操作系统课件

Ti：作业i的周转时间 Tri：作业i的执行时间
作业i的周转时间: 作业i的带权周转时间:
作业的平均周转时间:
作业的平均带权周转时间:
第三章 作业管理及用户接口
3. 常用的作业调度算法
（1） 先来先服务（FCFS） 优点：算法简单、便于实现 缺点：导致短作业等待时间过长
作业名 A B C D E 进入输入井时间 8:06 8:18 8:36 9:18 9:18 需计算时间 42 30 24 24 12 需内存量(KB) 15 60 50 10 20
第三章 作业管理及用户接口
2. 进ห้องสมุดไป่ตู้调度的时机
1) 完成任务。正在运行的进程完成其任务后， 释放对CPU的控制 2) 等待资源。由于等待某些资源或事件，正在 运行的进程不得不放弃CPU 3) 运行到时。在分时系统中，当前进程使用完规 定的时间片，时钟中断使该进程让 出CPU 4) 发现标志。核心处理完中断或陷入事件后， 发现系统中“重新调度”标志被置上
系统调用大致可分为如下几类: (1) 设备管理。该类系统调用被用来请求和释 放有关设备、以及启动设备操作等。 (2) 文件管理。对文件的读、写、创建和删除 等。 (3) 进程控制。进程是一个在功能上独立的程 序的一次执行过程。进程控制的有关系统 调用包括进程创建、进程执行、进程撤消、 执行等待和执行优先级控制等。
第三章 作业管理级用户接口
3.2 作业管理
3.2.1 作业与作业步 作业：
用户在一次算题过程中或一次事物处理 中，要求计算机系统所做的工作的集合。
作业步：
通常把计算机系统完成一个作业所需的一系 列有序的相对独立的工作步骤称为作业步。
作业：在一次应用业务处理过程中，从输入开 始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该 次业务处理的全部工作称为一个作业。 作业由不同的顺序相连的作业步组成。作业步 是在一个作业的处理过程中，计算机所做的相 对独立的工作。一般来说，每一个作业步产生 下一个作业步的输入文件。
4. 处理机的状态及特权指令
管态：
处理机在执行操作系统的程序代码 时所处的状态
目态：
处理机在执行用户程序和其它系统 应用程序时所处的状态
第三章 作业管理级用户接口
3.1.2 作业控制级接口
是系统为用户在作业一级请求系 统服务而设置的
1.脱机接口——作业控制语言
这种接口主要是用于批处理系统
2.联机接口——键盘命令
用于以交互方式请求操作系统服务
3.图形用户界面
使用操作命令进行作业控制的主要方式有两种。 脱机方式:用户将作业的执行顺序和出错处理方 法一并以作业控制说明书的方式或命令文件方 式提交给系统，由系统按照作业说明书或命令 文件中所规定的顺序控制作业执行。 特点：执行过程中，用户无法干涉，只能等待作 业正常执行结束或出错停止之后查看执行结果 或出错信息，以便修改作业内容或控制过程。 批处理方式
第三章 作业管理级用户接口
3.4 处理机调度的级别
1.高级调度：又称为作业调度
根据一定的算法，从输入的一批作 业中选出若干个作业调入内存.
2.低级调度：又称进程调度
根据一定的调度算法，从就绪队列 中选择一个进程，使其获得处理机执行。
3.线程调度
第三章 作业管理及用户接口
3.4.1 作业调度
1. 作业调度的功能
第三章 作业管理及用户接口
3. 进程上下文切换
（1）保存处理器的上下文，包括程序计数器和其它寄存 器 （2）用新状态和其它相关信息更新正在运行 进程的PCB （3）把原来的进程移至就绪或等待队列
（4）选择另一就绪进程并更新被选进程PCB
（5）从被选中进程中重装入CPU上下文
第三章 作业管理及用户接口
(4) 进程通信。该类系统调用被用在进程之 间传递消息或信号。 (5) 存储管理。包括调查作业占据内存区的 大小、获取作业占据内存区的始址等。 (6) 线程管理。包括线程的创建、调度、执 行、撤销等。
系统调用即执行事先编制好的实现这些功能的 子程序或过程。(是操作系统程序模块的一部 分，且不能直接被用户程序调用)
3.5 Linux系统调用的实现
3.5.1 系统调用
Linux的命令控制界面
Linux的命令有9类： 系统维护及管理:date,setenv 文件操作及管理:ls,find 进程管理:kill,at,fork 磁盘及设备管理:df,du,mount 用户管理:adduser,userdel 文档操作:csplit,sort 网络通信:netstat,ifconfig 程序开发:cc.link X Windows管理:startx,XE86Setup
1.Linux系统与UNIX系统在用户界面上完全兼 容 2. 向用户开放源代码程序。 3.Linux系统一经推出，就得到了广大用户和 计算机厂商的青睐，迅速地形成了一个与 Windows系列操作系统相抗衡的自由软件联盟。 目前，已有许多计算机厂商宣布支持Linux操作 系统。
