，分時系統中作業的概念已很淡化了，對分時作業的管理也很簡化。分時作業JCB與分時進程的PCB表合而為一了，對分時作業的管理已簡化為對終端進程的管理，對分時作業的控制是靠命令語言解釋程序實施的。注：對分時作業管理已轉化為對終端進程的管理（把JCB并入到PCB）UNIX系統為典型的分時系統（參見書146頁圖6.1）1、聯機命令接口（交互式用戶接口）

聯機命令接口由聯機命令（終端命令）、終端字符處理程序（接受字符，字符緩沖，回送顯示，屏幕編輯，特殊字符處理）和命令處理程序組成。用戶鍵入的終端命令由命令處理程序解釋執行，其相應的程序代碼，可以包含在命令處理程序，也可以放在一個可執行文件。2.8操作系統與用戶之間的接口（用戶接口）

2.8.1命令級接口在命令級上調用操作系統功能命令處理程序又可稱為命令解釋程序是“命令（語言）解釋（處理）程序的”簡稱命令分類： 1）.按照終端命令對應的程序代碼的所屬分類為：a)內部命令（程序代碼在命令語言解釋程序中）b)外部命令(程序代碼以可執行文件形式存放在磁盤上)c)批處理命令（程序代碼以命令文件的形式存放在磁盤上，命令文件由一系列命令行組成，每個命令可以是內部命令，外部命令，也可以是批處理命令，可以有條件轉移，轉向循環，位置參數等功能。

DOS系統中的命令的優先順序為內部命令，外部命令，批處理命令。2.8.1命令級接口1、聯機命令接口（交互式用戶接口）命令分類： 2).按命令的功能分類：a)系統訪問命令(Login,Logout)b)文件管理命令（cd,md,dir,copy等）c)編輯、編譯、鏈接和執行命令

d)維護管理命令

e)調試命令

f)其它2.8.1命令級接口1、聯機命令接口（交互式用戶接口）2.8操作系統與用戶之間的接口（用戶接口）

2.8.1命令級的接口2、脫機命令接口（批處理用戶接口） 、脫機命令接口由作業控制語言和作業控制程序組成。、作業控制語言(簡記為JCL)包括一系列作業控制命令，以及說明語句、條件轉移、循環，過程調用等控制結構。、用戶用JCL書寫作業說明書表達作業的運行過程，作業運行時，作業控制程序根據作業說明書來控制作業的運行，用戶不能直接干預作業的運行。、操作系統的用戶看到的脫機命令接口就是JCL。、操作系統的設計者既需要設計良好的JCL，又需要實現作業控制程序。*注：JCL沒有標準化，不同的系統的JCL通常不兼容

2.8操作系統與用戶之間的接口（用戶接口）

2.8.2程序級接口(系統調用)系統調用：一種特殊的廣義指令，用戶程序通過它來調用操作系統的功能。這種調用是由特殊的機器指令實現，這樣指令的執行將引起中斷，區別于硬設備的中斷，稱之為軟中斷。通常在匯編語言級別上提供全部的系統調用，在其他語言中都以自己語言的形式（函數）全部地或部分地提供，這些語言的編譯器，在編譯時將它們翻譯稱軟中斷指令。有關文件操作的系統調用請見P34(可以在Linu