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第三章用户接口与作业管理用户如何把自己的请求告诉计算机计算机接到用户请求后如何处理，如何为用户服务3.1概述3.1.1程序的启动和结束例子：程序的执行（启动和结束）硬件知识：程序开始执行的两个前提条件程序已装入内存程序计数器PC：该程序在内存的入口地址五种启动程序执行的方式第一种方式：命令方式命令提示符下打入程序名和参数，回车c，$，%命令解释程序（命令解释器，作业管理程序，作业控制程序，SHELL）command.com（根目录下）SHELL（BSH，CSH，KSH…）在Windows中，命令方式是以窗口菜单显示和鼠标操作来体现的。第二种方式：批处理方式.BAT文件例子：启动中文环境需要多条命令：装入字库启动主程序装入汉字输入法AUTOEXEC.BAT将若干条命令放在一个文件中，在提示符后打入该文件的名字，由计算机自动连续执行该文件的这组命令。第三种方式：EXEC方式在一个程序中运行另一个程序，再返回原来的程序。第四种方式：由硬件装入程序和启动程序执行早期计算机：用户把装有可执行目标程序的纸带（或卡片）安装到纸带（或卡片）输入机上；按机器面板上的一个特定按钮（“装入程序并启动执行”）；硬件将纸带上的内容顺序读入内存，直至纸带上的一个特殊的程序结束标记为止；然后硬件开始从内存零地址处执行程序。第五种方式：自启程序•自己装入自己，并启动自己开始执行的程序•自启程序由两部分组成•引导程序和程序主体引导程序在外设设备的起始位置上顺序存放，开机时由硬件自动装入并启动，或ROM中放一个引导程序,则不必装入而可以直按启动。即开机时硬件自动从ROM中该引导程序的起始地址开始执行它。由引导程序装入启动程序主体程序的结束–正常结束：程序按自身的逻辑有效地完成预定功能后结束。–异常结束：发生了某些错误而导致程序在没有完成预定功能时提前结束正常结束的结束处理工作–返回父程序并返回结果信息–释放所用资源（空间、设备、记录使用、情况、记帐等）非正常结束的结束处理工作–应包括正常结束时所做的处理工作–找出错误原因并报告给用户3.1.2用户与操作系统的接口1.程序级接口：用户在程序中通过一系列的系统调用向操作系统提出服务请求。2.作业级接口：操作系统为用户对作业运行全过程的控制提供的功能。(1)联机接口（交互式）：由一组命令向操作系统提出请求。用户在终端上输入命令，系统立即解释并执行该命令，完成用户的要求，然后返回终端或控制台；用户可输入下一条命令，如此反复直到作业完成。(2)脱机接口：在批处理系统中，用户通过作业控制语言（JCL）向系统提出对作业控制要求。OS向用户提供一组作业控制语言，用户用这种语言书写作业说明书，然后将程序、数据和作业说明书一齐交给系统操作员。脱机用户不能直接干预系统。脱机用户接口与批处理接口是相同含义，它一次性提供一批作业，其间用户不必干预，机器按作业说明书处理。3.1.3作业的基本概念1.作业：用户在一次计算过程中，或者一次事务处理过程中，要求计算机系统所做工作的总称。作业：程序，数据，作业说明书2.作业步：一般情况下，一个作业可划分成若干个部分，每个部分称为一个作业步。在作业运行期间，各作业步之间存在着相互联系，往往上一个作业步的结果作为下一个作业步的输入。3.作业流：一次有一批作业进入系统，并在操作系统控制下，一个接一个地进行处理。3.1.4作业管理的任务1.作业进入2.作业调度3.作业控制4.作业退出3.2批处理系统的作业管理（常用SPOOLing技术）说明：系统把作业处理的全过程划分为相对独立的部分，一部分为输入流，一部分为处理流，一部分为输出流。作业输入:作业从输入介质上进入系统，并加以组织,在磁盘上形成一个后备作业的过程作业处理：A作业调度：挑选一部分作业投入运行B作业控制：完成具体进程的执行，解释执行作业说明书，结果送输出井作业输出:将输出井上的运行结果送外设(输出设备)3.2.1作业进入作业从输入设备进入系统，并加以组织，形成一个后备作业的过程。