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作業系統——作業管理

先來理解幾個概念

        作業管理、通訊事務管理是作業系統提供給使用者的最直接服務。

        作業系統型別:單使用者作業系統;多道批處理系統;分時系統(Unix系統);實時系統;網路作業系統;分散式作業系統(分散式作業系統是網路作業系統的高階階段)。

        作業系統執行環境:最為重要的是中斷機構。事件引發中斷,中斷必須加以處理,作業系統由此被驅動。作業系統本身的程式碼執行在核心態。使用者態進入核心態的唯一途徑是中斷。在Unix中是trap(陷門)。

        主動模組:OS啟動時就參與執行的程式程式碼段。被動模組:被主動模組呼叫而執行的模組或被另外一些被動模組呼叫,例如中斷處理程式。 

        作業系統啟動過程:
  1. 首先是執行ROM中(ROM)的自舉程式(幾十條指令);
  2. 載入程式,執行載入程式將OS載入到記憶體;
  3. 初啟程式,初始化及檢測各個硬體及軟體;
  4. CPU執行一個“閒逛”程序。閒逛就是OS執行一個空操作,OS處於待機狀態。

   作業管理

2.1 什麼叫作業

        使用者交個計算機的工作稱為作業;

        作業由程式、資料、作業說明3部分組成;

        我們接觸的作業系統作業分為:批處理作業和互動式作業;

        離線是批處理作業的主要特徵。離線的意思是不由人再操作。

        互動式作業以聯機為主要特徵。

2.2 作業系統提供的使用者介面

        程式介面(程式設計系統呼叫的介面):它由一組系統呼叫命令組成。每條系統呼叫指令都對應一個由作業系統設計者事先編制好的、能完成某些特定功能的例行程式。供使用者程式設計使用的介面,使用者可以把系統呼叫命令寫程序序中。系統呼叫在程式一級上為使用者提供支援,所以稱為程式介面。

        聯機使用者介面(鍵盤操作螢幕操作的介面):由鍵盤命令和螢幕命令組成。鍵盤命令是由聯機使用者互動式終端上通過鍵盤鍵入的命令。螢幕命令的輸入主要是靠滑鼠的點選,拖曳移動。

        離線使用者介面:它由一組作業控制命令組成。這組作業控制命令帶有濃厚的程式語言特徵,所以又被稱為作業控制語言。C-Shell語言編寫作業說明書,規格如下:

86% nroff -mm glossary > glossary.out & [1] 26025
%:命令提示符;
86:命令順序號;
nroff:命令名;
-mm:引數;
glossary:檔名;
>:傳送命令;
&:後臺命令(只有在前臺命令不執行時,後臺命令才執行);
[1]:順序號 
26025:程序號

2.2.1 Unix系統呼叫執行過程

        Unix中有64中系統呼叫命令。執行系統呼叫例行程式模組時涉及到處理機執行狀態的改變:使用者態到系統態,執行完例行程式後再返回使用者態。Unix的系統呼叫命令是通過中斷結構“陷入(trap)”作業系統的核心。

如何找到OS內部的例行程式?

        通過系統呼叫命令表找到相應命令的入口地址,進而找到例行程式,執行完例行程式之後再返回呼叫處。Trap 03,通過03查詢命令表,從而從使用者態進入核心態。硬體上執行trap指令是,會自動自陷中斷。

2.2.2 鍵盤命令執行過程

  1. 讀入命令列;
  2. 由“啟動”終端處理程式中的命令解釋程式分離命令名,查命令入口表;
  3. 取引數;
  4. 轉入指標指向的例程;
  5. 執行例程;
  6. 讀入下一條命令。

2.2.3 螢幕命令執行過程——事件驅動

        事件驅動產生命令——命令排隊——細分命令(使用者命令,OS命令,DOS命令)——轉到相應的處理程式。

2.2.4 使用者介面現狀與發展

        螢幕功能將更加豐富;

        螢幕命令的接受附件將更加智慧化;

2.3 互動式作業管理

        互動式作業有一個輸入(編輯)、編譯、執行、除錯、再編譯、再執行的反覆過程。

2.4 批處理作業管理

        三種狀態:後備狀態(處理前)—(作業排程)—執行狀態(作業控制)—(作業撤離)—完成狀態(處理後);

        作業登入:作業登入程式負責為作業建立JCB;作業外存地址、作業登入時間;所有作業的JCB被連結在一起,習慣上稱為作業佇列。

2.4.1 作業撤離

        從作業佇列上取下該作業的JCB,釋放JCB中指明的各種資源。

2.4.2 作業排程

從後備作業佇列中選出一個作業裝入主存,參與多道執行。

常見的作業排程演算法:

  1. 先來先服務(FCFS)——選後備佇列中第一個位置上的作業;
  2. 短作優先(SJF)——選最短(指執行時間最短的作業);
  3. 響應比高者優先(HRN);
  4. 優先順序法——選優先順序最大的作業。

2.4.3 作業控制

        作業 = 程式 + 資料 + 作業說明書 

        作業控制程式實際上是作業控制命令的解釋執行程式,它根據使用者作業的說明書,逐條解釋執行其命令。

某作業說明書的一個片段:

cc f1.c /*編譯f1模組,生成f1.obj檔案*/
cc f2.c /*編譯f2模組,生成f2.obj檔案*/
link f1.obj f2.obj f.exe -lib :/*將兩個目標檔案連結成一個可執行檔案f.exe

        在多處理機環境下,作業控制程式有識別作業,步並行關係的能力和任務分派能力。

        作業控制程式同樣要能控制併發程式。作業控制程式被啟動後以程序的方式執行,稱為作業控制程序,它是執行態作業的祖先程序,再由祖先程序建立子孫程序,形成作業的程序家族。

2.4.4 作業與程序

程序(process)就是為描述任務的動態行為而提出來的;

作業(任務)是由多個程序組成的,作業的資源需求量等於它的程序擁有的資源數量之和。

現在作業系統把程序作為申請資源的基本單位,把執行緒(thread)作為任務執行的基本單位。

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