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1、第 2 章 操作系統(tǒng)用戶界面,本章主要從用戶使用和系統(tǒng)管理兩方面出發(fā), 討論操作系統(tǒng)為用戶提供的編程接口和命令控制接口。 首先討論操作系統(tǒng)的命令控制接口及與其相關(guān)的作業(yè)控制和管理概念，然后介紹系統(tǒng)調(diào)用與編程接口，最后介紹操作系統(tǒng)用戶界面示例。,PART 2.1,PART 2.2,PART 2.3,PART 2.4,簡介,一般用戶的輸入輸出界面,命令控制界面,Linux與Windows的命令控制界面,PART 2.5,PART 2.6,系統(tǒng)調(diào)用,Linux與Windows的系統(tǒng)調(diào)用,第 2 章 操作系統(tǒng)用戶界面,學習目標： 1.掌握：作業(yè)的定義、組成、建立；系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)過程。 2.理解：作業(yè)的

2、輸入方式，控制方式，OS為用戶提供的接口。 3.了解：系統(tǒng)調(diào)用與一般用戶程序、庫函數(shù)、實用程序的區(qū)別。 學習要點： OS為用戶提供了三種接口：命令接口、程序接口和圖形接口。從操作命令控制接口出發(fā)，弄清楚什么是作業(yè)和作業(yè)的建立；接著掌握系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)過程。,2.1,PART 2.1,簡介,2.1 簡介,簡介,用戶,操作系統(tǒng),用戶界面,提交服務需求,提供服務,2.1 簡介,簡介,用戶,被服務者,程序開發(fā)人員,普通用戶,管理員,2.1 簡介,簡介,操作系統(tǒng)為不同的用戶提供不同的用戶界面不同的操作系統(tǒng)為用戶提供的用戶操作命令和表現(xiàn)形式不同。不同時期的操作系統(tǒng)為用戶提供的操作命令和表現(xiàn)形式也不同。操作系

3、統(tǒng)為普通用戶和管理員用戶提供一組不同操作命令的集合，實現(xiàn)用戶所要求的不同功能，提供相應服務。為編程人員提供一組系統(tǒng)調(diào)用的集合，允許編程人員使用操作系統(tǒng)和程序。,2.2,PART 2.2,一般用戶的輸入輸出界面,2.2 一般用戶的輸入輸出界面,作業(yè)的定義,作業(yè)：是要求計算機系統(tǒng)按指定步驟對應用程序進行處理并得到計算結(jié)果的加工工作。 在一次應用業(yè)務處理過程中，從輸入開始到輸出結(jié)束，用戶要求計算機所做的有關(guān)該次業(yè)務處理的全部工作。（用戶的觀點） 作業(yè)步：對應用程序進行處理的步驟。 作業(yè)由不同的順序相連的作業(yè)步組成 作業(yè)步是在一個作業(yè)的處理過程中，計算機所做的相對獨立的工作,2.2 一般用戶的輸入輸出

4、界面,作業(yè)組成,作業(yè)由程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書三部分組成。（系統(tǒng)的觀點）,程序和數(shù)據(jù)：完成用戶所要求的業(yè)務處理工作。每個作業(yè)至少包含一個程序作業(yè)說明書：體現(xiàn)用戶的控制意圖。系統(tǒng)通過作業(yè)說明書控制文件形式的程序和數(shù)據(jù)，使之執(zhí)行和操作。作業(yè)基本情況：用戶名、作業(yè)名、編程語言、最大處理時間等作業(yè)控制描述：作業(yè)控制方式、作業(yè)步的操作順序、作業(yè)執(zhí)行出錯處理作業(yè)資源要求描述：處理時間、優(yōu)先級、內(nèi)存空間、外設(shè)類型和數(shù)量等,2.2 一般用戶的輸入輸出界面,作業(yè)組成,作業(yè)基本情況描述,用戶名,作業(yè)名,編程語言,最大處理時間,作業(yè)控制描述,控制方式,操作順序,出錯處理,.,作業(yè)資源要求描述,要求處理時間,內(nèi)存大小,

5、處理機優(yōu)先級,庫函數(shù)或?qū)嵱贸绦?2.2一般用戶的輸入輸出界面,作業(yè)建立過程,作業(yè)的輸入：輸入數(shù)據(jù)、程序、作業(yè)說明書等； JCB的建立：申請創(chuàng)建作業(yè)的JCB，標志著系統(tǒng)中存在該作業(yè)。作業(yè)控制塊是作業(yè)說明書在系統(tǒng)中生成的一張表格。操作系統(tǒng)通過該表了解到作業(yè)的要求，并分配資源和控制作業(yè)中程序和數(shù)據(jù)的編譯、鏈接、裝入和執(zhí)行等。,當一個作業(yè)的全部程序和數(shù)據(jù)輸入到外存并且在系統(tǒng)中建立了相應的作業(yè)控制塊之后，一個作業(yè)就建立了。,2.2一般用戶的輸入輸出界面,作業(yè)建立過程,作業(yè)名估計執(zhí)行時間優(yōu)先數(shù)（用于調(diào)度）作業(yè)說明書文件名程序語言類型（表明需調(diào)用的程序）資源要求：如內(nèi)存、外設(shè)要求（靜態(tài)/動態(tài)申請）作業(yè)狀態(tài)：