1.作业的组成：作业=程序+数据+作业说明书作业说明书：一个独立于程序的文件，刻画了用户对作业的基本描述，以及用户对作业处理的控制要求，它是用作业控制语言书写的。2.作业控制语言：是一种高级语言3.输入井：在磁盘上开辟的一块空间，用于存放后备作业，包括程序，数据，作业说明书，作业控制块。4.作业控制块（JobControlBlock-JCB）：作业存在的唯一标志，是系统为管理作业所设置的一个数据结构，存放了管理和控制作业所必需的信息。作业说明书内容有两部分：作业情况的描述，如用户名，作业名，用户帐号，使用语言，作业步骤，控制方式，优先级，专用文件，时间限制，有关注释等等。另一部分是作业需要的资源，如参数设置，系统配置，空间需求，输入输出设备要求，数量，估计运行时间等。JCB主要内容:作业的描述信息：如作业名，用户名，用户帐号，调度信息（作业优先级别），资源需求，作业进入系统时间，作业估计运行时间，作业开始处理时间，作业完成时间，作业状态等。作业的存储信息：输入井地址，输出井地址作业说明书信息5.预输入过程第一步：作业说明书经外部设备进入内存，操作系统对它进行分析，从其中抽取有关内容，填写后备作业JCB，然后把作业说明书以文件的形式存入输入井，并将文件名填入JCB。第二步：把作业体（程序和数据）调入输入井，填写JCB有关内容。第三步：把JCB存入输入井，插入到后备作业队列。（以上三个步骤由预输入进程完成。）6.预输入进程：预输入进程完成作业的输入、组织和建立工作。是系统进程，一经创建就等待输入设备上的信号，由系统操作员发信号，唤醒该进程投入运行。预输入进程是一个系统进程，其工作方式为等待人工启动。3.2.2作业调度1.作业调度：根据一定的原则，从输入井的后备作业队列中选择适当的作业，为它分配内存等资源，并将其调入内存投入运行。又称高级调度，远程调度2.调度原则：公平，合理，使用户满意提高系统资源利用率，如提高系统吞吐量3.作业调度算法(1)先来先服务（FCFS）：按照作业进入系统的先后次序进行调度，先进入系统者先调度。优点：实现简单，公平缺点：没考虑资源利用率和作业的特殊性(2)短作业优先（SJF）：选择运行时间最短的作业投入运行。优点：易于实现，强调了资源的充分利用，保证了系统的最大吞吐量（单位时间里处理作业的个数）。缺点：不公平，会造成长作业长期等待。结论：假设系统中所有作业同时到达，可以证明采用SJF能得到最短的作业平均周转时间。(3)最高响应比优先（HRF）：优先选择响应比最高的作业投入运行。响应比：作业周转时间/作业估计运行时间作业周转时间=作业进入系统等待时间+作业估计运行时间该算法是FCFS和SJF的结合，克服了两种算法的缺点优点:公平，吞吐率大缺点:增加了计算，增加了开销(4)基于优先数的作业调度算法:选择优先级高的作业投入运行(5)资源搭配算法(均衡型作业调度算法)把作业分类，作业调度从不同类型作业中去调度作业根据作业对资源要求分类:I/O型CPU型均衡型4.性能衡量指标(1)作业平均周转时间T(Ti为每个作业的周转时间；tc作业完成时刻；ts作业进入系统时刻)(2)平均带权周转时间W（Ti为每个作业的周转时间；tr为作业实际运行时间）T是衡量不同调度算法对同一个作业流的性能W是同一调度算法对不同作业流的性能衡量例：单道环境下四个作业，它们进入系统的时间如下：(1)给出FCFS,SJF下的作业执行次序(2)给出FCFS,SJF下的作业平均周转时间和带权平均周转时间FCFS:T=(120+120+120+90)/4=112.5SJF:T=（120+150+70+40）/4=95FCFS：W=（120/120+120/50+120/10+90/20）/4=4.975SJF:W=（120/120+150/50+70/10+40/20）/4=3.25例：两道环境下，四个作业，它们进入系统的时间如下：系统采用短作业优先作业调度算法，作业被调度运行后不再退出，但当一新作业投入运行后，可按照作业运行时间长短调整作业执行的次序，请给出上述四个作业的执行时间序列，及计算出平均周转时间及带权平均周转时间。