Linux shell
1）提高处理机与外设的并行程度 2) 提高主存的利用效率 3) 提高作业的吞吐量 4）作业调度算法应尽量简单，使系统 的时间和空间开销最小
（2）作业调度性能衡量
1）周转时间 Ti =Tei – Tsi
Tei：作业i的完成时间 Tsi：作业i的提交时间
第三章 作业管理级用户接口
2）带权周转时间
Wi = Ti∕Tri
图3.1系统调用的处理过程
系统调用的参数传递： 1.由陷阱指令自带参数。 缺点：一条陷阱指令的长度有限。陷阱指令只 能自带极有限的几个参数进入系统内部。 2.通过使用有关通用寄存器来传递参数。 缺点：寄存器长度较短，无法传递较多的参数。 3.在系统调用较多的系统中，在内存中开辟专 用堆栈区来传递参数。
第3章 作业管理和用户接口
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
操作系统的用户接口 作业管理 批处理的作业管理 处理机调度级别 Linux系统调度用实现
用户使用 ，系统管理 操作系统为用户提供的编程接口和命令控 制接口。 1.操作系统的命令控制接口及与其相关的作 业控制和管理概念。 2.系统调用与编程接口。 3.操作系统用户界面示例。
1)记录系统中各个作业的情况
2)按照某种调度算法从后备作业中挑选作业 3)为选中的作业分配内存和外设等资源 并为作业建立相应的进程
4)作业结束后进行善后处理工作,即收回该作 业所占用的全部资源,撤消与该作业相关的 全部进程和该作业的JCB
第三章 作业管理级用户接口
2. 性能评价标准
（1）调度策略的选择
分为静态优先数法和动态优先数法
例如：
作业优先数=(等待时间)2－所需运行时间－16×输出量
作业名 A
进入输入井时间 需要计算时间（分钟） 优先级（数大级高） 8：00 60 1
B
C D
8：40 8：50
8：30
30 10
50
2 4
3
第三章 作业管理及用户接口
3.4.2 进程调度
1.
进程调度的功能
（1）记录当前进程的情况 （2）选择占有处理机的进程。 （3）进行进程上下文切换
3.1 简 介
两类用户： 1.使用和管理计算机应用程序的用户 （用户和管理员用户）－－－－命令 控制界面 2.程序开发人员－－－－系统调用
3.1.1 程序级接口
用户在程序中直接使用系统调用指 令来调用操作系统的有关功能。
1. 什么是系统调用指令 2. 系统调用指令的形式
系统调用
系统调用是操作系统提供给编程人员的唯 一接口。编程人员利用系统调用,在源程序一 级动态请求和释放系统资源，调用系统中已有 的系统功能来完成那些与机器硬件部分相关的 工作以及控制程序的执行速度等。
联机控制方式不要求用户填写作业说明书，系 统只为用户提供一组键盘或其他操作方式的命 令。用户使用系统提供的操作命令和系统会话， 交互地控制程序执行和管理计算机系统。 工作过程：用户在系统给出的提示符下敲入特 定的命令，系统在执行完该命令后向用户报告 执行结果；然后，用户决定下一步的操作。如 此反复，直到作业执行结束。
第三章 作业管理及用户接口
（3）最高响应比优先算法(HRN)
响应比＝作业等待时间∕作业运行时间
作业名 A B C
进入输入井时间 8:06 8:18 8:36
需计算时间 42 30 24
需内存量(KB) 15 60 50
D
E
9:18
9:18
24
12
10
20
（4）优先级算法
第三章 作业管理及用户接口
（2）短作业优先算法(SJF) 优点： 缺点：
第三章 作业管理及用户接口
作业平均等待时间最小和作业吞吐重量大
若系统不断接纳新作业，则可能导致大作业长 期等待
作业名 A B C D E 进入输入井时间 8:06 8:18 8:36 9:18 9:18 需计算时间 42 30 24 24 12 需内存量(KB) 15 60 50 10 20
问题：编程人员给定了系统调用名和参数之后 是怎样得到系统服务的呢?
需要中断处理机构完成。当用户使用 系统调用时，产生一条相应的指令， 处理机在执行到该指令时发生相应的 中断，并发出有关信号给该处理机构。 该处理机构在收到了处理机发来的信 号后，启动相关的处理程序去完成该 系统调用所要求的功能。
1.陷阱(trap)处理机构:在系统中为控制系统调 用服务的机构。 2.每个系统调用都对应一个事先给定的功能号， 例如0，1，2，3等。在陷阱指令中必须包括 对应系统调用的功能号。 3.每个系统调用子程序有入口地址表，每个入 口地址都与相应的系统子程序名对应起来。 然后，由陷阱处理程序把陷阱指令中所包含的 功能号与该入口地址表中的有关项对应起来， 从而由系统调用功能号驱动有关系统子程序执 行。