河北科技師范學院大專課程

操作系統(tǒng)第5講主講人：曾曉寧2023/1/141一、作業(yè)調(diào)度的概念1、作業(yè)調(diào)度程序作業(yè)調(diào)度又稱為高級調(diào)度，它是根據(jù)某種調(diào)度算法，從后備作業(yè)隊列中選出若干個作業(yè)，為它們分配必要的系統(tǒng)資源后，使之進入內(nèi)存運行。完成作業(yè)調(diào)度功能的程序稱為作業(yè)調(diào)度程序。它通常作為一個進程在系統(tǒng)中執(zhí)行。一旦某個作業(yè)被選中，系統(tǒng)就為該作業(yè)創(chuàng)建相應的作業(yè)進程，并把這些進程交給進程調(diào)度程序去調(diào)度執(zhí)行，即進程調(diào)度(進程調(diào)度又稱低級調(diào)度)。2.2.4作業(yè)調(diào)度復習一下2-82023/1/1422、作業(yè)調(diào)度的性能指標周轉(zhuǎn)時間=完成時間-提交時間平均周轉(zhuǎn)時間為：T=（∑ti）/n帶權周轉(zhuǎn)時間=周轉(zhuǎn)時間ti/運行時間tkW=（∑ti/tk）/n2023/1/143操作系統(tǒng)使用的作業(yè)調(diào)度算法很多，但在實際的系統(tǒng)設計時，一般將那些對系統(tǒng)運行影響較大的關鍵因素作為調(diào)度算法考慮的主要依據(jù)。下面只簡單介紹幾個調(diào)度算法。

