CHAPTER 3 用户接口与作业管理

望

♦:♦用户与操作系统的接口

批处理操作系统的作业管理

作业的基本概念：作业、作业步、作业流

♦:♦交互式系统作业管理

♦:♦系统调用

用户程序提出服务请求的手段，基本思想，实

现方法

♦:♦操作系统安装与启动

用户接口与作业管理2

3.1概述

♦:♦程序的启动:

»两个前提条件：1)程序装入内存；2)

PC中已置入该程序在内存的入口地址。

A程序启动方式:

，命令方式

，批处理方式

，EXEC方式

，由硬件装入程序和启动程序执行

自起程序

用户接口与作业管理3

。程序的结束

»正常结束

,返回父程序并回送结果信息；

/释放所用资源，记录使用情况，记帐等

A异常结束

除了正常结束时所作的工作，还应找出错

误原因，并报告给用户。

用户接口与作业管理4

用户与操作系统的接口

»•>•■I・・BI•・»<BI»11I•t■IB4•4•1»tB•Bfl•4BIB4

■**,■,-■»',■*<■»•■»••«»­・，•«•・•■•Mr,・♦-・・••・

♦:♦作业级接口

♦:♦程序级接口

1、作业级接口

操作系统为用户对作业运行全过程控制提供的功能

A联机接口（交互式）

A脱机接口

■■

用户接口与作业管理5

2.程序级接口

系统为用户在程序一级提供有关服务而设置

由一组系统调用命令组成：

♦:♦负责管理和控制运行的程序

。并在这些程序与系统控制的资源和提供的服务

间实现交互作用

♦:♦用汇编语言：在程序中直接用系统调用命令

。用高级语言：可在编程时使用过程调用语句

用户接口与作业管理6

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。

(2)作业步

一个作业可划分成若干部分，称为一个作业

步。典型的作业控制过程：

“编译”、“连接装配”、“运行”

(3)作业流

用户接口与作业管理7

典型的作业步

库函数

动态库函

计算结果

用户接口与作业管理8

3.2批处理系统的作业管理

(1)作业控制语言

。作业说明书一一用户用于描述批处理作业处理过

程控制意图的一种特殊程序。

。书写作业说明书的语言称为作业控制语言(JCL)

(2)作业控制语言的类别

包括：I/O命令、编译命令、操作命令以及条件

命令等

匕

用户接口与作业管理9

作业说明书：

表达用户对作业的控制意图。

内容：

♦:♦作业的基本描述

♦:♦作业控制描述

。资源要求描述

用户接口与作业管理10

作业控制块与作业表

作业控制块

(JCB：JobControlBlock)

♦:♦作业控制块是批处理作业存在的标志；

♦:♦保存有系统对于作业进行管理所需要的全

部信息；

♦:♦位于磁盘区域中。

用户接口与作业管理11

作业控制块的内容

作业控制块中所包含的信息数量及内容因系

统而异。

。较简单的系统

。较复杂的系统

用户接口与作业管理12

作业控制块JCB

作业标知用户名称

用户帐号调度信息

资源需求作业状态

作业类别输入井地址

输出井地址进入系统时间

开始处理时间作业完成时间

作业退出时间资源使用情况

用户接口与作业管理13

■一■

作业控制块的建立

。当作业开始由输入设备向磁盘的输入井传输时,

系统输入程序为其建立一个作业控制块

。进行初始化

♦:♦初始化的大部分信息取自作业说明书

用户接口与作业管理14

作业控制块的使用

需要访问作业控制块的程序

♦:♦系统输入程序

♦:♦作业调度程序

。作业控制程序

♦:♦系统输出程序等

用户接口与作业管理15

作业控制块的撤消

。作业完成后，其作业控制块由系统输出程

序撤消

♦:♦作业控制块被撤消后其作业也不复存在

用户接口与作业管理16

作业表

♦:♦每个作业有个作业控制块

♦：♦所有作业JCB构成一个作业表

♦:♦作业表存放在外存固定区域中，长度是固定

♦:♦限制了系统所能同时容纳的作业数量

A系统输入程序、作业调度程序、系统输出程

序都需要访问作业表

»因而存在互斥问题

用户接口与作业管理17

批处理作业的状态及转换

一个作业从进入系统到运行结束,经历四个

不同的状态：

“进入”

