操作系统——作业管理

先来理解几个概念

        作业管理、通信事务管理是操作系统提供给用户的最直接服务。

        操作系统类型：单用户操作系统；多道批处理系统；分时系统（Unix系统）；实时系统；网络操作系统；分布式操作系统（分布式操作系统是网络操作系统的高级阶段）。

        操作系统运行环境：最为重要的是中断机构。事件引发中断，中断必须加以处理，操作系统由此被驱动。操作系统本身的代码运行在核心态。用户态进入核心态的唯一途径是中断。在Unix中是trap（陷门）。

        主动模块：OS启动时就参与运行的程序代码段。被动模块：被主动模块调用而运行的模块或被另外一些被动模块调用，例如中断处理程序。 

        操作系统启动过程：

1. 首先是执行ROM中（ROM）的自举程序（几十条指令）；
2. 引导程序，执行引导程序将OS加载到内存；
3. 初启程序，初始化及检测各个硬件及软件；
4. CPU运行一个“闲逛”进程。闲逛就是OS执行一个空操作，OS处于待机状态。

   作业管理

2.1 什么叫作业

        用户交个计算机的工作称为作业；

        作业由程序、数据、作业说明3部分组成；

        我们接触的操作系统作业分为：批处理作业和交互式作业；

        脱机是批处理作业的主要特征。脱机的意思是不由人再操作。

        交互式作业以联机为主要特征。

2.2 操作系统提供的用户界面

        程序界面（编程系统调用的界面）：它由一组系统调用命令组成。每条系统调用指令都对应一个由操作系统设计者事先编制好的、能完成某些特定功能的例行程序。供用户编程使用的界面，用户可以把系统调用命令写进程序中。系统调用在程序一级上为用户提供支持，所以称为程序界面。

        联机用户界面（键盘操作屏幕操作的界面）：由键盘命令和屏幕命令组成。键盘命令是由联机用户交互式终端上通过键盘键入的命令。屏幕命令的输入主要是靠鼠标的点击，拖曳移动。

        脱机用户界面：它由一组作业控制命令组成。这组作业控制命令带有浓厚的编程语言特征，所以又被称为作业控制语言。C-Shell语言编写作业说明书，规格如下：

86% nroff -mm glossary > glossary.out & [1] 26025
%：命令提示符；
86：命令顺序号；
nroff：命令名；
-mm：参数；
glossary：文件名；
>：传送命令；
&：后台命令（只有在前台命令不运行时，后台命令才运行）；
[1]：顺序号 
26025：进程号

2.2.1 Unix系统调用执行过程

        Unix中有64中系统调用命令。执行系统调用例行程序模块时涉及到处理机运行状态的改变：用户态到系统态，执行完例行程序后再返回用户态。Unix的系统调用命令是通过中断结构“陷入（trap）”操作系统的核心。

如何找到OS内部的例行程序？

        通过系统调用命令表找到相应命令的入口地址，进而找到例行程序，执行完例行程序之后再返回调用处。Trap 03，通过03查找命令表，从而从用户态进入核心态。硬件上执行trap指令是，会自动自陷中断。

2.2.2 键盘命令执行过程

1. 读入命令行；
2. 由“启动”终端处理程序中的命令解释程序分离命令名，查命令入口表；
3. 取参数；
4. 转入指针指向的例程；
5. 执行例程；
6. 读入下一条命令。

2.2.3 屏幕命令执行过程——事件驱动

        事件驱动产生命令——命令排队——细分命令（用户命令，OS命令，DOS命令）——转到相应的处理程序。

2.2.4 用户界面现状与发展

        屏幕功能将更加丰富；

        屏幕命令的接受附件将更加智能化；

2.3 交互式作业管理

        交互式作业有一个输入（编辑）、编译、运行、调试、再编译、再运行的反复过程。

2.4 批处理作业管理

        三种状态：后备状态（处理前）—(作业调度)—运行状态(作业控制)—(作业撤离)—完成状态（处理后）；

        作业登录：作业登录程序负责为作业建立JCB；作业外存地址、作业登录时间；所有作业的JCB被链接在一起，习惯上称为作业队列。

2.4.1 作业撤离

        从作业队列上取下该作业的JCB，释放JCB中指明的各种资源。

2.4.2 作业调度

从后备作业队列中选出一个作业装入主存，参与多道运行。

常见的作业调度算法：

1. 先来先服务（FCFS）——选后备队列中第一个位置上的作业；
2. 短作优先（SJF）——选最短（指运行时间最短的作业）；
3. 响应比高者优先（HRN）；
4. 优先级法——选优先级最大的作业。

2.4.3 作业控制

        作业 = 程序 + 数据 + 作业说明书 

        作业控制程序实际上是作业控制命令的解释执行程序，它根据用户作业的说明书，逐条解释执行其命令。

某作业说明书的一个片段：

cc f1.c /*编译f1模块，生成f1.obj文件*/
cc f2.c /*编译f2模块，生成f2.obj文件*/
link f1.obj f2.obj f.exe -lib :/*将两个目标文件链接成一个可执行文件f.exe

        在多处理机环境下，作业控制程序有识别作业，步并行关系的能力和任务分派能力。

        作业控制程序同样要能控制并发程序。作业控制程序被启动后以进程的方式运行，称为作业控制进程，它是运行态作业的祖先进程，再由祖先进程创建子孙进程，形成作业的进程家族。

2.4.4 作业与进程

进程（process）就是为描述任务的动态行为而提出来的；

作业（任务）是由多个进程组成的，作业的资源需求量等于它的进程拥有的资源数量之和。

现在操作系统把进程作为申请资源的基本单位，把线程（thread）作为任务执行的基本单位。