批處理作業的管理
批次作業是指無需使用者乾預，由作業系統自動處理的一類作業。批次作業的主要目的是提高系統的效率，透過集中處理一批作業，減少系統的空閒時間和使用者的等待時間。批次作業管理涉及三個主要功能：作業輸入、作業排程和作業控制。
批次作業的輸入
作業輸入
- 定義：將使用者提交的作業裝入輔存輸入井（如磁碟），並形成後備作業佇列。系統依照作業進入輸入井的順序排隊等待調度執行。
- 作業輸入資訊通常包括：
- 原始程式：待編譯和執行的程式碼。
- 初始資料：用於程式執行所需的輸入資料。
- 作業控制說明書：描述作業執行步驟的說明書，以作業控制語言撰寫。
作業控制語言（JCL）
- 定義：是一種描述作業執行過程的程式語言，用於批次處理系統中。使用者透過JCL指定作業的執行步驟和所需資源。
- 功能：
- 作業的提交：描述作業的開始和結束。
- 作業與作業步驟的執行控制：指定作業的執行順序與依賴關係。
- 資源使用控制：指定作業執行時所需的硬體和軟體資源。
作業控制區塊（JCB）
- 定義：作業在系統中存在的標識，包含作業的各種屬性和狀態資訊。
- 主要內容：
- 作業名稱、作業狀態
- 作業優先順序、類別
- 所需資源（主存、週邊）
- 作業的時間資訊（提交時間、開始時間、結束時間）
- 用途：用於系統的輸入程式、作業排程器、作業控製程式等存取作業資訊。
作業表
- 定義：由所有作業的JCB所構成的集合，存放於輔存中，用於系統管理和查詢作業資訊。
批次作業調度
作業排程程序
- 定義：用於控製作業排程的程序，根據某種排程演算法從後備作業佇列中選擇適當的作業進行執行。
- 主要任務：
- 選擇作業：從後備作業佇列中選取作業進行執行。
- 資源分配：為選取的作業指派主存和周邊等必要資源。
- 準備執行：為作業建立作業控制區塊和進程控制區塊，準備執行。
- 善後處理：當作業結束或撤銷時，釋放資源，更新作業狀態。
作業狀態
作業在系統中的狀態可以分為以下幾種：
- 提交狀態：作業剛被提交到系統，等待進入後備佇列。
- 後備狀態：作業在輸入井中等待調度。
- 運行狀態：作業被排程器選中，分配資源後進入執行狀態。
- 完成狀態：作業執行完畢，資源被釋放，作業退出系統。
作業排程的影響因素
- 公平性：確保系統資源在使用者之間公平分配。
- 均衡使用資源：合理調度作業，使系統資源平衡使用。
- 提高系統吞吐量：最大化單位時間內完成的作業數量。
- 平衡系統和使用者需求：兼顧系統效能和使用者體驗。
作業排程的效能指標
- CPU利用率：CPU的有效工作時間佔總時間的比例。
- 吞吐量：單位時間內系統完成的作業數量。
- 週轉時間：從作業進入系統到完成的總時間。
- 平均週轉時間：所有作業的周轉時間的平均值。
\[
T = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} T_i
\]
T：表示平均週轉時間。 n：表示作業的總數。 \( T_{i} \)：表示第 i 個作業的周轉時間。
- 帶權平均週轉時間：考慮作業執行時間的比重，使短作業優先。
\[
W = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} W_i
\]
W：表示平均等待時間。 n：表示作業的總數。 \( W_{i} \)：表示第 i 個作業的等待時間。
批次作業排程的三級排程
- 進階調度（作業排程）：選擇哪些作業從後備佇列進入主記憶體執行。
- 中階調度：控制主記憶體中進程的數量，透過換入換出進程以平衡記憶體使用。
- 低階調度（進程調度）：選擇就緒佇列中的程序分配CPU執行。
批次作業控制
批次作業的執行
- 作業執行過程：當作業被排程器選取後，系統為其建立一個作業控制流程，負責具體的作業運行控制。
- 運作控制：系統依照作業控制說明書逐步執行各作業步，直到作業完成。
批次作業的終止與撤銷
- 作業終止：當作業成功完成或發生異常時，系統會進行資源釋放、更新作業狀態，並繼續下一個作業排程。
- 作業撤銷：在發生嚴重錯誤或使用者要求中止時，系統強制停止作業執行，並進行善後處理。