操作系统原理学习笔记（十二）-作业与作业调度

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批处理系统中的作业

作业和作业步

作业(job)：作业包括通常的程序与数据，还配有作业说明书，系统根据该说明书控制程序运行。批处理系统中，以作业为基本单位从外存调入内存。

作业步(job step)：作业运行时，经过若干相对独立又相互关键的顺序加工步骤后得到结果，其中的加工步骤称为作业步，作业步间存在联系，一般是上个作业步的输出作为下个作业步的输入。一个典型的作业可分成编译作业步，链接装配作业步，运行作业步。

作业控制块(Job Control Block, JCB)

多道批处理系统中，每个作业设置一个JCB，是作业在系统中存在标志。包括作业标识，用户名称，用户账号，作业类型（cpu繁忙型，I/O繁忙型，批量型，终端型），作业状态，调度信息（优先级，作业运行时间），资源需求（预计运行时间，要求内存大小等），资源使用情况等。

作业进入系统时，“作业注册”程序为其建立JCB。再根据作业类型放入相应作业后备队列中等待调度。调度程序根据调度算法调度它们，装入内存。作业运行时，OS按照JCB信息对其控制。作业完成时，OS负责回收资源，撤销JCB。

作业运行的三个阶段和三种状态

作业进入系统到运行结束，经历包容，运行，完成三阶段，对应后备状态，运行状态，完成状态。

1. 收容阶段：操作员将作业通过某输入方式或SPOOLing系统到硬盘，再为其建立JCB，放入后备队列，进入后备状态。
2. 运行阶段：作业被作业调度选中后，分配资源建立进程，放入就绪队列，从第一次进入就绪状态，但运行结束前是运行阶段。
3. 完成阶段；作业结束后，进入完成状态，系统的“终止程序”回收资源，输出运行结果成文件。

作业调度的主要任务

作业调度也被称为接纳调度(Admission Scheduling)，主要任务是：根据JCB信息，检查系统资源是否满足，并按照调度算法，从外存后备队列选取作业调入内存，为其创建进程，分配资源，再将进程排在就绪队列等待调度。

作业调度需要做出两个决定：

• 接纳作业数量：根据系统规模，运行速度，作业大小，性能响应情况做出选择。
  接纳哪些作业：取决于调度算法，最简单的是先来先服务调度算法，较常用的是短作业优先调度算法，另一种较常用的是基于作业优先级的调度算法。
• 批处理系统中，作业进入系统后驻留在外存作业后备队列上，因此需要作业调度。分时系统中，为了及时响应，用户输入被直接送入内存，因此无需作业调度，但需要接纳控制措施限制进入系统的用户数目。实时系统也不需要作业调度，但需要接纳控制措施。

先来先服务调度算法(First-Come First-Served, FCFS)

见文知意，算法思想非常简单，先执行先来的任务，
在作业调度中，将先到的作业调入就绪队列中，
在进程调度中，为先进入就绪队列的进程分配处理机。

FCFS算法在单处理机系统已很少作为主调度算法，但与其他算法结合，可以形成更有效的算法。

短作业算法(Short Job First, SJF)

见文知意*2，根据作业要求的运行时间来调度，时间越短，越早调度。

缺点：
必须预知作业运行时间。
对长作业不利，可能出现饥饿现象。
人机无法交互（个人认为可能是因为人机交互时间不固定，因此人机交互作业不用SJF调度）。
未考虑作业紧迫程度。

优先级调度算法(Priority-Scheduling Algorithm, PSA)

见文知意*3，根据作业/进程优先级进行调度。

高响应比优先调度算法(Highest Response Ratio Next, HRRN)

见文知该算法将等待时间也纳入考虑，将等待时间与要求服务时间作为优先级参考变量。

设等待时间为W，要求服务时间为R，则：
优先权R_p=(W+R)/R，其中，W+R=响应时间。
可以看出：
R越短，优先权越高，类似SJB算法。
W越长，优先权越高，类似FCFS算法。
对于长作业，随着W增加，优先权也会增加，改善了SJB的缺点。

但每次调度算法执行前都需要计算响应比，增加了系统开销。