第3讲第1章绪论(三)第2章作业管理(一)

河北科技师范学院大专课程

操作系统第3讲主讲人：曾晓宁2023/2/611.6操作系统的安装与引导1、选择操作系统的原则（略）桌面应用服务器应用2023/2/622、安装操作系统的注意事项略2023/2/633、操作系统的引导过程是指机器从开机后，外存上的操作系统内核文件经过加载进入内存并形成一个用户能使用机器的环境的过程；1)BIOS与系统自检2)标准设备检测3)更新ESCD4)引导系统2023/2/641)BIOS与系统自检什么是BIOS：BIOS（BasicInput/OutputSystem，基本输入输出系统）全称是ROM－BIOS，是只读存储器基本输入／输出系统的简写；它实际是一组被固化到电脑中，为电脑提供最低级最直接的硬件控制的程序，它是连通软件程序和硬件设备之间接口（虽然它本身也只是一个程序），负责解决硬件的即时要求，并按软件对硬件的操作要求具体执行。2023/2/65系统自检加电自检（PowerOnSelfTest，简称POST），是用于电脑刚接通电源时对硬件部分的检测，功能是检查电脑是否良好；通常完整的POST自检将包括对CPU，640K基本内存，1M以上的扩展内存，ROM，主板，CMOS存储器，串并口，显示卡，软硬盘子系统及键盘进行测试；2023/2/66一旦在自检中发现问题，系统将给出提示信息或鸣笛警告。自检中如发现有错误，将按两种情况处理：对于严重故障（致命性故障）则停机，此时由于各种初始化操作还没完成，不能给出任何提示或信号；对于非严重故障则给出提示或声音报警信号，等待用户处理。2023/2/672)标准设备检测内存检测通过之后，系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备；这些设备包括：硬盘、CD-ROM、软驱、串行接口和并行接口等连接的设备，另外绝大多数新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测和设备内存的相关参数、硬盘参数和访问模式等。

2023/2/68标准设备检测完毕后，系统BIOS内部的支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中安装的即插即用设备。每找到一个设备之后，系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称和型号等信息，同时为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源。2023/2/693）更新ESCD接下来系统BIOS将更新ESCD（ExtendedSystemConfigurationData,扩展系统配置数据）。ESCD是系统BIOS用来与OS交换硬件配置信息的数据，这些数据被存放在CMOS中。通常ESCD数据只在系统硬件配置发生改变后才会进行更新，所以不是每次启动机器时我们都能够看到“UpdateESCD..Success”这样的信息。2023/2/610可以把BIOS设置项“PnP/PCIConfiguration”中的“ResetConfigurationData”一项设置为“Enabled”，这样下次开机的时候系统就会强制更新ESCD。

2023/2/6114）引导系统ESCD数据更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作，既根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。以从C盘启动为例，系统BIOS将读取并执行这个活动分区的分区记录，即主引导记录从分区表中找到第一个活动分区，然后读取并执行这个活动分区的分区引导记录。而分区引导记录将负责读取并执行对应的操作系统文件。然后就显示出熟悉的界面了。2023/2/6121.7操作系统的运行环境一、IntelX86CPU