二、作業(yè)調(diào)度算法2023/1/144先來先服務算法是最簡單的調(diào)度方法?；舅枷胧前凑兆鳂I(yè)進入后備隊列的先后次序來選擇作業(yè)運行。先進入的作業(yè)先被選中；這種算法優(yōu)先考慮等待時間最長的作業(yè)，不管作業(yè)運行時間的長短。（1）先來先服務調(diào)度算法（FirstcomeFirstServe,FCFS）2023/1/145特點：有利于CPU型的作業(yè)，不利于I/O型的作業(yè)。為什么？因為CPU型的作業(yè)占用CPU的時間一般比較長（長作業(yè)），而I/O型的作業(yè)占用CPU的時間一般比較短（短作業(yè)）。大家分析！2023/1/146基本思想：最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法是從作業(yè)的后備隊列中挑選那些估計運行時間最短的作業(yè)進行調(diào)度。（2）最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法（ShortestJobFirst,SJF）2023/1/147對前二者的折中，此算法定義了響應比，每當要進行作業(yè)調(diào)度時，系統(tǒng)計算每個作業(yè)的響應比，選最大者投入運行。作業(yè)的響應比計算公式如下：響應比=周轉(zhuǎn)時間/運行時間=1+等待時間/運行時間（3）最高響應比優(yōu)先調(diào)度算法（HighestResponseRatioNext）2023/1/148基本思想：按照作業(yè)的優(yōu)先級高低來調(diào)度，選高優(yōu)先級作業(yè)優(yōu)先執(zhí)行。作業(yè)的優(yōu)先級可以由系統(tǒng)自動地按一定原則賦給它，也可以由系統(tǒng)外部來進行安排，甚至可由用戶指定作業(yè)的優(yōu)先級。但在許多采用優(yōu)先級調(diào)度的系統(tǒng)中，通常采用可變優(yōu)先級策略，即作業(yè)的優(yōu)先級不是固定的，往往隨許多因素的變化而變化。（4）優(yōu)先級調(diào)度算法開始啦！2023/1/149優(yōu)先權的類型靜態(tài)優(yōu)先權在調(diào)度前設置優(yōu)先權；動態(tài)優(yōu)先權在調(diào)度時產(chǎn)生，即在作業(yè)運行過程中，根據(jù)實際情況和作業(yè)發(fā)生的事件動態(tài)地設置優(yōu)先數(shù)。2023/1/1410實例：有5個批處理作業(yè)幾乎同時到達一個計算中心，估計的運行時間分別為7、4、2、8、5，它們的優(yōu)先數(shù)分別為5、2、3、1、4（1為最高優(yōu)先級）。若采用優(yōu)先級調(diào)度算法則作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時間為多少？2023/1/1411作業(yè)執(zhí)行時間優(yōu)先數(shù)開始時間完成時間周轉(zhuǎn)時間A75B42C23D81E54平均周轉(zhuǎn)時間使用優(yōu)先級優(yōu)先算法時，作業(yè)的調(diào)度順序為D、B、C、E、A，各作業(yè)的調(diào)度時間如圖所示（0時刻全部到達）14012819191988141412122626（26+12+14+8+19）/5=15.82023/1/1412操作系統(tǒng)是用戶和計算機之間的接口。那么用戶又是如何使用操作系統(tǒng)的呢？通過什么樣的手段和方法取得操作系統(tǒng)的服務呢？換句話說，用戶和操作系統(tǒng)之間的接口是什么呢？2.3操作系統(tǒng)的用戶接口2023/1/1413為計算機配置操作系統(tǒng)的目的就是希望在操作系統(tǒng)的協(xié)助下，用戶能夠方便、靈活、安全有效地使用計算機，利用其系統(tǒng)資源來解決問題。而要使操作系統(tǒng)提供有效的服務，它就必須支持與用戶的通信。這個通信就是指信息的交流：用戶請求系統(tǒng)得到特定的服務，而系統(tǒng)把服務的結果提供給用戶。這種通信可以是直接的也可以是間接的。2023/1/1414用戶接口是計算機系統(tǒng)與用戶之間交互作用和通信的通路。對絕大多數(shù)用戶而言，一個計算機系統(tǒng)是否好用，是否容易被接受，在很大程度上取決于這個用戶接口。2023/1/14152.3.1用戶接口的功能與類型操作系統(tǒng)提供了兩類接口：一是命令接口，是為用戶提供的直接使用接口，用戶利用這些命令可以組織和控制作業(yè)的執(zhí)行或管理計算機系統(tǒng)；具體有兩種形式：命令行方式：通過鍵盤、終端輸入命令的方式；圖形方式：通過鼠標單擊輸入命令的方式；2023/1/1416二是程序接口，是操作系統(tǒng)為用戶提供的一組系統(tǒng)功能調(diào)用，用戶可以在源程序一級使用這些系統(tǒng)調(diào)用，請求操作系統(tǒng)提供的服務（如：請求使用各種外部設備進行信息傳輸、向系統(tǒng)申請資源等）。2023/1/14172.3.2命令接口是面向操作員的，其功能是提供操作命令方便用戶直接或間接地控制自己的作業(yè)?？蛇M一步劃分為聯(lián)機用戶接口和脫機用戶接口。2023/1/14181、聯(lián)機用戶接口聯(lián)機命令接口服務于聯(lián)機用戶，由一組系統(tǒng)命令組成，采用交互式來控制作業(yè)的運行。主要有3種形式：命令行、命令文件、圖形用戶接口；2023/1/1419⑴命令行由一組聯(lián)機字符命令和命令解釋程序組成。過程：當用戶通過控制臺或終端鍵入操作命令，向系統(tǒng)提出各種服務請求。用戶每輸入完一條命令，控制就轉(zhuǎn)向命令解釋程序，然后命令解釋程序?qū)︽I入的命令解釋執(zhí)行，完成指定的功能。最后，控制又轉(zhuǎn)回到控制臺或終端，此時用戶可以鍵入下一條命令。2023/1/1420①聯(lián)機命令主要以鍵盤命令為主，也可以包括已成為可執(zhí)行文件的用戶程序。格式：以命令名開始，命令名表示要執(zhí)行的操作，也可以在命令后加上部分參數(shù)來實現(xiàn)同一條命令中其他不同的輔助功能。在命令名和各參數(shù)之間，須用分隔符隔開，如逗號、分號和空格等。以回車鍵結束命令的輸入并開始命令的執(zhí)行。2023/1/1421實例：使用虛擬DOS窗口cmd即：WindowsCommandPrompt，Windows命令解釋器，是windows環(huán)境下的虛擬DOS窗口，提供有DOS命令，功能強大；位于C:\Windows\System32\cmd.exe，運行方法：[開始]--[運行]--輸入：cmd回車后啟動；效果如圖：2023/1/14222023/1/1423實例：C：>dir/a功能：顯示C盤當前目錄下所有的子目錄和文件，包括隱藏文件。試以下命令：Ver,date,cls,dir/p,cd\,netuser(看看自己系統(tǒng)中的賬戶)使用cmd進行文件管理的命令有如下：創(chuàng)建文件夾md

