6-作业管理.doc

CH6 作业管理 作业管理的主要工作是: A 对用户作业的合理调度, 以提高系统的吞吐量和减少作业周转时间.B 提供用户与OS的接口, 以方便用户对作业的运用和控制.本章内容主要有:1. 作业#1 概念#2 作业状态2.作业管理的功能#1 作业调度#2 作业控制 #3 用户与OS的接口3. 作业流处理#1 JSP，作业流管理进程#2 JSP工作流程4. 作业调度#1 作业调度的目标和应考虑的因素#2 作业调度算法#3 相关概念#4 周转时间的计算1. 作业一、 概念1. 在CH1的批处理技术中, 已讲到作业, 即: 完成独立事件的程序+数据=作业步; 如编辑, 编译, 连接, 运行等. 作业步+相应的控制信息, 完成某种事务=作业; 作业的有序组合=作业流2. 作业类型 #1 从调度角度分: A 计算型: 如科学计算作业 B I/O型: 如事务处理作业 #2 从控制角度分: A 脱机作业: 依据作业说明书控制作业运行, 常用于批处理系统, 也称为批量型作业. B 联机作业: 用键盘命令直接控制作业运行, 常用于分时系统, 也称为终端型作业.二、作业状态 一作业从进入到运行结束一般经历三个状态（教材增加了提交状态）, 如下图: 后备状态运行状态完成状态 作业注册/提交 作业调度 进程调度 作业终止 ( 图6-1 )1. 后备态 作业所需信息全部输入外存后, 由注册程序（JSP，作业流管理进程）为其建立作业控制块（JCB）, 并输入到作业后备队列等待作业调度, 此时的状态即为后备态.2. 运行态 作业调度从作业后备队列中选择一作业进入内存, 建立相应的进程, 此时进入运行态, 可细分为就绪, 执行, 阻塞三基本状态.3. 终止态作业(此时是进程)正常或异常结束时, 自我终止/被迫终止, 便进入终止态. 此时系统回收作业控制块, 然后该作业消亡. 所以终止态存在时间很短暂.2.作业管理的功能 作业管理的功能主要是: 作业调度和作业控制两大块.一、作业调度1、 是批处理系统中处理机分配的第一步, 按一定算法从后备作业队列中选择一作业, 分配资源(除处理机外), 创建进程并插入到就绪队列中.2、 应指出, 只有批处理系统才有作业调度. 在分时系统中, 由于用户从终端输入的作业直接进入内存而人机交互, 因此不需从外存到内存的作业调度; 在实时系统中, 由于要求的响应时间更为严格, 也不需作业调度.二、作业控制 用户通过OS的界面, 向系统发出各种命令, 管理自己作业和控制作业的运行, 一般把作业控制分成以下两类:1、脱机作业控制 也称作业的自动控制方式/批处理作业控制. 即用户把其对作业运行的控制意图, 连同程序, 数据和发生故障时的处理方法一起输入到系统（用JCL编写）,由系统自动按预定方案控制作业运行. 一般有: A 作业控制卡: 控制命令穿孔在卡片上, 顺序执行. B 作业说明书: 控制命令以类高级语言形式编写, 可转移执行.2、联机作业控制 也称作业的直接控制方式/终端型作业控制. 即用户通过终端以人机回话的方式直接控制作业的运行, 而系统也可把运行情况通过终端设施随时告知用户, 以方便用户的控制. 显然, 联机作业控制面向新手或调试程序; 而脱机作业控制面向作业的时间运行以提供速度. 一般的, 批处理OS都提供显式命令, 使用户可在两种控制方式中随意切换.三、用户与OS的接口 OS是计算机裸机与用户的中介, 为方便用户使用OS, OS又提供一个接口/界面, 完成用户与OS的信息交流. 因此, 这个接口是否功能强大, 是否亲切, 将直接影响该OS的受欢迎程度. 用户接口一般分为命令接口和程序接口两类.1. 命令接口 通过终端, 命令接口在OS和用户之间提供一种人们易于理解的双向通信机制. 包括: #1 面向脱机作业控制的脱机命令接口, 用作业控制语言JCL编写作业控制命令使系统自动运行. #2 面向联机作业控制的联机命令接口, 用键盘操作命令, 交互地直接控制作业的运行, 这类交互命令可再细分为: A 面向流的命令系统: 如DOS, UNIX中的SHELL等. B 面向菜单的命令系统: 如DOSSHELL, NETWARE中的许多实用程序等. C 面向图形的命令系统: 如WINDOWS3.1, SYSTEM/MACOS等2. 程序接口 这是OS为用户程序访问计算机作业而提供的接口, 由一组系统调用组成. 如: DOS的DOS中断例程INT 21H, INT 13H, 16H等; WINDOWS3.1有API.程序员可用汇编直接调用或通过编译系统间接调用OS系统提供的各类服务, 如串/并口的使用, 内存申请/释放, 文件的R/W等等.3. 用户与OS的接口模型 联机用户 脱机用户 响应命令命令 终端处理程序文档 响应命令接口程序接口应用程序 ( 图6-2 ) OS 裸机 #1 命令接口是OS提供的一个更直观, 更友好的应用程序. #2 终端处理程序使脱机用户可直接控制作业运行而成联机用户, 当然其调度策略也相应地有变化.3. 