后备

“运行”

“完成”

用户接口与作业管理18

进入状态A后备状态A运行状态A退出状态

数

据

数据

输

作

输

序

程

源

入

业

作业控制进程出

程

调

程

序

度

作业说序

明书

输

输入设备入输出设备

井

作业和进程的状态转换图

用户接口与作业管理19

运行状态的作业

二种状态:

♦:♦就绪状态

。执行状态

。等待状态

用户接口与作业管理20

作业的建立

»eBl»«Ba»flfel-«4BIB4B4B

一个作业建立过程的两个子过程:

作业的输入

♦：♦JCB的建立

作业控制块JCB和作业：一一对应关系

用户接口与作业管理21

蜜.......作业的输入...........

Ia1BfB4Bfl»1B4B1■4••»9>I»IBI•tBflBI•IB4B1»IBfl■1»4•IBt94BI»flBIBf•t•

....■…………...………....B

将作业程序、数据和作业说明书从输入设备（例

如键盘）输入到外存，并形成初始信息。

。联机输入

♦:♦脱机输入

♦:.SPOOLing系统

用户接口与作业管理22

建JCB的建立

l-B1*■4-I->4->•*■1*■1"■«­•1-»t->1*■t-■4"1-»*­i•-»t­»!*!1*■•"•

・.***■・•・，，・♦■.R.-M**■，1flrM*Q,■■-■■v-!■r，■,・’■，■■■■■，■一—，M■■，

A在系统把作业信息输入到输入井之后，根据作

业说明书和有关作业信息在外存的位置等，建

立作业控制表JCB。

JCB包含对作业进行管理所必须的信息；

♦:TCB表的数量是一个常数

。外存输入井的大小有限

只有在获得JCB表项和足够输入井空间后

作业才可能创建成功

用户接口与作业管理23

批处理作业的调度

主要功能:

。审查系统能否满足用户作业的资源要求，只要通过调

用相应的资源管理程序的有关部分，审核其表中是否

能满足作业说明书中的要求即可。

作业调度：

♦:♦按照一定的算法从输入井中的后备作业中选取作业

将其投入内存运行。

调度的关键在于选择恰当的算法

用户接口与作业管理24

H调度算法评价

■•・，♦・•M**M*■,'M•♦■，99**MV，■，■-Q，■'M»-M・♦•M•■■vM*•M••・，•OT(M«fB•

■

。调度实质上是一个策略问题；

♦:♦设定的目标往往是相互冲突的。

目标：

/单位时间内运行尽可能多的作业

,使处理机尽可能保持“忙碌”

,使各种1/0设备得以充分利用

/对所有的作业都是公平合理的

用户接口与作业管理25

要设计一个理想的调度算法是一件十分困难的事

在实际系统中，调度算法往往折衷考虑。

设计调度算法时应考虑的因素：

♦:♦调度算法应与系统设计目标保持一致

♦:♦注意系统资源均衡使用

♦:♦保证提交的作业在截止时间内完成

设法缩短作业平均周转时间

大多数操作系统都采用比较简单的调度算法

用户接口与作业管理26

调度算法性能的衡量

1­»«"■1*■9•4»ItflB|-BtBtBtI4•1»tB«■t■・B•■・■，■・

作业平均周转时间:

假定某一作业进入“输入井”的时间为Si,

它被选中执行，得到计算结果的时间为Ei

它的周转时间为Ti=Ei-Si

则作业平均周转时间为:

n

T=(zTi)X-

.।n

n为被测定作业流中的作业数

用户接口与作业管理27

平均带权周转时间

W=(y—)X1

n

』n

ri为某作业i的实际执行时间

❖T：衡量不同调度算法对同一个作业流的性能

❖W：同一调度算法对不同作业流的性能衡量

用户接口与作业管理28

常见的批处理作业调度算法

•■I»tIIBt»t»«Bt«•B4»«­•I»fl»1*"■t•tB4B4B4•1»t-»«"■4«4BIB«»<-B1»tBI•IBf・

。先来先服务算法(FCFS：FirstComeFirst

Serve)

