全国计算机四级考试复习纲要-第三第四章(3)
七、作业管理和用户界面
1. 引言
作业(job)是系统为完成一个用户的计算任务(或一次事务处理)所做的工作总和。例如，对于用户编制的源程序，需经过对源程序的编译、连接编辑或连接装入以及运行产生计算结果。这其中的每一个步骤，常称为作业步，作业步的顺序执行即完成了一个作业。操作系统中用来控制作业的进入、执行和撤消的一组程序称为作业管理程序，这些控制功能也能通过把作业步细化，通过进程的执行来实现。用户的作业可以通过直接的方式，由用户自己按照作业步顺序操作，也可以通过间接的方式，由用户事先编写的作业步依次执行的说明，一次交给操作系统，由系统按照说明依次处理。前者称为联机方式，后者称为脱机方式。
2.用户作业管理
(1)作业控制①联机作业方式:联机作业方式是通过直接输入作业控制命令，提交用户作业，运行用户作业。用户作业的提交是通过终端依次键入操作命令或可执行程序名提出运行请求，系统做出相应的处理，直至完成一个作业的计算要求。命令的输入有两种方式。一种是顺序键入，用户每打入一条命令，操作系统接收命令，解释执行然后等待用户打入下一条命令，直到作业完成为止。另一种是连续键入，用户打入一条命令，不等这条命令执行完成(让这条命令在后台运行)，用户又可键入下一条命令，而连续键入若干命令形成了命令串，由操作系统自动地对这些命令逐个取出并解释执行，最后给出计算结果。②脱机作业方式:脱机作业方式是通过作业控制语言(JCL，也称为作业控制命令)，编写用户作业说明书。这种方式中，用户不直接干预作业的运行，而是把作业与作业说明书一起交给系统(称为提交)，当系统调度到这个作业时，根据作业说明书，由操作系统对其中的作业控制语言和命令逐条解释执行，直至完成。早期的脱机作业方式是操作员接收用户的请求再交给系统的，现代操作系统提供了让用户经终端把作业和作业说明书直接提交给系统的能力。
(2)作业状态及其转换用户程序、数据(及有关控制说明)是由用户或系统操作员使用各种终端、输入设备送
入系统的辅助存储设备中，这个过程称为作业的提交。处于提交状态的作业，其信息尚未全部进入系统。当作业的全部信息进入系统(如spooling系统中的输入井)时，该作业处于后备状态(又称收容状态)，操作系统为其建立作业控制块(JCB)，JCB中包含了作业的主要信息。作业调度程序从后备状态的作业中选取一个或若干个作业调入主存，建立进程并分配必需的资源，此时，这个(些)作业处于运行状态。当作业运行完成，该作业处于完成状态，系统将把该作业的结果输出，回收该作业占用的资源。作业的运行状态是由进程的状态描述的。
3.作业调度
作业调度主要是从后备状态的作业中挑选一个(或一些)作业投入运行。如何选择呢?根据不同的调度目标，有不同的算法。
(1)调度目标调度目标主要有以下5点:①响应时间快;②周转时间或加权周转时间短;③均衡的资源利用率;④吞吐量大;⑤系统反应时间短。这些目标是从不同的观点提出的，相互有冲突。通常，响应时间用于交互系统(如分时、实时系统);周转时间或加权周转时间用于批处理系统，周转时间是指作业从提交到完成的时间间隔，加权周转时间是作业的周转时间与作业运行时间之比;系统反应时间是指作业从提交到获得处理器首次服务之间的时间间隔。
(2)调度算法作业调度算法有许多种，它们与进程调度相似，有的适宜于单道系统，有的适宜于多道系统。它们是:①先来先服务(FCFS):按作业到达的先后次序调度，它不利于短作业;②短作业优先(SJF):按作业的估计运行时间调度，估计运行时间短的作业优先调度，它不利于长作业，可能会使一个估计运行时间长的作业迟迟得不到服务;③响应比高者优先(HRN):综合上述两者，既考虑作业估计运行时间，又考虑作业等待时间，响应比是 HRN=(估计运行时间+等待时间)/估计运行时间④优先级调度:根据作业的优先级别，优先级高者首先调度。
