专升本操作系统用户与操作系统接口.pptx
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1、操作系统 Operating System第二章第二章 用户与操作系统接口用户与操作系统接口教学目的教学目的&操作系操作系统应该为用用户使用使用计算机提供两算机提供两类接接口口系系统命令接口命令接口和和系系统调用接口用接口。系系统命令命令接口接口可完成用可完成用户作作业的的组织和控制;和控制;系系统调用用接口接口是操作系是操作系统提供提供给软件开件开发人人员的唯一接的唯一接口,开口,开发人人员可利用它使用系可利用它使用系统功能。功能。本章重点本章重点&掌掌握握作业组织和控制的概念,熟熟悉悉作作业调度算法业调度算法。&掌掌握握系统调用的概念(广义指令)、特点以及与普通过程调用的区别。2.1 2.
2、1 作作业组织和控制和控制2.2 2.2 系系统调用用(SYSTEM CALL)SYSTEM CALL)2.3 2.3 图形用形用户接口接口(GUI)GUI)1 1、作、作业及相关概念及相关概念1 1)作)作业:用用户在一次解在一次解题过程中或一个事程中或一个事务处理中理中要求要求计算机系算机系统所作工作的所作工作的总和,它是用和,它是用户向向计算算机系机系统提交一提交一项工作的基本工作的基本单位。位。F用用户的的观点:点:在一次在一次业务处理理过程中,从程中,从输入程入程序和数据到序和数据到输出出结果的全果的全过程。程。F系系统的的观点(点(针对作作业进行行资源分配):源分配):作作业由由程
3、序及数据(作程序及数据(作业体)和作体)和作业说明明书(作(作业控制控制语言)言)2 2)作)作业步:步:是在一个作是在一个作业的的处理理过程中,程中,计算机所算机所做的相做的相对独立的工作。独立的工作。3 3)作)作业流:流:批量系批量系统中需要将一批作中需要将一批作业依次依次输入到入到辅助存助存储器中,形成作器中,形成作业流。流。21 作业组织和控制作业组织和控制21 作业组织和控制作业组织和控制&对于一个作于一个作业,一般系,一般系统要要进行以下几行以下几项工作:工作:1、编辑2、编译3、装入、装入4、运行、运行 各个作各个作业步都是相关的步都是相关的4 4)作)作业类型:型:脱机作脱机
4、作业:也称也称为批量型操作批量型操作,在一,在一次次业务处理理过程中,从程中,从输入程序和数据入程序和数据到到输出出结果的全果的全过程。程。F联机作机作业:也称也称为交互型操作或交互型操作或终端操作端操作,是指用是指用户直接与直接与计算机系算机系统交互作用来控交互作用来控制作制作业的运行,多出的运行,多出现在分在分时系系统和和单用用户微机操作系微机操作系统中。中。在兼在兼顾分分时操作与批量操作与批量处理的系理的系统中,通中,通常常终端作端作业称称为前台作前台作业,而把批量作,而把批量作业称称为后台作后台作业。21 作业组织和控制作业组织和控制&批量型作批量型作业一般由作一般由作业申申请和作和作
5、业体两体两部分部分组成成作作业申申请分分为:作:作业情况和情况和资源要求源要求作作业体分体分为:作:作业说明明书和目和目标程序程序2 2、作、作业的的处理流程理流程21 作业组织和控制作业组织和控制提提交交后后备备完完成成运行运行就绪就绪阻塞阻塞调度调度I/OI/O完成完成执行执行时间片到时间片到I/OI/O请求请求SPOOLinSPOOLing g程程 序序作业调度作业调度程程 序序进程调度进程调度程程 序序交通控交通控制制程程 序序3 3、作、作业调度度 任任务是根据当前系是根据当前系统中的中的空空闲资源源,并按照一,并按照一定算法在后定算法在后备作作业队列中列中选取一个合适的作取一个合适
6、的作业投入投入运行(改运行(改变作作业状状态,分配,分配资源、源、创建建进程程,回收,回收资源)源)。作作业调度也称度也称为宏宏观调度度。【调度算法的度算法的评价因素】价因素】F作作业吞吐率(吞吐率(单位位时间里里处理作理作业的个数的个数):运:运行尽可能多的作行尽可能多的作业;F充分充分利用利用资源源:CPUCPU忙、忙、I/OI/O设备忙;忙;F对各作各作业公平公平、合理合理,使用,使用户满意意:执行行时间长短、等待短、等待时间等;等;【周【周转时间】:】:从提交到完成的从提交到完成的时间。等待运行。等待运行21 作业组织和控制作业组织和控制【作【作业调度算法】度算法】1 1)先来先服)先
7、来先服务(FCFSFCFS):):按照作按照作业进入系入系统的的先后先后次序次序进行行调度,先度,先进入系入系统者先者先调度;即启度;即启动等待等待时间最最长的作的作业。F优点:点:实现简单、公平、公平F缺点:缺点:没考没考虑资源利用率和作源利用率和作业的特殊性的特殊性2 2)短作)短作业优先先(SJFSJF):):以要求以要求运行运行时间长短短进行行调度,即启度,即启动要求运行要求运行时间最短的作最短的作业。F优点:点:易于易于实现,强调了了资源的充分利用,保源的充分利用,保证了系了系统的最大吞吐率。的最大吞吐率。F缺点:缺点:不公平,会造成不公平,会造成长作作业长期等待。期等待。假假设系系