♦:♦最短作业优先算法(SJF：ShortestJobFirst)

。最高响应比优先算法

(HRN：HighestResponseRatioNext)

响应比区=作业周转时间/作业处理时间

=(作业处理时间+作业等待时间)/作

业处理时间

=1+(作业等待时间/作业处理时间)

用户接口与作业管理29

®

aBiB1IaBt»tB4Bt・・B•B4»4tI»flBIBf•fBtB4B4B1»4»«•IB4•••i»4BI»t»I■fl■f•

■”，・，・・，•■”•■*****■，，，♦♦■'•■>>■>•・，•・二*■«♦・♦•■，■*•・，♦・二■・•・”-■••・，•・♦•・，■，♦■・•・，•・，-■•*sr・”

♦:♦富于优先数调度算法HPF：HighestPriorityFirst)

♦：♦(a)由用户规定优先数(外部优先数)

,用户提交作业时，根据急迫程度规定适当的优先数

/作业调度程序根据JCB优先数决定进入内存的次序

♦：♦(b)由系统计算优先数(内部优先数)

例：可按如下公式计算作业的优先数：

优先数=用户规定优先数-作业处理时间+作业等待

睛间-输出量

用户接口与作业管理30

♦:♦均衡调度算法（分类排队算法）

基本思想：

♦:♦根据系统运行情况和作业属性将作业分类

♦:♦轮流从不同的作业类中挑选作业

目标：

♦:♦力求均衡地利用各种系统资源，发挥资源使

用效率

♦:♦力求使用户满意

用户接口与作业管理31

“.”批处理作她的调度y续充皿”也

例1：将待处理作业分成如下队列：

队列1：计算量大的作业

队列2：I/O量大的作业

队列3：计算量与I/O量均衡的作业

。调度时，在三个队列中各取一些作业

在内存中的作业有的使用处理机

有的使用外部设备

。使得系统的各种资源能得到充分利用

用户接口与作业管理32

…一批处理作业的调度又续IO)………

例2：将待处理作业分成如下三个队列:

队列1：长作业

队列2：中等长度作业

队列3：短作业

。调度时

取队列1一作业，队列2一作业，队列3一作业

♦：♦长作业用户和短作业用户均比较满意

用户接口与作业管理33

作业调度算法应用例子1

♦:♦假设在单道批处理环境下有四个作业，已

知它们进入系统的时间、估计运行时间。

应用先来先服务、最短作业优先和最高响

应比优先作业调度算法，分别计算出作业

的平均周转时间和带权的平均周转时间。

用户接口与作业管理34

作业进入时间估计运行开始时间结束时间周转时间带权周转

时间（分钟）时间

（分钟）

JOB18：001208：0010：001201

JOB28：505010：0010：501202.4

JOB39：001010：5011：0012012

JOB49：502011：0011：20904.5

作业平均周转时间T=112.5

45019.9

作业带权平均周转时间W=4.975

先来先服务调度算法计算结果

用户接口与作业管理35

作业进入时间估计运行开始时间结束时间周转时间带权周转

时间（分钟）时间

（分钟）

JOB18：001208：0010：001201

JOB28：505010：3011：201503

JOB39：001010：0010：10707

JOB49：502010：1010：30402

作业平均周转时间T=95

38013

作业带权平均周转时间W=3.25

最短作业优先作业算法计算结果

用户接口与作业管理36

作业进入时估计运开始时结束时周转时带权周

间行时间间间间转时间

（分钟）（分钟）

JOB18：001208：0010：001201

JOB28：505010：1011：001302.6

JOB39：001010：0010：10707

JOB49：502011：0011：20904.5

作业平均周转时间T

=102.5

41015.1

作业带权平均周转时

间W=3.775

最高响应比优先作业算法计算结果

用户接口与作业管理37

在两道环境下有四个作业

0已知它们进入系统的时间、估计运行时间，

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。

。但是，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。

。请给出这四个作业的执行时间序列，并计算

出平均周转时间及带权平均周转时间。

用户接口与作业管理38

作业进入时间估计运行开始时间结束时间周转时间带权周转

时"间（分钟）时间

（分钟）

JOB110：003010：0011：05652.167

JOB210：052010：0510：25201

JOB310：10510：2510：30204

JOB410：201010：3010：40202

作业平均周转时间T=31.25

1259.167

作业带权平均周转时间W=2.292

两道批处理系统中

最短作业优先作业算法计算结果

用户接口与作业管理39

四个作业的执行时间序列为:

J0B1：10：00—10：05,10：40—11：05

JOB2：10：05—10：25

JOB3：10：25—10：30

JOB4：10：30—10：40

两道批处理系统中

最短作业优先作业算法计算结果

用户接口与作业管理40

两道批处理系统中

最短作业优先作业算法分析过程

1•।»1»J•t»II)»1I।»：।t»।।।।1t>।।»it।»»»)i1»i>irii)1।»»>ii।i

■3W**m'O*■*■,.・，*Mr■.■,・•-■•..，■.'flB*.■•♦■,■»

10：00,J0B1进入，只有一作业，JOB1被调入执行

10：05,JOB2到达，最多允许两作业同时进入

所以JOB2也被调入

♦:♦内存中有两作或，哪一个执行？题目规定当一新

作业运行后，可按作业运行时间长短调整执行次

序

♦:♦即基于优先数可抢占式调度策略

优先数是根据作业估计运行时间大小来决定的

由于JOB2运行时间（20分）比JOB1少

（到10：05,JOB1还需25分钟）

所以JOB2运行，而JOB1等待

用户接口与作业管理41

10：10,JOB3到达输入井，内存已有两作业

JOB3不能马上进入内存；

10：20,JOB4也不能进入内存

10：25,JOB2运行结束，退出，内存中剩下JOB1

输入井中有两作业JOB3和JOB4,如何调度?

♦:♦作业调度算法：最短作业优先

因此JOB3进入内存

比较JOB1和JOB3运行时间

JOB3运行时间短，故JOB3运行

同样，JOB3退出后，下一个是JOB4

JOB4结束后，JOB1才能继续运行

用户接口与作业管理42

o多道程序对平均周转时间的影响

作业流在多道环境下运行

。平均周转时间、带权平均周转时间

比单道环境下都有明显改善

。但是，不是任意作业组合都能改善调度性能

有时甚至可能变坏

用户接口与作业管理43

畲......................................

....■…………...………....B

例：四个各需两小时作业同时投入运行，I/O等待时间均占

25%,即占CPU时间各为1.5小时

根据计算公式，CPU的空转率为0

采用简单轮转法调度，每小时各作业分别占用25%的CPU时间，

算得该作业组合的平均周转时间约为6小时，而平均带权周

转时间约为3

但是，若以单道程序方式运行：

*平均周转时间T=(2+4平均)/4=5小时

*平均带权周转时间W=(1+2+3+4)/4=2,5

用户接口与作业管理44

作业调度与进程调度

9BIa4B••・»9tI»1BI•aBfl■IB414Bt»tB•B1■4BI1<

A作业能否占用处理器？什么时间能够占用处理器?