刪除文件夾rd

刪除文件del

重命名文件rename

復制文件夾xcopy

復制文件copy

2023/1/1424②命令解釋程序功能是接收用戶從鍵盤輸入的或批處理文件中的命令，并解釋執(zhí)行它。2023/1/1425在微型機系統(tǒng)中，通常把這組鍵盤操作命令分成兩類：A、內(nèi)部命令這類命令的特點是程序短小，使用頻繁。內(nèi)部命令的執(zhí)行代碼來自于命令解釋程序本身，由它直接負責處理，電腦每次啟動時都會將這個文件讀入內(nèi)存，也就是說在電腦運行時，這些內(nèi)部命令都駐留在內(nèi)存中，用dir命令是看不到這些內(nèi)部命令的。2023/1/1426B、外部命令這類命令的實現(xiàn)程序較長，它們都是以com和exe為后綴的文件，各自獨立地作為一個文件而駐留在磁盤上，只在需要時才從磁盤調(diào)入內(nèi)存后執(zhí)行。命令的執(zhí)行代碼來自專門的系統(tǒng)程序，命令解釋程序僅把這條命令對應的系統(tǒng)程序裝入內(nèi)存執(zhí)行，而不直接對它進行處理。謹記：內(nèi)部命令在任何時候都可以使用，而外部命令需要保證命令文件在當前的目錄中。2023/1/1427顯然，利用鍵盤操作命令用戶可以根據(jù)運行情況隨時干預自己的作業(yè)。因此，這種作業(yè)控制方式具有靈活方便的特點，但是，這種方式下系統(tǒng)的資源利用率不太高。

2023/1/1428⑵命令文件在需要連續(xù)使用多條命令或重復使用若干命令時，可采用命令文件方式來實現(xiàn)；方法：建立一個有特殊擴展名（如.bat）的文件，把若干需要執(zhí)行的命令組織在該文件中，這樣可以多次執(zhí)行該命令文件。2023/1/1429命令文件實例：在記事本中建立aa.bat文件

dir/pclscdwindows保存成bat文件。進入cmd模式，運行aa查看結果。2023/1/1430⑶圖形用戶接口將系統(tǒng)的各項功能、各種應用程序和文件用各種圖形化元素（如圖標、菜單及對話框等）直觀、逼真的表示出來。用戶通過鼠標和鍵盤來操作這些圖形化元素，從而很方便地完成對應用程序和文件的各種操作；2023/1/1431它是由一組作業(yè)控制命令（或稱作業(yè)控制語言）組成。所謂脫機用戶，是指用戶不能直接干預作業(yè)的運行，必須事先用作業(yè)控制命令寫成一份作業(yè)說明書（或作業(yè)控制卡片），連同作業(yè)一起提交給系統(tǒng)。當系統(tǒng)調(diào)度到該作業(yè)時，由操作系統(tǒng)的命令解釋程序?qū)ψ鳂I(yè)說明書上的命令逐條解釋執(zhí)行，直至遇到“撤離”命令而停止該作業(yè)為止。2、脫機用戶接口2023/1/1432作業(yè)說明書主要包括作業(yè)情況和作業(yè)資源要求兩方面的內(nèi)容。作業(yè)情況主要指，用戶名、作業(yè)名、使用語言、作業(yè)控制方式、作業(yè)優(yōu)先級、完成作業(yè)的最遲時間等。作業(yè)資源要求包括內(nèi)存和外存的空間要求量、輸入輸出設備的類型、臺數(shù)、輸出量、估計的計算時間等。作業(yè)說明書2023/1/1433其優(yōu)點是作業(yè)的操作過程由系統(tǒng)自動調(diào)度或由系統(tǒng)操作員干預，因此系統(tǒng)的資源利用率高，系統(tǒng)運行作業(yè)的效率高；其主要缺點是用戶與系統(tǒng)隔絕，由于用戶不可能對運行中產(chǎn)生的所有問題都預料到，因此即使是很小的錯誤也往往使整個作業(yè)中途下機。這樣，用戶作業(yè)的調(diào)試周期會較長。2023/1/1434