主要功能是从内存中获取机器语言指令并执行指令，包括根据指令代码管理它自己的寄存器，根据指令或自己的需要修改内存的内容，以及响应其他硬件的中断请求等。处理器由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成;运算器实现指令中的算术和逻辑运算，是计算机计算的核心;控制器负责控制程序运行的流程，包括取指令、维护CPU状态、CPU与内存的交互等等;2023/2/613寄存器寄存器是指令在CPU内部作处理的过程中暂存数据、地址以及指令信息的存储设备；在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度；寄存器提供了一定的存储能力速度比主存储器快得多但是造价高，容量一般都很小2023/2/614两类寄存器：通用寄存器，高级语言编译器通过算法分配并使用之，保存参加运算的操作数和中间结果；专用寄存器，是一些状态寄存器，不能通过程序改变，由OS的自己控制来表明某种状态。2023/2/615四、存储系统支持OS运行硬件环境的一个重要方面：作业必须把它的程序和数据存放在主存储器（内存）中才能运行;多道程系统中，若干个程序和相关的数据要放入主存储器;操作系统要管理、保护程序和数据，使它们不至于受到破坏;操作系统本身也要存放在主存储器中并运行;2023/2/6161、存储器的类型两类存储器：随机读/写存储器、只读存储器1、随机读/写存储器RAM：RandomAccessMemoryRAM主要用作存放随机存取的程序的数据；可把数据存入其中任一地址单元，并可在以后的任何时候把数据读出，或者重新存入新的数据的一种存储器；2023/2/6172、只读型的存储器:只能从其中读取数据，但不能随意用普通方法写入数据（写入数据只能用特殊方法）称为只读存储器（ROM：Read-OnlyMemory）2023/2/618变型:PROM和EPROMPROM:一种可编程只读存储器，使用特殊PROM写入器写入数据EPROM:用特殊的紫外线光照射此芯片，以“擦去”信息，恢复原来状态，然后使用特殊EPROM写入器写入数据注：在微机中，一些常驻内存的模块以微程序形式固化在ROM中。2023/2/6192、存储器的层次结构存储系统设计三个问题：容量、速度和成本容量：需求无止境速度：能匹配处理器的速度成本问题：成本和其它部件相比应在合适范围之内2023/2/620容量、速度和成本三个目标不可能同时达到最优，要作权衡解决方案：采用不依赖于一种存储介质、具有一定层次性的存储体系结构；实践证明：CPU访问存储器的命中率一般都能满足系统的运行性能的要求；很有效，通过用少量价格高、速度快的与大量价格低、速度相对较慢的存储器相结合，可以求得系统性能的平衡，尽量接近最快的存储器的速度，同时保证存储器的总容量足够大。2023/2/621层次化的存储体系结构2023/2/6221.8如何学习操作系统1、学习操作系统的目的根据需要选择操作系统或操作系统中的可选模块；开发和设计应用系统；为专门用途设计、修改和扩充操作系统。2023/2/6232、操作系统的几个观点对于系统设计人员来说，考虑的是如何使计算机各个部件正确动作，以实现各种系统功能；对于用户来说，要求系统提供最方便的使用方法，至于计算机内部如何运作却没有必要了解；2023/2/624这些不同的观点代表着操作系统的不同侧面，只有将各个侧面综合起来，才能完整地说明操作系统。操作系统研究有四个观点：资源管理观点、虚拟机的观点、用户管理观点、进程管理观点2023/2/625资源管理观点当前对操作系统描述的主要观点；资源管理是指在OS的控制下，在并发执行的多道程序之间有效地分配系统资源，充分提高资源利用率，使每个程序都能正确有效地运行。2023/2/626资源管理的两个目标对各类资源进行抽象研究，找出资源的共性和个性，有序地管理计算机中的各种资源，跟踪资源使用情况，监视资源的状态，满足用户对资源的需求，协调各进程对资源的使用冲突。研究使用资源的统一方法，让用户方便、有效地使用资源，最大限度地实现资源共享，提高资源利用率，从而提高计算机系统的使用效率。2023/2/627将计算机系统内的所有硬件、软件、数据等看作资源，操作系统的任务就是对这些资源进行分配、释放、相互配合、信息记录和信息修改资源是静态的，而操作系统是动态的动态的管理者不断地调整资源的分配与释放，实现用户所要求的各种功能。