由进程调度来决定

进程的初始状态为就绪状态

进程调度选择当前可占用CPU处理进程，当它让

出处理器时，进程调度就再选另一作业的进程

作业调度与进程调度相互配合，实现作业的并行

用户接口与作业管理45

批处理作业的控制

♦:♦当作业为执行态时，作业调度程序为其建立一作

业控制进程，由该进程控制作业运行。

。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。

一个作业步的处理：

（1）建立子进程（2）为其申请资源

（3）访问该作业的JCB（4）释放占有资源

（5）撤消子进程等

♦:♦作业控制程序只有一个

对应每一处于执行状态的作业有一作业控制进程

用户接口与作业管理46

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

用户接口与作业管理47

SPOOLing系统工作原理

全称：SimultaneousPeripheral

OperationsOn-Line

含义：

同时的外围设备联机操作（假脱机技术）。

包括：

*输入程序模块

*输出程序模块

米作业调度程序

用户接口与作业管理48

SPOOLing系统工作示意图

通道

输入管输出管

理模块理模块

主机系统

用户接口与作业管理49

雷.................................

・・■•・”•■»*■•♦■，，■，■■*•**•・，***<ar■'♦■，1«■•-■»-■・*ar・，・，•■，，■--■«•ar•■，

。作业执行前用慢速设备将作业预先输入到后援存储器

（如磁盘、磁鼓，称为输入井）中，称为预输入

♦:♦作业运行后，使用数据时，从输入井中取出

♦:♦作业执行不必直接启动外设输出数据，只需将这些数

据写入输出井中

。作业全部运行完毕，再由外设输出全部数据和信息，

称为缓输出

实现了对作业输入、组织调度和输出的统一管理

。使外设在CPU直接控制下，与CPU并行工作（称为假脱

机）

用户接口与作业管理50

3.3交互式系统的作业管理

・aI■・>fl•fl»tB«Bt・・•・■・»4BIfrtBI•I•IBIB4a4B1»tB•Bt«4BI■■»4BI»tB•BIBf・

1、概述

(1)命令接口

在操作系统与计算机用户之间提供易于理解

的双向通信机制。

基本任务：

♦:♦解释命令，传送命令以便执行

♦:♦接受系统信息，提交给用户(以响应语言的

形式)

用户接口与作业管理51

。交互式命令的接口复杂

含功能结构，可能问题的处理，如各种约定、前端

处理、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；系统利用率低

。接口包括：一组联机命令，终端处理程序，命令解

释程序

用户接口与作业管理52

终端处理程序

。交互式命令接口：用户同操作系统的通信通过一个输入/输

出装置来实现

。I/O装置一般是显示终端

/输入通过键盘：在有的系统中，可通过指示装置（例如鼠

标）输入

/系统输入呈现在显示屏幕上，一次显示若干正文行

/某些系统中，提供图形显示功能

不管哪种I/O方式，这个终端装置是由一个终端处理程序管

理和控制

用户接口与作业管理53

♦:♦终端处理程序提供的输入输出方式对整个用

户命令接口有重大影响

♦:♦也确定了用户与其应用程序之间的通信方式

♦:♦终端处理程序必须作为用户接口的一个组成

部分来考虑

即，直接影响命令接口的一些问题须由终端

处理程序解决

用户接口与作业管理54

直接影响命令接口的一些问题

・BtBI**!1•t»«BtII(»*•I•・>I»flB••t•tB4»4Bfl»flB«•4«I■•-»«*•I»I»«*■i-B!-»

(a)回送显示(Echoing)

通常，每从键盘打入一个字符，终端处理

程序回送响应的字符到显示屏上，有时用

户要求其显示一个不同的字符或不显示(例

如，用户键入口令时)

对于通过远程通信线路访问的终端，可能

需要抑制这种回送，回送显示委托给远程

终端来实现

用户接口与作业管理55

®..................................

