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1、本章学习目标本章学习目标返回本章首页返回本章首页1、作业的概念、作业的概念2、作业调度的概念、作业调度的概念3、作业调度的基本算法、作业调度的基本算法4、操作系统为用户提供的几种接口。、操作系统为用户提供的几种接口。作业管理2.1作业的概念作业的概念使用计算机来计算来运行用户程序有三个步骤：使用计算机来计算来运行用户程序有三个步骤：（1）用用某某种种语语言言（例例如如FORTRAN语语言言）编编制制一一个个程程序，序，它被称为源程序。它被称为源程序。（2）将将源源程程序序和和初初始始数数据据记记录录在在某某种种输输入入介介质质上上。例例如如穿穿成成一一盘盘纸纸带带，或或在在终终端端设设备备（包
2、包括括键键盘盘、显显示示器器）上直接编辑源程序。上直接编辑源程序。（3）按按照照一一定定要要求求来来控控制制计计算算机机工工作作，并并经经过过加加工工最最后算出结果。后算出结果。返回本章首页返回本章首页（1）编编辑辑（修修改改）：建建立立新新文文件件或或是是对对原原有有文文件进行修改。件进行修改。（2）编编译译：请请求求系系统统把把修修改改好好的的源源程程序序翻翻译译成成浮浮动动目目标标模模块块，并并将将它它放放在在磁磁盘盘上上，也也可可以以穿穿孔孔输出或二者有之。输出或二者有之。（3）链链接接：请请求求系系统统把把主主程程序序模模块块和和其其他他所所需需要要的的子子程程序序和和例例行行程程序
3、序链链接接装装配配在在一一起起，成成为为一一个可执行的完整的内存映像文件。个可执行的完整的内存映像文件。下一页下一页返回本节返回本节作业，即用户在计算机系统中完成一个任务的过程。作业，即用户在计算机系统中完成一个任务的过程。一一个个作作业业由由3 3部部分分组组成成，即即程程序序、数数据据及及作作业业说说明明书书。其中，作业说明书体现了用户对作业的控制意图。其中，作业说明书体现了用户对作业的控制意图。2.1作业的概念作业的概念2.2 2.2 作业调度作业调度2.2.1 作业的状态及其转换作业的状态及其转换一一个个作作业业从从进进入入系系统统到到退退出出系系统统一一般般要要经经过过提提交交、后后
4、备备、执执行行、完成这完成这4 4个状态。其状态及转换如图个状态。其状态及转换如图2.12.1所示。所示。提交后备后备后备运行就绪阻塞完成(1) (1) 提提交交状状态态。一一个个作作业业通通过过用用户户由由输输入入设设备备进进入入输输入入系系统统的的过过程程，称作提交状态。称作提交状态。(2) (2) 后后备备状状态态。作作业业提提交交后后，由由系系统统为为该该作作业业建建立立作作业业控控制制块块( (JCBJCB，Job Job ContrdContrd Block)Block)，并并把把它它插插入入后后备备作作业业队队列列中中，等等待待作作业业调调度程序的调度。度程序的调度。(3) (3
5、) 执执行行状状态态。后后备备状状态态的的作作业业若若被被作作业业调调度度选选中中，并并且且分分配配了了必必要要的的资资源源，由由作作业业调调度度程程序序建建立立相相应应的的进进程程。这这一一状状态态被被称称为为执执行行状态。状态。(4)完成状态。当作业执行结束后，进入作业完成状态。此时，由完成状态。当作业执行结束后，进入作业完成状态。此时，由作业调度程序对该作业进行善后处理，主要表现为撤消作业的作业作业调度程序对该作业进行善后处理，主要表现为撤消作业的作业控制块，并回收此作业占用的系统中的资源数。最后，将作业的结控制块，并回收此作业占用的系统中的资源数。最后，将作业的结果输出到外设之中。果输
6、出到外设之中。2.2.2作业调度作业调度 作业调度就是按一定的算法从后备队列中选择一个作业送作业调度就是按一定的算法从后备队列中选择一个作业送入内存执行，并在作业完成后处理善后工作的过程。入内存执行，并在作业完成后处理善后工作的过程。(1) (1) 作作业业调调度度程程序序的的功功能能。记记录录进进入入系系统统的的各各个个作作业业情情况况，作作业一旦进入系统，系统即为该作业分配作业控制块业一旦进入系统，系统即为该作业分配作业控制块JCBJCB。(2)(2)按规定的调度策略从后备作业中挑选一些作业投入运行。按规定的调度策略从后备作业中挑选一些作业投入运行。(3) (3) 为为选选中中的的作作业业