4.用户界面
用户界面也称为用户接口，其含义有两种，一种是指用户与操作系统交互的途径和通道，即操作系统的接口，另一种是指这种交互环境的控制方式，即操作环境。
(1)操作系统的接口操作系统的接口又可分成命令接口和程序接口。①命令接口:命令接口包含键盘命令和作业控制命令;②程序接口:程序接口又称为编程接口或系统调用，程序经编程接口请求系统服务，即通过系统调用，程序与操作系统通信。(2)操作环境操作环境支持命令接口和程序接口，提供友好的、易用的操作平台。操作系统的交互界面已经从早期的命令驱动方式，发展到菜单驱动方式、图符驱动方式和视窗操作环境。
八、其他管理
1.死锁问题
进程管理是操作系统的核心，在进程管理的实现中，如果设计不当，会出现一种尴尬的局面———死锁。如果一个进程正在等待一个不可能发生的事件，则称该进程处于死锁状态。在系统发生死锁时，一个或多个进程处于死锁状态。
(1)死锁条件产生死锁的主要原因是供共享的系统资源不足、资源分配策略和进程的推进顺序不当。系统资源既可能是可重用的永久性资源，也可能是消耗性的临时资源。可重用资源产生死锁存在4个必要条件，它们是:互斥条件，保持和等待条件，不剥夺条件，环路等待条件。
(2)对待死锁的策略显然，人们不希望发生死锁。处于死锁状态的进程不能继续运行，但仍占有系统资源，从而会阻碍其他作业的运行。对待死锁的策略，一般有下列4个策略:死锁的预防，死锁的避免，死锁的检测和死锁的解除。
2.多处理器系统与线程
近年来，随着微电子技术的发展，使计算机系统由单处理系统发展到多处理机系统，后者又可按是否有共享主存分成紧密耦合的多处理器系统和由独立计算机系统构成的网络系统，网络系统又可分成局域网、城域网、广域网等。
(1)紧密耦合多处理器系统
在紧密耦合多处理器系统(以下简称多重处理系统)中，进程可在各处理器之间透明迁移，因此，由于进程的并行执行，进程上下文切换等系统开销使多重处理系统的复杂度大大增加。多重处理系统的主要目标是为了提高系统的处理能力，也为了提高系统的可靠性(当某个处理器发生故障时，系统仍能正常工作———降级使用)。因此，多重处理操作系统除了单处理器操作系统的功能以外，还应提供处理器的负载平衡，处理器发生故障后的结构重组等。一般，多处理器系统的操作系统可以分为3类:主从式，分离执行和移动执行
(2)对称多处理系统与线程对称多处理器系统(简记为SMP系统)是近年来流行的计算机系统。它由若干同构的、甚至相同的处理器构成一个系统。如Solaris和Windows NT等就支持SMP系统。为了发挥多个处理器的作用，操作系统提供了线程(thread)机制，线程也称为轻进程(lightweight process)。
九、MS-DOS操作系统简介
MS-DOS是美国Microsoft公司为IBM PC微型计算机开发的一个单用户、单任务磁盘操作系统，也称为IBM-DOS或PC-DOS。和其它微型机操作系统一样，MS-DOS的主要功能是进行文件管理和设备管理，其中文件系统负责建立、删除、读/写、检索文件，而输入输出系统则负责驱动显示器、键盘、磁盘、打印机以及异步通讯口的工作。
1.MS-DOS的系统结构
MS-DOS采用层次模块结构，它由三个层次模块和一个引导程序组成。这三个模块是文件系统(MSDOS.SYS)、命令处理程序(COMMAND.COM)和输入输出系统(IO.SYS)。其中输入输出系统又由驻在ROM中的基本输入输出系统BIOS和系统盘上的BIOS接口模块两部分组成。MS-DOS是用户与物理机器的接口，用户通过它提供的一组键盘命令或一组软中断和系统功能调用来使用MS-DOS。命令处理程序(COMMAND.COM)可处理MS-DOS和操作员打入的键盘命令以及批处理文件。当命令处理程序执行操作员打入的键盘命令时，它就启动相应的程序运行。用户程序在运行过程中可以调用MS-DOS文件系统提供的一组系统功能调用。