■«■(-■r，.....■,，■•・・，・・,-■«•■r・・.-■*■，•*»..-0»-r...♦.，■■■■09•»，■.■V*'■*

(b)提前打入(Typeahead)

假定输入字符在一程序准备处理它们之前打入，则

由“提前打入进程”把它们保存在缓冲区中

缓冲区容量是有限，当其存满后，再有输入时，或

者漏掉，或者将破坏缓冲区原有的内容

(c)字符变换

有些情况下，需要对打入的字符进行代码变换

如，把小写字母转换成大写字母，或者反之

(d)行缓冲

打入的字符在送到程序前，由终端接口保存，直到

整个命令行打入为止，为用户提供了校验、编辑，

甚至取消命令的机会

用户接口与作业管理56

(e)中断字符(BreakCharacters)

多数交互式命令接口可以接受一些称为中断字

符的特殊字符，并立即采取相应的行动。

如，在许多系统中，同时打入CTRL—C字符键,

立即终止当前程序执行，并使命令处理程序重

新初始化。

用户接口与作业管理57

2、命令解释程序

*

命令解释程序有两种处理方法：

(a)由终端命令解释程序直接处理

在没有创建子进程功能的系统中

终端命令通常由对应的命令解释程序处理

在这样系统中，仅有一个进程对应一个终端用户

(b)由子进程代为处理

♦:♦在具有创建子进程功能的系统中，对于较为单纯的

命令，如列目录，拷贝文件等，命令解释程序本身

便能完成，此时由命令解释程序直接处理

。对较复杂命令，如对于C源程序进行编译，命令解

释程序本身不能处理，此时创建一个子进程，并由

该子进程运行C编译程序

用户接口与作业管理58

3、命令接口的结构

♦:♦命令接口由命令处理器来实现

♦:♦命令处理器的实现方式：

(a)作为OS的一个部分

如，0S/MVT或VAX/VMS

(b)作为OS的一个独特模块，能方便地修改或替换

如，RT-11或CP/M

(O作为一易于被替换的普通程序

如，UNIX操作系统

(d)在某些系统中，可能用专门设计的命令接口替

代标准的命令接口

如，多用户UNIX,用户可有不同命令接口

用户接口与作业管理59

®4、命令语言

,'.1"!i*i1-1«­•1*»1*•«­••*!|-B1*■I*B.•1…-1f…l-i1…"»…«…"■1…*■f.l-B，・!,"•—t"»4"•l.".»，1*一•1"■1"■・1.*•

命令语言规定由OS执行的一系列操作

♦:♦在一般的命令语言中，用户通过打入称为命令行

的一行指令来规定每一个动作

♦:♦每一命令行以命令开始，它标识所要执行的操作

♦:♦大多数命令是用运行一个程序来执行所请求的操

作

多数命令行中要给出一些参数，每一命令语句实

际上是带有参数的一个过程调用

用户接口与作业管理60

*

一个命令语言通常提供下列几组命令:

(1)系统访问命令

登录命令，如，login等

撤离命令，如，logout等

(2)文件管理命令

(3)编辑、编译和执行命令

(4)询问命令

(5)操作员专用命令

用户接口与作业管理61

命令行：规定由操作系统执行的一系列操作

♦:♦力令行：一行可有一个或多个命令，每次一行，包含一个

或多个命令。

米shell给出提示符时可输入，以回车键提交。如：

米列出当前目录文件列表；

米ngunzipmpl.tar.gz;tar-xvfmpl.tar;\rm-r-fmpl.tarn

为解压缩后再展开。

♦:♦命令格式：一个拿g可有命令参数，格式包括选项/开关

(option/switch)或参数(argument)。

亲如UNIX系统：cp-rdoc/tmp-----argv[0],argv[l],...

(含子目录的文件复制：/tmp为目标地址)

用户接口与作业管理62

t

。力令分类：内部命令和外部命令

米内部命令：『X接由Shell本身完成，功能简单、使用频繁；

如：DOS的copy命令。

米外部命令：运行相应的可执行文件，在使用时加载。如：

DOS的xcopy命令

♦:♦命令简化：利用参数替换可简化命令输入，通配符(?,*)用

于匹配一组文件名

米如：UNIX的cp命令：当前目录上有两个叮・tar”和，2tar"

时，"cp*.tar/tmp”等同于"cpl.tar/tmp;cp2.tar/tmpn

用户接口与作业管理63

♦:♦命令的附加功能

命令的附加功能用以扩大命令的功能性、

选择性、适应