8、统中所有作中所有作业同同时到达到达,可以,可以证明采用明采用SJFSJF能得到最短的作能得到最短的作业平均周平均周转时间。21 作业组织和控制作业组织和控制3 3)高响)高响应比比优先先(HRF)HRF):响响应比最高的作比最高的作业优先启先启动。该算法是算法是FCFSFCFS和和SJFSJF的的结合,克服了两种算法的缺点。合,克服了两种算法的缺点。其中响其中响应比的定比的定义如下:如下:响响应比比=(=(估估计运行运行时间+等待等待时间)/)/估估计运行运行时间F优点:点:公平,吞吐率大。公平,吞吐率大。F缺点:缺点:增加了增加了计算,增加了开算,增加了开销。4 4)高)高优先先级优先:先:
9、由用由用户指定作指定作业优先先级,优先先级高的作高的作业先启先启动。5 5)资源均衡型源均衡型调度:度:把作把作业分分类,作,作业调度从不同度从不同类型作型作业中去中去调度作度作业,根据作,根据作业对资源要求分源要求分类:I/OI/O型、型、CPUCPU型和均衡型型和均衡型 实际的算法可能会是多种算法的综合实际的算法可能会是多种算法的综合。21 作业组织和控制作业组织和控制4 4、作、作业控制控制 1 1)脱机作)脱机作业控制:控制:用用户输入入作作业控制卡或作控制卡或作业说明明书,整个作,整个作业的运行由系的运行由系统控制。控制。2 2)联机作机作业控制:控制:通通过人人-机会机会话方式方式
10、控制作控制作业运行。运行。用用户登登录(控制台登(控制台登录或或远程登程登录),),由系由系统自自动执行一些命令脚本后,并行一些命令脚本后,并进入入shellshell(字符或字符或GUIGUI界面),接受用界面),接受用户的命令的命令和操作,最后退出系和操作,最后退出系统。21 作业组织和控制作业组织和控制 系系统调用是操作系用是操作系统提供提供给软件开件开发人人员的唯的唯一接口,开一接口,开发人人员可利用它使用系可利用它使用系统功能功能。OSOS核心核心中都有一中都有一组实现系系统功能的功能的过程(子程序),系程(子程序),系统调用就是用就是对上述上述过程的程的调用。用。1 1、系、系统调
11、用的基本概念用的基本概念【算【算态与管与管态】计算机系算机系统中的程序可分中的程序可分为系系统程序与用程序与用户程程序两序两类。处理器运行系理器运行系统程序的状程序的状态称称为管管态、特、特权状状态或系或系统状状态;运行用;运行用户程序的状程序的状态为算算态、目目态或用或用户态。通常在程序的状通常在程序的状态字中字中设置。置。22 系统调用系统调用【特【特权指令与指令与访管指令】管指令】特特权指令指令是一是一类只能在管只能在管态下而下而执行的特殊机行的特殊机器指令。常器指令。常见有以下几有以下几类:F传送程序状送程序状态字指令。字指令。F启启动、测试和控制外和控制外设指令。指令。F存取特殊寄存
12、器指令。存取特殊寄存器指令。访管管指指令令是是用用户在在程程序序中中用用来来调用用操操作作系系统提提供供的的子子功功能能集集合合。其其中中每每一一个个子子功功能能称称为一一个个系系统调用用命命令令,也也称称为一一条条广广义指指令令(若若干干条条机机器器指指令令构构成成,用以完成特定功能的一段程序用以完成特定功能的一段程序)。主要功能:。主要功能:F实现从算从算态到管到管态的改的改变;F在算在算态下由操作系下由操作系统代替用代替用户完成其完成其请求;求;F操作系操作系统工作完成后由管工作完成后由管态返回算返回算态。22 系统调用系统调用2 2、系、系统调用用 为了保了保证OSOS不被用不被用户程
13、序破坏程序破坏,不允不允许用用户程程序直接序直接访问OSOS的系的系统程序和数据程序和数据,只能用系只能用系统调用用访问。用用户在在程序中程序中调用操作系用操作系统提供的子功能称提供的子功能称为系系统调用用。F是特殊的是特殊的过程程调用用,由特殊的机器指令(由特殊的机器指令(广广义指指令令)实现。F系系统调用指令用指令还将系将系统转入管入管态。系系统调用是操作系用是操作系统提供提供给编程人程人员的唯一接的唯一接口口,利用系利用系统调用用,动态请求和求和释放系放系统资源源,完成完成与硬件相关的工作以及控制程序的与硬件相关的工作以及控制程序的执行等。行等。22 系统调用系统调用3 3、系、系统调用
14、与一般用与一般过程程调用的比用的比较【相同点】【相同点】:改改变指令流程指令流程,转去去执行公用程序段。行公用程序段。【不同点】:【不同点】:F一般一般过程程调用用,调用程序和被用程序和被调用程序都运行在用程序都运行在相同状相同状态(管管态或算或算态);而系;而系统调用用,调用程序用程序在算在算态,被被调用程序在管用程序在管态。F一般一般过程程调用用调用用时不涉及系不涉及系统状状态转换,直接直接转向被向被调用用过程程;而系而系统调用用调用用时涉及系涉及系统状状态的的转换,不允不允许由由调用用过程直接程直接转向被向被调用用过程程,要先通要先通过软中断机制中断机制由用由用户态转换为核心核心态,在在
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