2.3.3程序接口又稱操作系統(tǒng)應用編程接口（ApplicationProgramInterface,API），是OS專門為用戶程序設置的，是用戶程序取得OS內(nèi)核服務的唯一途徑。由一系列系統(tǒng)調(diào)用組成。又稱為系統(tǒng)調(diào)用。2023/1/14351、什么是系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，就是用戶在程序中調(diào)用操作系統(tǒng)所提供的一些子功能。它實際上是操作系統(tǒng)提供給用戶獲得系統(tǒng)服務的一種手段。系統(tǒng)調(diào)用是一種特殊的過程調(diào)用，這種調(diào)用通常是由特殊的機器指令實現(xiàn)的。執(zhí)行一條系統(tǒng)調(diào)用命令就好像執(zhí)行了一條功能很強的機器指令。2023/1/1436系統(tǒng)調(diào)用實例：寫一個簡單的程序：實現(xiàn)從一個文件中讀出數(shù)據(jù)，再將該數(shù)據(jù)拷貝到另一個文件中。步驟：⑴首先輸入該程序的輸入文件名和輸出文件名；可由程序詢問用戶兩個文件的名字。此方式要使用一系列的系統(tǒng)調(diào)用，先在屏幕上打印出一系列的提示信息，然后從鍵盤終端讀入定義兩個文件名的字符串；2023/1/1437⑵一旦獲得兩個文件名后，程序又必須利用系統(tǒng)調(diào)用Open去打開輸入文件，并用系統(tǒng)調(diào)用creat去創(chuàng)建指名的輸出文件。⑶在打開（輸入文件）和創(chuàng)建（輸出文件）都獲得成功后，還須利用申請內(nèi)存的系統(tǒng)調(diào)用alloc去根據(jù)文件的大小申請一緩沖區(qū)。⑷成功后，再利用read系統(tǒng)調(diào)用從輸入文件中把數(shù)據(jù)讀到緩沖區(qū)內(nèi)，讀完后，又用系統(tǒng)調(diào)用close