5.作业调度进程：•按一定的作业调度算法从后备作业队列中取一个JCB，对该JCB进行修改，形成一个运行JCB，然后为该作业分配资源。并将该作业的运行JCB交给作业控制进程。（是一个系统进程，和预输入进程构成了生产者——消费者关系）5.2.3作业控制（负责控制作业运行）•作业控制进程：主要负责控制作业的运行，具体解释执行作业说明书的每一个作业步，并创建子进程来完成相应步骤（是一个系统进程，和作业调度进程构成生产者——消费者关系）5.2.4作业退出•把输出结果送到输出设备上（启动缓输出进程完成）。•回收各种资源。缓输出进程（脱机）：从输出井上将结果输出。是一个系统进程。创建后等待被唤醒，一旦作业完成，则唤醒该进程。3.2.5作业状态及转换作业状态；进入状态；后备状态；运行状态；退出状态。3.2.6SPOOLing系统工作原理(SimultaneouslyPeripheralOperationOnLine)系统把作业处理全过程分为相对独立的部分，一部分为输入，由预输入进程完成；另一部分为输出，由缓输出进程完成；另一部分由作业调度和作业控制来完成，处理部分若从输入部分输入的话，改为从输入井输入数据；如果向外设输出，改为向输出井某一部分去输出。3.3交互式系统的作业管理3.3.1概述命令接口的基本任务1.解释操作系统命令语言中的命令，将命令传送到系统以便执行2.接受系统来的信息，以响应语言的形式提呈给用户联机用户与交互式命令接口使用者用输入装置，以各种操作方法何计算机发出命令，请求各种操作。系统收到命令请求之后，将控制转向解释命令系统，对该命令进行解释执行，完成指定功能。然后，系统等待新的命令输入。交互式命令的接口通常要复杂，含功能结构，可能问题的处理办法，如各种约定，前端处理，求助功能，命令日志，命令注解，宏命令及命令组等。交互式控制灵活方便，可以随时进行各种处理，排除问题，方便调试，但系统利用率差。联机命令接口：一组联机命令，终端处理程序，命令解释程序3.3.2命令接口的操作方式与结构直接命令处理•直接命令用命令处理程序来实现。•对命令进行判别、分类、翻译、解释、并按照命令参数的要求与功能，调用系统过程去实现。不同的实现方式：•作为操作系统的一个组成部分。•作为操作系统的一个一个独立程序模块。•作为操作系统下的一个可置换的一个普通程序。终端命令处理在多用户环境下的终端型处理界面，可采用间接性终端处理程序结构。用户不直接面对主机系统，而是通过某种输入输出设备与主机进行通信。用户通过键盘，鼠标等装置，通过视频终端把信息输入系统，在终端屏幕上输出文本和图像。这里处理话动中，除了命令处理程序外，系统还要有一个终端处理程序对终端进行控制和管理。终端处理程序：接收用户从终端上打入的字符字符缓冲，暂存所接收的字符回送显示屏幕编辑特殊字符处理直接影响命令接口的问题（1）回送（）：用户输入一个字符时，要回送到终端上。某种情况下又不需回送。在远程情形下，回送由终端处理程序处理，不用远程通信。（2）缓冲（）：有时输入字符先于程序处理，可以用缓存暂存等方法。（3）字符转换（）：如大小写，不同编码方式的转换。（4）行缓冲（）（5）中止字符（）（6）命令预告（）3.3.3命令语言目的：规定由操作系统执行的一系列操作。命令结构：（命令前缀）命令名（命令参数）（命令选项）•命令前缀：命令的特殊性•命令参数：命令在执行前所需的资源、文件和数据。•命令选择：指明命令的目标、路径、方向、范围等。典型命令实例：（1）UNIX系统：whols-l（2）DOS系统dirc:\（3）VAX/VMSrunmypro3.3.4命令的种类与功能基本命令•最不可少的命令•显示文件目录、路径和内容•复制、更名或删除•建立、编辑程序、文本和数据•不同的语言编译和连接程序•显示系统或用户环境的信息批处理命令针对脱机用户操作