MS-DOS文件系统提供的系统功能调用主要有文件的建立、删除、读写以及其它各种文件操作。此外，它还管理内存、外设以及其它系统资源并为应用程序使用这组资源提供相应的系统功能调用。文件系统是MS-DOS的核心部分。当文件系统在处理系统功能调用时，要调用BIOS接口模块中的设备驱动程序提供的设备读写、控制等功能。最后由设备驱动程序调用BIOS驱动设备工作。BIOS是MS-DOS中惟一与设备有关的部分。由于它与硬件的关系较为密切，通常固化在ROM中，故也称为ROMBIOS。BIOS包括自检程序、一组设备输入输出子程序和装入程序。引导程序是在磁盘初始化时，由FORMAT命令写在软盘或硬盘的0柱0面1扇区上的，它在系统启动时用来查找和装入MS-DOS(IO.SYS和MSDOS.SYS)。
2.MS-DOS的存储管理
MS-DOS是基于单道程序设计方法的操作系统，它最早选用的微处理器芯片是Intel8088和8086。这类微处理器上共有20根地址总线，因而内存容量为1MB，编址从0开始到2 20 -1结束。其中除MS-DOS的常驻主存部分和硬件用于硬盘驱动、显示缓冲等需要外，可供用户使用的内存空间最多还剩余640KB。MS-DOS对用户空间采用单连续存储管理方法。当一个用户程序装入运行时，MS-DOS把整个用户区分配给它;当程序运行结束时，MS-DOS收回用户区以满足下一个用户程序的运行要求。用户区域最多只有640KB，这一限制使许多用户感到失望，因而从MS-DOS5.0开始管理的内存空间可以扩大到16MB(80286)或4GB(80386、80486)，把所管理的内存空间可分成下列几类:
(1)常规内存把0KB至640KB的内存区域作为基本内存区，称为“常规内存”，可供所有的程序使用。其中MS-DOS5.0占用了一部分，其余可归用户使用。
(2)保留内存指定址在640KB到1MB之间的内存区域，这部分区域也称“上方内存”(Upper Memory—缩记为UMB)。该区域供硬件使用，保留给屏幕处理、ROM BIOS或其它设备使用。
(3)扩展内存定址在1MB之后的内存称“扩展内存”，一般程序不能直接使用扩展内存。扩展内存的使用要用XMS(Extended Memory Specification)规范提供支持，所以，扩展内存有时也简称XMS。Microsoft的HIMEM.SYS是一个符合XMS规范的扩展内存管理程序，因而，在使用扩展内存前应首先在CONFIG.SYS中加入安装HIMEM.SYS的命令。扩展内存的第一段，即1MB到1MB+64KB的区域称为“高内存区”(High Memory Area—缩写HMA)。用户可以要求把常规内存中的DOS大部分常驻程序移到高内存区，以腾出更多的空间让用户的应用程序使用。
(4)扩充内存扩充内存是由EMS(Expanded Memory Specification)规范支持的内存，它被做成一块卡的方式插在扩充槽上，扩充内存可简称EMS。使用EMS时必须装入扩充内存管理程序EMM386.EXE。
3.MS-DOS的文件管理
(1)文件和文件名在MS-DOS中，所有的程序和数据都是以文件的形式存储在磁盘上的。为了区分不同的文件，每个文件必须有一个惟一的标识，在MS-DOS中把文件的标识称为“文件引用名”，简称“引用名”。引用名由三部分组成，格式如下([]中的部分是可以缺少的):
[〈盘符〉][〈文件名〉][.〈扩展名〉]