7、做做执执行行准准备备。作作业业从从后后备备状状态态进进入入执执行行状状态态，需需要要建建立立相相应应的的进进程程，分分配配进进程程所所需需的的内内存存资资源源、外外设设资资源源，这些都交给调度程序。这些都交给调度程序。(4) (4) 善后工作处理。当作业因某种原因退出或执行完毕后，作善后工作处理。当作业因某种原因退出或执行完毕后，作业调度程序回收作业原先占用的资源，撤消进程及业调度程序回收作业原先占用的资源，撤消进程及JCBJCB，并输并输出结果。出结果。 （1）先来先服务（）先来先服务（FCFS）算法算法（2）短作业优先调度算法（）短作业优先调度算法（SJF）（3）响应比高者优先调度算法）响
8、应比高者优先调度算法下一页下一页2.2.3常用作业调度算法常用作业调度算法作业调度的性能指标作业调度的性能指标作作业业调调度度的的原原则则体体现现在在一一个个指指标标，即即各各作作业业的的平平均均周周转转时时间间上上，如如设设第第i个个作作业业的的周周转转时时间间为为Ti=Tci-Tsc；Tci，Tsc分分别别为为作作业业的的完完成成时时间间和和作作业业的的提提交交时时间间，则则平平均均周周转转时时间间为为：T=（Ti）/n；对对这这个个公公式式涉涉及及的的n个个作作业业，相相对对于于长长作作业业，对对T值值的的影影响响大大，而而短短作作业业对对T值值的的影影响响小小。为为了了增增加加短短作作
9、业业对对T值值的的影影响响，引引入入平平均均带带权权周周转转时时间间的的概概念念。平平均均带带权权周周转转时时间间定定义义为为：W=（Ti/tri）/n；tri作作业业的的运运行行时时间间。一一般般认认为为T、W越越小小，系系统统对对作作业业的的吞吞吐吐量越大，系统的量越大，系统的性能越高性能越高。下一页下一页(1)(1)作业平均周转时间作业平均周转时间T T(Ti(Ti为每个作业的周转时间；为每个作业的周转时间；tctc作业完成时作业完成时刻；刻；tsts作业进入系统时刻作业进入系统时刻) )(2)(2)平均带权周转时间平均带权周转时间W W（TiTi为每个作业的周转时间；为每个作业的周转时
10、间；trtr为作业实为作业实际运行时间）际运行时间）（1）先来先服务（）先来先服务（FCFS）算法算法先先来来先先服服务务作作业业调调度度算算法法是是一一种种较较简简单单的的作作业业调调度度算算法法，即即每每次次调调度度是是从从后后备备作作业业队队列列中中选选择择一一个个最最先先进进入入该该队队列列的的作作业业，将将它它调调入入内内存存，分分配配资资源源、创创建建相相应应的的进进程程，放放入入进进程程就就绪绪队队列列准备运行。准备运行。FCFS算法利于长作业，不利于短作业。算法利于长作业，不利于短作业。下一页下一页2.2.3常用作业调度算法常用作业调度算法（2）短作业优先调度算法（）短作业优先
11、调度算法（SJF）短短作作业业优优先先调调度度算算法法是是指指操操作作系系统统在在进进行行作作业业调调度度时时以以作作业业长长短短作作为为优优先先级级进进行行调调度度。该该调调度度算算法法可可以以照照顾顾到到实实际际上上占占作作业业总总数数绝绝大大部部分分的的短短作作业业，使使它它们们能能比比长长作作业业优优先先调调度度执执行行。这这时时后后备备作作业业队队列列按按作作业业优优先先级级由由高高到到低低顺顺序序排排列列，当当作作业业进进入入后后备备队队列列时时要要按按该该作作业优先级放置到后备队列相应的位置。业优先级放置到后备队列相应的位置。实实践践证证明明，该该调调度度算算法法的的性性能能是是
12、最最好好的的，单单位位时时间间的的作作业业吞吞吐吐量量也也最最大大，但但也也存存在在缺缺点点：对对长长作作业业极极为为不利。不利。 。下一页下一页(3)(3)最高响应比优先（最高响应比优先（HRFHRF）响应比响应比= (= (作业等待时间作业等待时间+ +作业执行时间作业执行时间)/)/作业执行时间作业执行时间响应比优先即算出的响应比最高的先执行。响应比优先即算出的响应比最高的先执行。例：单道环境下四个作业，它们进入系统的时间如下：例：单道环境下四个作业，它们进入系统的时间如下： (1) (1)给出给出FCFS , SJFFCFS , SJF下的作业执行次序下的作业执行次序 (2) (2)给
13、出给出FCFS , SJFFCFS , SJF下的作业平均周转时间和带权平均周下的作业平均周转时间和带权平均周转时间转时间FCFS : T= ( 120+120+120+90 ) / 4 FCFS : T= ( 120+120+120+90 ) / 4 =112.5 =112.5SJF: T=SJF: T=（120+150+70+40120+150+70+40）/4=95/4=95FCFSFCFS： W= W=（120/120 + 120/50 +120/10 120/120 + 120/50 +120/10 +90/20 +90/20）/4=4.975/4=4.975SJF: W=SJF:
14、W=（120/120 + 150/50 + 70/10 120/120 + 150/50 + 70/10 +40/20+40/20） /4=3.25 /4=3.252.3用户与操作系统的接口用户与操作系统的接口2.3.1系统调用系统调用每个操作系统都提供几百种系统调用，包括：外存文件与目每个操作系统都提供几百种系统调用，包括：外存文件与目录的读写，各种录的读写，各种I/O设备的使用，在程序中启动另一个程序，设备的使用，在程序中启动另一个程序，查询和统计系统资源使用情况等等。查询和统计系统资源使用情况等等。1.系统调用的功能系统调用的功能1)设备管理：设备管理：设备的读写和控制；设备的读写和控制
15、；Ioctl设备配置设备配置Open 设备打开设备打开Close 设备关闭设备关闭Read 读设备读设备Write 写设备写设备2)文件管理：文件读写和文件控制；文件管理：文件读写和文件控制；Open 文件打开文件打开Close 文件关闭文件关闭Read 读文件读文件Write 写文件写文件seek读写指针定位读写指针定位Creat 文件创建文件创建Stat读文件状态读文件状态Mount安装文件系统安装文件系统chmod修改文件属性修改文件属性3)进程控制：创建、中止、暂停等控制；进程控制：创建、中止、暂停等控制；Fork创建进程创建进程Exit进程自我终止进程自我终止Wait阻塞当前进程阻塞
16、当前进程Sleep 进程睡眠进程睡眠Getpid读父进程标识读父进程标识4)进程通信：消息队列、共享存储区、进程通信：消息队列、共享存储区、socket等通信渠道等通信渠道的建立、使用和删除；的建立、使用和删除；5)存储管理：内存的申请和释放；存储管理：内存的申请和释放；6)系统管理：设置和读取时间、读取用户和主机标识等；系统管理：设置和读取时间、读取用户和主机标识等；gtime 读取时间读取时间Stime 设置时间设置时间getuid 读取用户标识读取用户标识通过系统调用接口也可使用系统命令。通过系统调用接口也可使用系统命令。C语言里的system()函数可调用shell来完成命令如 UNI
17、X系统： system(cp -r doc /tmp)系统调用的实现过程系统调用的实现过程实际上系统调用语句本身是硬件提供的（机器指令），但其实际上系统调用语句本身是硬件提供的（机器指令），但其所调用的功能是操作系统提供的。每种机器的机器指令集中所调用的功能是操作系统提供的。每种机器的机器指令集中都有一条系统调用指令。都有一条系统调用指令。设置系统调用号和参数。设置系统调用号和参数。调用号作为指令的一部分（如早期调用号作为指令的一部分（如早期UNIX），），或装入到特或装入到特定寄存器里（如：定寄存器里（如：DOSint21h，AH=调用号。）调用号。）参数装入到特定寄存器里，或以寄存器指针指
18、向参数表参数装入到特定寄存器里，或以寄存器指针指向参数表（内存区域）。（内存区域）。执行执行trap(int)指令：入口的一般性处理，查入口跳转表，跳转指令：入口的一般性处理，查入口跳转表，跳转到相应功能的过程。到相应功能的过程。保护保护CPU现场现场(将将PC与与PSW入栈入栈)，改变，改变CPU执行状态执行状态（处理机状态字（处理机状态字PSW切换，地址空间表切换）切换，地址空间表切换）将参数取到核心空间将参数取到核心空间执行操作系统内部代码；执行操作系统内部代码；执行执行iret指令：指令：将执行结果装入适当位置（类似于参数带入），将执行结果装入适当位置（类似于参数带入），恢复恢复CPU
19、现场（以栈顶内容置现场（以栈顶内容置PSW和和PC）。）。系统调用举例系统调用举例1.利用系统调用向打印机输出利用系统调用向打印机输出5个字符个字符方法方法1：调用：调用DOS功能向打印机输出功能向打印机输出MOVEA,PARA1MOVEB,PARA2INT21H方法方法2：用：用OUT指令直接打印指令直接打印L1：MOVEA，IINADDR1，BORB，BSJNCL1OUTADDR2，ARET2.3.2作业级的用户接口作业级的用户接口1.作业控制语言作业控制语言2.作业控制命令作业控制命令3.用户图形接口用户图形接口2.4作作业业控控制制2.4.1脱机控制方式脱机控制方式2.4.2联机控制方式联机控制方式