Windows系统中对所有资源的组织与管理由于资源有不同的种类，资源的打开方式和操作方式也是不同的，Windows将这些展示平台集中在一起用户可以自由选择2023/2/628虚拟机的观点是一种用软件来实现机器性能扩充的观点；安装完OS的计算机是一台功能显著增强、使用方便且效率明显提高的机器。称为虚拟机；2023/2/629用户接口的观点对用户来说，OS是用户和计算机硬件系统之间的接口（软件接口）；有了OS，用户能方便快捷的操纵硬件和运行自己的程序；2023/2/630认为系统中存在着大量的动态行为：处理机在执行着程序，存储器上面的页面被不断地换出、换进，设备上数据在流动，用户在不停地命令计算机做事。这一切动态的行为都是以叫做进程的形式存在着，操作系统对进程进行管理，管理进程的建立、运行、撤消等。进程管理观点2023/2/631进程不是静态的程序，而是程序运行起来才会存在的一个实体，进程是一个动态的概念。2023/2/6321.8.3学习操作的方法围绕以下4个中心问题：1、OS是怎样管理计算机系统中各种资源，以及保证资源的使用效率；2、OS怎样为用户提供良好的运行环境，以方便用户使用计算机系统；3、OS怎样按照用户的要求来控制程序的执行，以保证用户得到满意的服务。4、OS怎样合理分配和管理共享资源，以确保计算机系统的安全可靠。2023/2/633本章小结操作系统的定义与功能操作系统的基本特征操作系统的分类实用操作系统OS的引导过程OS的运行环境如何学习OS2023/2/634本章结束，没有作业！2023/2/635操作系统的精髓计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件（或程序集合）。操作系统目前有五大类型：五大功能：大家回忆！批处理、分时、实时、网络和分布式作业管理、文件管理、存储管理、设备管理和进程管理2023/2/636本章要点：作业的概念作业的类型作业的管理作业的调度操作系统的用户接口Windows2000/XP的用户接口第2章作业管理 2023/2/6372.1.1作业与作业步1、作业的概念（两种观点）用户的观点：一个作业是指在一次在一次运算过程中或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（计算过程）的全部工作。2.1作业的概念2023/2/638系统的观点（针对作业进行资源分配）：作业由程序及数据（作业体）和作业说明书（作业控制语言）组成，程序、数据都以文件存放，系统通过作业说明书控制程序的执行和数据的操作。2023/2/639实例：用户在使用计算机运算或处理信息时，往往先将自己想做的处理过程用某种程序设计语言表达出来，也就是编制源程序。以TC语言编程的步骤是怎样的？大家想一想？2023/2/640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：用某种语言（例如TC语言）编制一个程序，它被称为源程序。（1）将源程序和初始数据记录在某种输入介质上，如在终端设备（包括键盘、显示器）上直接编辑输入源程序。（2）然后对源程序进行编译、连接、运行等步骤；（3）按照一定要求来控制计算机工作，并经过加工最后算出结果。2023/2/641分析出对作业的处理一般有这样几个作业步：（1）编辑（修改）：建立新文件或是对原有文件进行修改。（2）编译：请求系统把修改好的源程序翻译成目标模块，并将它放在磁盘上；（3）链接：请求系统把主程序模块和其他所需要的子程序和例行程序链接装配在一起，把编译程序产生的目标程序连接成一个可执行程序。（4）运行：将此文件调入内存，并启动之，最后给出计算结果。2023/2/6422023/2/643作业步：把计算机系统完成一个作业的过程中所做的一项相对独立的工作。上例中，在处理作业过程中，所经过的如编辑、编译、连接、运行、输出结果等步骤等称为作业步。一个作业步还能进一步划分成更细更小的子作业步。2、作业步的概念2023/2/6443、作业步间的关系一个作业的各作业步之间并非相互独立，它们在逻辑上是顺序执行的：上一个作业步的输出是下一个作业步的输入，即前一作业步运行所产生的结果，正好是下一作业步所需要的数据；只有上一个作业步顺利完成，下一个作业步才可继续运行。2023/2/645若源程序有错，系统在编译过程中会给出编辑中出现的错误，重新修改后，再重新进行编译，如此反复直至编译成功为止。只有编译无错误时才能进行连接装配，连接成功后即可运行程序输出结果。实例2023/2/6464、作业和进程的关系作业和作业步都表示计算机的工作实体；进程是完成工作的执行实体；没有作业工作，进程无事可干；没有进程，作业工作无法完成。作业概念更多地用在批处理系统，而进程则可以用在各种多道程序设计系统；2023/2/6475、作业流在批处理系统中，常把一批作业安排在输入设备上，然后按某种调度算法依次读入系统中进行相应处理，从而形成一个作业流。作业流中的各作业用专门的标志卡或语句隔开。小系统一般有一个作业流，大系统可以同时有几个作业流。2023/2/6482.1.2作业的类型