(2)目录结构MS-DOS的文件系统采用树形目录结构，树中的每一个结点都有一个名字以供访问。树的结点分为三类:根结点表示根目录;树枝结点表示子目录;树叶则表示文件。根目录又称为系统目录，每张盘上只有一个根目录。根目录中能存储的目录和文件的数量是有限的，子目录中能存储的目录或文件是没有限制的，只要磁盘能容纳就行。根目录的代号为“\”，不能改变，而子目录的名称可以自己定义，子目录名的格式与文件名类似，由不超过8个的有效字符组成。MS-DOS中把子目录也看做文件(称“目录文件”)。每一个文件在目录中占一个目录项，每个目录项由32个字节组成。当建立一个新文件时，MS-DOS会在指定的目录中建立该文件的目录项，登记文件名、指出文件长度、建立时间和日期、存放地址和属性等。在MS-DOS中，“簇”是磁盘空间的分配单位，一个簇由若干扇区组成(簇中扇区数取决于磁盘容量)，首簇号指出文件在磁盘上的起始地址。文件的属性有“档案属性”(文件是否有备份)、“只读属性”(此文件只能读取，不能写入数据和删除)、“隐含属性”(文件被隐藏，可以使用但不能拷贝或删除)、“系统属性”(不能拷贝、删除和随意修改)等。
(3)绝对路径和相对路径在MS-DOS中允许用“绝对路径”和“相对路径”两种方式来寻找文件。文件的绝对路径是指从根目录到指定文件或目录的通路，这个通路是惟一的，其路径是由通路所经过的所有目录的目录名组成。绝对路径以“\”开始，目录名之间用反斜杠“\”隔开。如果只允许用户使用绝对路径来指定文件，显然会有以下两个不足:从系统的实现来看，文件的查找总是要从根目录开始，因而查找的时间较长;从用户的使用来看，用户总是从根目录开始指定其文件的路径，当路径较长时，用户常常感到很不方便。事实上，用户在上机操作的一段时间内，常常仅访问一个子目录下的文件。因此，为了提高系统效率和方便用户使用，在MS-DOS中引进了当前目录和相对路径的概念。在系统初始启动之后，当前目录就是根目录，以后，用户可以用“改变当前目录”命令进行修改。如果文件就在当前目录中，则仅指出文件名即可，MS-DOS将在当前目录中寻找该文件。如果文件不在当前目录中但在当前目录的下级目录中，则可指出从当前目录到指定文件或目录的通路，从当前目录开始的路径称“相对路径”。相对路径是不以“\”开始的路径。为了在键盘命令中指出要求MS-DOS进行处理的某个文件或目录，在输入命令行中通常应打入:
[〈盘符〉][〈路径〉]〈文件名〉或[〈盘符〉]〈路径〉用来指定某个文件或某个目录。为了方便起见，在下文中将它们称为“文件路径名”或“目录路径名”。
(4)文件结构MS-DOS中文件的逻辑结构是流式文件结构，即文件中的信息不再划分逻辑记录。存储结构采用链接文件结构，但链接指针不是保存在文件的信息块中，而是集中保存在文件定位表FAT中。在MS-DOS中盘空间的分配单位是“簇”，簇的大小由盘的类型决定，对于双面软盘，簇的大小为1KB(两个磁盘块)。FAT表中每个登记项顺序编号，与簇号对应。在MS-DOS中的链接文件结构有四个特点:一是在文件目录项中指出文件的首簇号;二是文件的长度仅受盘空间容量的限制;三是文件定位表FAT也起到了“磁盘空间分配表”的作用，而不必再另用位示图等来表示磁盘空间的分配情况了，FAT中为“000”的登记项所对应的簇号就是当前空闲的盘空间;四是MS-DOS把文件的链接指针集中在FAT中，而不是分散在磁盘块中，因此，能很快地找到文件的存放位置，这种链接结构既可采用顺序存取方式，又可有效地进行随机存取。
(5)文件的使用MS-DOS为应用程序提供了一组使用文件的系统功能调用:打开文件、建立文件、读文件、写文件、删除文件、改变文件读/写指针、关闭文件等。在使用文件前必须先“打开文件”(文件已存在的情况)或“建立文件”(文件不存在的情况)，使用结束后要“关闭文件”。另外，用户可以用文件类型操作命令来管理和使用文件。关于文件的常用操作命令的具体使用请参考有关手册。
4.MS-DOS的设备管理
(1)块设备与字符设备
按主存储器与设备交换的单位来分类，MS-DOS把设备分成两类:块设备和字符设备。块设备交换信息的单位为“块”，块设备主要用于存储文件信息，硬盘和软盘都是软设备。在块设备上存储信息是按块组织的，程序执行时可以从这些设备上读取某个文件信息，也可以将某个文件信息存储到它们上面去。字符设备交换信息的单位为“字节”，字符设备主要是作为一种输入输出工具，例如，键盘、显示器、行式打印机等，字符设备上的信息往往是以字符为单位组织的。