去關閉輸入文件，然后再利用write系統(tǒng)調(diào)用，把緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)寫到輸出文件中。⑸在整個文件拷貝完后，程序又須調(diào)用close去關閉輸出文件，并向控制臺寫出一消息以指示拷貝完畢。⑹最后，再利用一系統(tǒng)調(diào)用exit使程序正常結束。2023/1/14382、系統(tǒng)調(diào)用與庫函數(shù)如何使用系統(tǒng)調(diào)用？并不是所有的程序設計語言都能直接使用系統(tǒng)調(diào)用。如MS-DOS由于系統(tǒng)調(diào)用是匯編語言編寫的，因此只有在用匯編語言編寫的程序中才能直接使用系統(tǒng)調(diào)用。在一些程序設計語言中，提供了與各系統(tǒng)調(diào)用相對應的庫函數(shù)，在用戶程序中通過調(diào)用庫函數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用的功能。2023/1/14393、系統(tǒng)調(diào)用與普通（過程）函數(shù)調(diào)用的區(qū)別⑴執(zhí)行的狀態(tài)不同普通（過程）函數(shù)調(diào)用：其調(diào)用程序和調(diào)用代碼都運行在用戶態(tài)下；系統(tǒng)調(diào)用：其調(diào)用程序運行在用戶態(tài)，而被調(diào)用程序是屬于OS內(nèi)核的代碼，運行在核心態(tài)下。2023/1/1440補充：用戶態(tài)和核心態(tài)用戶態(tài)（目態(tài)）：一種具有較低特權的執(zhí)行狀態(tài)，它這時不能執(zhí)行OS指令和訪問OS區(qū)域，它只能執(zhí)行規(guī)定的指令、訪問指定的寄存器和存儲區(qū)。通常，用戶程序都是運行在用戶態(tài)。核心態(tài)（管態(tài)）：它具有較高的特權，能執(zhí)行一切指令，訪問所有的寄存器的存儲區(qū)。通常，OS內(nèi)核就運行在系統(tǒng)狀態(tài)。2023/1/1441⑵執(zhí)行的過程不同普通（過程）函數(shù)調(diào)用：執(zhí)行時可利用一般的跳轉(zhuǎn)指令直接由調(diào)用過程轉(zhuǎn)向被用過程。系統(tǒng)調(diào)用：由于調(diào)用和被調(diào)用過程是處于不同的系統(tǒng)狀態(tài)，因此不允許由調(diào)用過程直接轉(zhuǎn)向被調(diào)用過程，需通過訪管指令（int)或陷入指令(trap)來進行系統(tǒng)調(diào)用。2023/1/1442⑶執(zhí)行的代碼不同普通（過程）函數(shù)調(diào)用：代碼往往是程序員自己編寫的；系統(tǒng)調(diào)用：由OS設計人員編寫，是屬于OS內(nèi)核的代碼；2023/1/1443⑷提供的方式不同普通（過程）函數(shù)調(diào)用：由編程環(huán)境提供，不同編程環(huán)境提供的過程（函數(shù)）可以不同；系統(tǒng)調(diào)用：由OS提供，一旦OS設計好，它的功能、種類與數(shù)量便固定不變了。2023/1/14444、系統(tǒng)調(diào)用類型⑴進程控制：包括進程創(chuàng)建、進程執(zhí)行、進程中止、進程等待、獲得和設置進程屬性等系統(tǒng)調(diào)用。⑵進程通信：進程間傳遞消息或信號的系統(tǒng)調(diào)用。⑶設備管理：這類系統(tǒng)調(diào)用被用來請求和釋放設備，以及啟動設備操作等。2023/1/1445⑷文件管理：這類系統(tǒng)調(diào)用包括創(chuàng)建、刪除文件，讀、寫文件操作以及移動文件指針等。⑸系統(tǒng)管理：包括獲取和設置日期、時間，獲得和設置系統(tǒng)數(shù)據(jù)（如用戶和主機標識等）等系統(tǒng)調(diào)用。2023/1/1446雖然不同的系統(tǒng)，系統(tǒng)調(diào)用命令格式可能有很大的差別，但從用戶程序到系統(tǒng)調(diào)用的步驟及其執(zhí)行過程卻是基本相同的。當用戶程序執(zhí)行到系統(tǒng)調(diào)用命令時，系統(tǒng)就轉(zhuǎn)去執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的處理程序。5、系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程2023/1/1447什么是中斷和陷入中斷是指CPU對系統(tǒng)發(fā)生某事件時的這樣一種響應：CPU暫停正在執(zhí)行的程序，保留現(xiàn)場后自動地轉(zhuǎn)去執(zhí)行該事件的中斷處理程序，執(zhí)行完后，再返回到斷點繼續(xù)執(zhí)行原程序。2023/1/1448中斷的分類分為外中斷和內(nèi)中斷；外中斷是指由于外部設備事件所引起的中斷。如通常的磁盤中斷；內(nèi)中斷則是指由于CPU內(nèi)部事件所引起的中斷，如程序出錯（非法指令、地址越界）等，內(nèi)中斷（trap)又叫陷入。通常，陷入是由于執(zhí)行了現(xiàn)行指令所引起的。2023/1/1449系統(tǒng)調(diào)用是會通過一種陷阱的機制陷入內(nèi)核而執(zhí)行相應的處理程序；為什么要陷入內(nèi)核,因為系統(tǒng)分為內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài),當對某I/O進行相應的操作,假設利用匯編語言,只有在內(nèi)核態(tài)時才能使用這些存取I/O指令；2023/1/1450例如PRINTF()函數(shù)就調(diào)用了系統(tǒng)調(diào)用的WEITE().進入內(nèi)核而完成功能.象一些ABS()一類的函數(shù)(對用戶數(shù)據(jù)操作)就無須陷入內(nèi)核,而在庫函數(shù)中也就無須進行系統(tǒng)調(diào)用.2023/1/1451系統(tǒng)調(diào)用號和參數(shù)往往一個系統(tǒng)中有許多條系統(tǒng)調(diào)用，每個系統(tǒng)調(diào)用都有一個惟一的系統(tǒng)調(diào)用號；每一個系統(tǒng)調(diào)用還包含若干個參數(shù)，需要設置參數(shù)；2023/1/1452該處理程序主要完成如下任務：（1）設置系統(tǒng)調(diào)用功能號和參數(shù)，系統(tǒng)調(diào)用的功能號可以由指令本身提供，也可通過特定寄存器設置。傳達遞的參數(shù)可直接裝入到特定寄存器，也可通過內(nèi)存區(qū)域的參數(shù)表進行，即將系統(tǒng)調(diào)用所需參數(shù)放入?yún)?shù)表中，再用指定的寄存器存放指向參數(shù)表的指針。2023/1/1453（2）執(zhí)行陷入指令，并進行相應處理。此時首先就是保護好CPU現(xiàn)場，（3）查找系統(tǒng)調(diào)用子程序的入口地址，并執(zhí)行相應的子程序。利用功能號去查找入口地址，并調(diào)用相應的系統(tǒng)調(diào)用子程序。（4）當系統(tǒng)調(diào)用完成后，要恢復CPU現(xiàn)場，將調(diào)用后的結果裝入指定的內(nèi)存位置，并執(zhí)行中斷返回指令。2023/1/1454陷入指令系統(tǒng)子程序sub0A0sub1A1subnAnsubiAi......陷入處理機構1)保護處理機現(xiàn)場2)取系統(tǒng)調(diào)用功能號并尋找子程序入口3）執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用子程序4)恢復處理機現(xiàn)場并返回入口地址表A0A2Ai......An....系統(tǒng)調(diào)用....用戶程序圖2-2系統(tǒng)調(diào)用的處理過程2023/1/14552.3.4用戶接口的發(fā)展隨著計算機技術、多媒體技術的發(fā)展，使操作系統(tǒng)提供的接口在形式上和功能上發(fā)生了很大的變化，其發(fā)展方向是可視化、集成化、智能化