作业流处理一、JSP，作业流管理进程1、 作业三态都是通过JSP来调用相应功能进程完成转换。JSP是一个总控程序，如DOS的COMMAND.COM，UNIX的终端程序等。2、 他本身也是个进程（特权），在调度作业后被阻塞，通过消息被唤醒。通过SPOOLING把作业逐个送到输入井，同时传递消息唤醒JSP。把作业加到后备队列，形成JCB。3、 其所调用的相应功能进程包括进程的建立，如fork(), creat()；外部设备分配进程，如allocate()；内存分配进程，如malooc()；I/O请求进程；进程终止进程，如Halt()；撤消进程，如Kill()等。二、JSP工作流程睡眠等待Yes作业后备队列空否？NoNo按调度算法选择一作业：1、 为作业创建进程2、 分配外存和内存3、 分配相应外设4、 把进程加到就绪队列 进程异常中止处理 进程正常终止处理 进程人工撤消等等善后内容包括：回收资源；提供运行报告/包括故障信息；会计核算（计费）；释放PCB；作业注销等。有无特殊的消息？Yes4. 作业调度 作业从提交到完成一般经历三级调度: （参考进程调度） #1 高级调度: 也称作业调度, 解决从作业队列中把哪些作业调入内存, 创建进程和分配资源, 并挂到就绪队列上. 仅在批处理系统中有作业调度, 运行频率低. #2 低级调度: 也称进程调度, 决定就绪队列中哪个进程先获得处理机. 运行频率高, 是最基本的调度, 三类OS都具有这种调度. #3 中级调度: 也称进程对换, 按一定算法在内存和外存之间进行对换, 其目的是解决内存不足. 中级调度的主要工作是把一部分阻塞进程换到外存以腾出空间. 在分时系统和具有虚拟存储器的系统中经常用到. 作业调度是作业管理的两大任务之一, 包括作业选取, 作业分配, 进程创建三部分. 其中后两项属事务性工作, 较简单. 而作业选取算法是决策性工作, 将直接影响系统性能. 所以本章主要阐述作业调度算法问题.一: 作业调度的目标和应考虑的因素 尽管不同的系统有着不同的目标, 但总的可概括为两大方面: 更好地为用户服务; 有效地改善系统性能. 因此目标也分述两点:1. 面向用户的作业调度目标 从用户的直观上评价系统目标, 应做到: #1 作业的平均周转时间尽可能短: 即从总的平衡基础上使大多数用户感觉满意. 而不是满足少数用户. #2 确保作业在截止期内完成: 因为有效作业的意义随完成时间而变. #3 优先级高的作业优先服务: 因为优价必须优质.2. 面向系统的作业调度目标 是基于系统自身的需要, 如吞吐量最大, 作业最有效利用等, 一般应在满足用户目标的情况下, 尽量追求系统目标. 包括: #1 最大的吞吐量: 在单位时间内作业完成尽量多. #2 处理机尽量忙: #3 对所有的作业公平合理: 虽有怎样理解的问题, 但对不同作业应区别看待则无疑义. #4 平衡资源利用: 如CPU与I/O的均衡, 内存与I/O的均衡.3. 设计作业调度算法时应考虑的因素 从以上的用户目标和系统目标出发设计作业调度算法, 应考虑因素有: #1 优先级高的先运行: 以保证紧迫作业先完成. #2 短作业先运行: 使单位时间内完成的作业数尽量多 #3 资源要求低的作业先运行: 可使更多作业获得满足 #4 系统资源的均衡使用: 在作业调度时, 搭配各类型作业, 使各类资源充分利用. 如I/O型打计算型.二: 作业调度算法1. 先来先服务 (FCFS) 按作业到达的先后次序调度, 有利于长作业.2. 基于优先级算法 优先级高的作业先被调度, 但有两个问题需解决: #1 如何确定优先级: 用户/系统?, 何时? #2 优先级是否可变: 静态/动态?3. 最短作业优先(SJF) 或最短剩余运行时间优先 优先考虑运行时间短的作业. 其平均周转时间少, 但会导致长作业长时间等待情形, 且运行时间的估算也是个问题.4. 响应比高者优先(HRN) 是对SJF和FCFS算法的折中. 响应比Rp=作业响应时间/要求运行时间=1+作业等待时间/要求运行时间显然: 在等待时间一样时, 运行时间越短, 则Rp越高, 即短作业优先; 同时, 若某作业等待时间足够长, 其Rp也会变大, 即考虑到FCFS算法.5. 分时和优先级相结合算法 类似于进程调度算法中的多级反馈队列, 即按优先级划分作业为多个队列, 选择满足资源的最高优先作业使其就绪; 当有更高优先的作业进来时, 剥夺运行中的作业; 当运行作业时间片完时, 剥夺资源, 降一级加到作业后备队列中.6. 综合考虑资源要求的调度算法 对作业所需的CPU, 内存, I/O等资源折价为统一的标价(尺寸). 如设: 1K内存=1; 100行输出=1; 1秒CPU=1; 若某作业需运行30秒, 10K内存, 要输出1000行, 其折算值=30/1+10/1+1000/100=50(标价单位). 若再考虑等待时间, 则调度指标公式: 优先调度值Rp=1+(等待时间/K)/估计的资源量R;这里