(2)设备的驱动
MS-DOS设备管理的主要任务是提供各类设备驱动程序(包含在BIOS接口模块中)，尽管各类设备的特性有很大差异，但设备驱动程序为文件系统MSDOS.SYS提供了一组统一的设备驱动功能和接口。文件系统就用规定的命令码调用设备驱动功能，完成一次输入输出操作。MS-DOS的设备驱动程序分三部分:设备头、设备策略模块和设备中断模块。设备头用于标识设备的类型是字符设备还是块设备。如果是字符设备，还必须定义该设备的设备名(即以后提到的设备文件名)。如果是块设备，还要指出该设备对应的驱动器个数(在MS-DOS中称为单元数)。另外，设备头必须指出设备中断模块和设备策略模块的入口地址。
(3)在MS-DOS中，除磁盘文件外，把一些常用的标准外部设备也看做文件，称为“设备文件”。设备文件的引用名为:
<设备名>[<序号>][:]
十、Windows操作系统简介
1.Windows发展简史
Microsoft公司从1983年开始研制Windows系统，最初的研制目标是在MS-DOS的基础上提供一个多任务的图形用户界面。第一个版本的Windows于1985年问世，它是一个具有图形用户界面的系统软件。1987年推出了Windows2.0版，最明显的变化是采用了相互叠盖的多窗口界面形式。1990年推出的Windows3.0是一个重要的里程碑，它以压倒性的商业成功确定了Windows系统在PC领域的垄断地位。现今流行的Windows窗口界面的基本形式也是Windows3.0开始基本确定的。1992年Microsoft公司又推出了Windows3.1版，为程序开发提供了功能强大的窗口控制能力，使Windows和Windows环境下运行的应用程序具有了风格统一、操作灵活、使用简便的用户界面。Windows3.1在内存管理上也取得了突破性的进展。它使应用程序可以超过常规内存空间的限制，不仅支持16MB内存寻址，而且在80386及以上的硬件配置上通过虚拟存储方式可以支持几倍于实际物理存储器大小的地址空间。Windows3.1还提供了一定程序的网络支持、多媒体管理、超文本形式的联机帮助设施等，对应用程序的开发有很大影响。Windows3.1及以前的版本均为16位系统，因而不能充分利用硬件迅速发展的强大功能。同时，它们只能在MS-DOS之上运行，必须与MS-DOS共同管理系统资源，故它们还不是独立的、完整的操作系统。1995年推出的Windows95已摆脱MS-DOS的控制，它在提供强大功能和简化用户操作两方面都取得了突出的成绩，因而一上市就风靡世界。Windows95提供了全新的桌面形式，使用户对系统各种资源的浏览和操纵变得合理而容易。Windows95提供硬件“即插即用”功能和允许使用长文件名，大大提高了系统的易用性。Windows95是一个完整的集成化的32位操作系统，采用抢占多任务的设计技术，对MS-DOS的应用程序和Windows应用程序提供了良好的兼容性。Windows98是继Windows95之后于1998年推出的新版本，它除继承Windows95的特点之外，全面增强了Windows95的功能，它提高了稳定性，使运行速度更快，增强了管理能力，扩大了网络功能，具有高效的多媒体数据处理技术。Windows NT是Microsoft公司于1993年推出的全新设计的操作系统，对硬件环境有较高的要求。它采用客户———服务器与层次式相结合的结构，可以在多处理器的网络服务器等系列机器上运行。它支持多进程并发工作，为它所包含的Win32、MS-DOS、OS/2子系统提供了优越的应用程序兼容性，这是此前任何其它操作系统无法相比的。
2.Windows95