按作业提交的方式分为两类：1、交互式作业/终端作业/联机作业用于分时系统或个人计算机系统中；此类作业通过命令方式提供，用户独占终端实施交互式控制；适合于对程序的动态调试和修改。2023/2/649交互式控制方式用户把自己对作业执行的控制意图用操作控制命令输入到计算机系统中；在作业执行过程中，用户逐条输入命令，系统根据接到的命令控制作业的执行。一条命令所要求的工作做完后，系统通知用户命令的执行情况，且允许用户再输入一条命令，以控制作业继续执行，直到作业执行结束。在作业执行过程中系统与用户不断地交换信息。2023/2/6502、批处理作业/脱机作业批处理作业管理方式是指用户把自己对作业执行的控制意图用作业控制语言写成一份说明书，连同该作业的源程序和初始数据一起输入到计算机系统中；计算机系统一次可以接收多个用户作业并将它们存放在磁盘的输入井中，系统就可以按一定调度算法来调度作业并按照说明书来控制作业的执行过程。2023/2/651特点：

按照这种方式执行的作业，不需要用户的干预，由系统自动完成。这种方式也称为脱机控制方式，或自动控制方式，它适合对作业的成批处理。采用这种处理方式的作业称为批处理作业，或脱机作业。2023/2/6522.1.3作业控制语言与作业说明书一、作业控制语言（JobControlLanguage)出现在早期的批处理控制系统（脱机工作方式）。是操作系统提供的一种专门的语言；它既可以写成操作说明书的形式，也可穿孔成为作业控制卡的形式（前者为较多的为批处理系统所采用）。2023/2/6531、JCL发展早期的作业控制语言：一种类似于汇编语言，一种类似于高级语言。操作系统的外壳程序的功能日益完善，JCL被操作系统的shell语言所代替，现在还可以采用高级语言（如VB）进行编写。2023/2/6542、作业控制语言的概念是描述批处理作业控制执行的标准，是对用户作业组织和管理的各种控制命令的集合，它是系统提供给用户用来描述其作业控制意图的工具。2023/2/6553、作业控制语言的组成作业控制语言由若干个控制语句组成。每个语句一般由控制关键字和控制参数组成。控制关键字告诉系统做什么样的操作，控制参数告诉系统操作的具体内容或对象。2023/2/656二、、作业说明书1、什么是作业说明书？作业说明书是用户用于描述批处理作业过程控制意图的一种特殊文件。用作业控制语言书写作业说明书，规定操作系统如何控制作业的运行。2023/2/6572、作业说明书的内容作业基本信息：用户名、作业名、作业优先级、使用的编程语言名称、以及允许的最大处理时间等；作业控制信息：作业控制方式、作业步的操作顺序、作业执行出错处理；作业资源要求信息：所需处理时间、优先级、内存空间大小、外设类型和数量等以及所需库函数或实用程序等；2023/2/6582.2作业管理的功能作业管理的基本功能是作业控制和作业调度作业控制包括作业如何建立、作业如何运行、如何进行故障处理，以及怎样控制作业的输出等。2023/2/659作业调度在多道系统中，允许有多个作业进入系统。那么这些作业是如何被选择进入内存的，系统怎样为它们分配其所需资源，这就是作业调度的问题。实际上，作业进入内存的次序与系统的调度策略有关。2023/2/6602.2.1作业的建立作业的建立是指把作业所包含的全部程序和数据输入到计算机的外部辅助存储设备，同时为作业申请一个作业控制块的过程；作业建立的过程：1、作业的输入2、JCB的建立（JobControlBlock,JCB)2023/2/6611、作业的输入（与其输入方式有关）作业的输入方式：A：脱机输入方式：（OFF-LineI/O)早期批处理系统中作业的输入方式；通过磁带或磁盘在外围机的控制下，预先从低速输入设备输入到磁带或磁盘上，当CPU需要这些数据时，再直接从磁带或磁盘上高速地调入内存。2023/2/662输入调备外围机磁盘磁盘磁盘磁盘外围机主机输出设备图2-2脱机输入输出示意图2023/2/663