Windows3.1使得操作计算机的方法及软件开发技术发生了根本性的变化。但是，它还是以MS-DOS操作系统为基础的。1995年8年Microsoft公司发布了Windows95，它是一个不依赖MS-DOS的、完全独立的操作系统。Windows95不但具有更直观的工作方式、更出色的性能，而且为新一代软硬件提供新的功能和强大的能力。与Windows3.1相比，Windows95增加了许多新的功能，现将Windows95的新功能，新工具简介如下:
(1)安装简便安装Windows95既可在MS-DOS环境下也可在Windows3.1环境下进行，系统自动检测所有常用硬件，提供引导信息帮助完成安装过程。
(2)即插即用技术如果选用了专用Windows95设计的硬件设备，就可享受“即插即用”的方便。“即插即用”的含义是Windows95将自动完成新设备的安装工作，当把硬件插入系统后，由Windows95去解决设备驱动程序、跳线、开关等技术问题。对用户来说，插好即可使用。
(3)改进的用户界面Windows95被启动后，屏幕上将显示出各种图标的桌面，例如“我的电脑”、“网上邻居”、“回收站”等，在屏幕最底行的方框中还有“开始”按钮。当点击了“我的电脑”，就会在其窗口显示本台计算机的软盘驱动器、硬盘驱动器、光驱、打印机及控制面板等图标。只要点取这些图标就可将其打开，浏览其中的内容。当点击了“网上邻居”，则可在其窗口浏览该网络中所有计算机，使查看和使用网络更简单，并可使用网络中的共享资源。“回收站”是临时存放无用文件的场所，系统运行后，被操作者删除的文件可被收集到“回收站”。当点击“回收站”图标后，就可在其窗口查看收集在回收站内的文件名称、原始位置、删除日期、类型及大小等。如果想要取回回收站内的文件，只要对选定的文件点选“撤消”命令就可使文件放回原来的位置，从而可恢复使用。如果回收站内的文件确实不再需要了，则可点选“清空回收站”命令来消除其中其中所有文件，以腾出磁盘空间。使用“开始”按钮能快速启动一个常用的程序或文档。当光标移动“开始”按钮就可打开“开始”菜单，点选其中的项就可快速启动程序、查找文件或获取帮助等。
(4)长文件名在Windows95中最多可以使用255个字符来给文件命名，用户可以使用文件名来表达文件的含义及内容。
(5)资源管理器Windows95的资源管理器是一个展示信息世界的视窗，为用户提供了对系统进行观察的窗口。它的功能如同Windows3.1中的“文件管理器”，但是，资源管理器管理的不只是文件，而且还管理“桌面”、“我的电脑”等系统资源。资源管理器可以显示各级目录和文件的信息，与Windows3.1的文件管理器相比，文件的查找速度更迅速，显示的信息更丰富，并且可以轻松地对文件和目录执行移动、复制、删除、重命名等编辑操作。
(6)对MS-DOS提供更好的支持Windows95是一个不依赖于MS-DOS的、完全独立的操作系统，但没有把MS-DOS弃之不顾，而是为MS-DOS提供了更好的支持。Windows95是一个具有MS-DOS兼容性的操作系统，当需要的时候可以切换到MS-DOS方式，设置MS-DOS操作环境，使一些只能在MS-DOS操作系统下才能运行的应用软件也能正常运行。Windows95为MS-DOS应用程序在窗口运行提供更好的支持，一次能运行多个MS-DOS应用程序，为MS-DOS应用程序提供更多的自由内存等。
(7)Internet访问工具Windows95内置了对连接Internet的支持，用户可以直接访问Internet进行电子通信。利用网络可以在互联的计算机上传输文件、进行并行计算、共享网络中的打印机及其它资源。此外，Windows95增加并完善了多媒体的使用功能，能自动播放CD、VCD、动画、普通的声音文件及录音等。新增加的特性和功能进一步挖掘了计算机的潜力，使得计算机变得更加好用，使计算机的性能提升到更高水平。