6、提交/后備/執(zhí)行/就緒/等待/完成作業(yè)在外存中的存儲地址（以便迅速調(diào)入內(nèi)存） 作業(yè)控制塊和作業(yè)之間是一一對應關(guān)系,包含運行過程中系統(tǒng)對作業(yè)進行管理的必要信息：,2.2一般用戶的輸入輸出界面,作業(yè)建立過程,“作業(yè)”的補充說明：批處理系統(tǒng)中，作業(yè)是搶占內(nèi)存的基本單位。也就是說，批處理系統(tǒng)以作業(yè)為單位進行調(diào)度。 作業(yè)的概念一般用于早期批處理系統(tǒng)和現(xiàn)在的大型機、巨型機系統(tǒng)中，對于廣為流行的微機和工作站系統(tǒng)，一般不太使用作業(yè)的概念。,問答題,為什么分時系統(tǒng)沒有作業(yè)的概念？,因為在分時系統(tǒng)中，每個用戶得到的時間片有限，用戶的程序和數(shù)據(jù)信息直接輸入到內(nèi)存工作區(qū)中和其他程序一起搶占系統(tǒng)資源投入執(zhí)行，而不必進入

7、外存輸入井等待作業(yè)調(diào)度程序選擇。因此，分時系統(tǒng)沒有作業(yè)控制表，也沒有作業(yè)調(diào)度程序，從而沒有作業(yè)的概念。,2.2 一般用戶的輸入輸出界面,作業(yè)輸入輸出方式,聯(lián)機：通過交互會話來輸入輸出作業(yè)。由主機直接控制I/O ；作業(yè)處理與I/O不能并行（CPU利用率低）。脫機（又稱為預輸入方式）：通過后援存儲器（磁帶/磁盤）在外圍處理機與主機之間交換作業(yè)。提高了主機的利用率，但需人工干預。直接耦合：保留脫機輸入輸出快速輸入的優(yōu)點，又沒有脫機輸入輸出方式的人工干預的缺點。SPOOLING (Simultaneously Peripheral Operation On Line，外圍設(shè)備同時聯(lián)機操作 )：多臺外圍

8、設(shè)備通過通道/DMA器件和主機與外存連接起來。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機：用戶把在計算機網(wǎng)絡(luò)中某一臺主機上輸入的信息傳送到網(wǎng)中另一臺主機上進行操作或執(zhí)行。,2.2 一般用戶的輸入輸出界面,一般用戶的輸入輸出方式,聯(lián)機輸入輸出方式用于交互式系統(tǒng)外圍設(shè)備和主機直接相連一臺主機可對應多臺外圍設(shè)備,2.2 一般用戶的輸入輸出界面,一般用戶的輸入輸出方式,脫機輸入輸出方式,脫機輸入輸出方式解決了聯(lián)機輸入輸出時速度太慢的問題，提高了主機的資源利用率，但以犧牲低檔機為代價的。而且，脫機輸入需要用戶進行干預或進行一定的操作，例如移動存儲介質(zhì)和連接后援存儲器等。,2.2 一般用戶的輸入輸出界面,一般用戶的輸入輸出方式,直接耦合方

9、式快速輸入，不需人工干預。將主機和外圍機通過一個公用外存直接耦合起來。慢速輸入輸出由外圍機完成；高速讀寫由主機完成。需要一個在容量的公用存儲器。,主機,公用存儲器,低檔PC,低檔PC,2.2 一般用戶的輸入輸出界面,一般用戶的輸入輸出方式,spooling系統(tǒng)Simultaneous Peripheral Operations On-Line ，同時的外圍設(shè)備聯(lián)機操作，也稱假脫機。在SPOOLING系統(tǒng)中，作業(yè)的輸入輸出過程由主機控制、通道操作完成，需由中斷技術(shù)支持。操作系統(tǒng)的輸入程序包含兩個獨立的過程：讀過程：負責從外部設(shè)備把信息讀入緩沖區(qū)；寫過程：負責把緩沖區(qū)的信息送到外存輸入井中,2.2

10、一般用戶的輸入輸出界面,SPOOLING系統(tǒng)工作原理在系統(tǒng)輸入模塊收到作業(yè)輸入請求信號后，輸入管理模塊中的讀過程負責將信息從輸入裝置讀入緩沖區(qū)。當緩沖區(qū)滿時，由寫過程將信息從緩沖區(qū)寫到外存輸入井中。,3. 讀過程和寫過程反復循環(huán)，直到一個作業(yè)輸入完畢。當讀過程讀到一個硬件結(jié)束標志之后，系統(tǒng)再次驅(qū)動寫過程把最后一批信息寫入外存，并調(diào)用中斷處理程序結(jié)束該次輸入。4. 系統(tǒng)為該作業(yè)建立作業(yè)控制塊JCB，從而使輸入井中的作業(yè)進入作業(yè)等待隊列，等待作業(yè)調(diào)度程序選中后進入內(nèi)存。,2.2一般用戶的輸入輸出界面,一般用戶的輸入輸出方式,spooling系統(tǒng)特點在SPOOLING系統(tǒng)中，作業(yè)的輸入輸出過程由主機

11、控制、通道操作完成，需由中斷技術(shù)支持. spooling系統(tǒng)組成 硬件：大容量外存（磁盤） 軟件： 預輸入程序：I/O輸入井； 作業(yè)調(diào)度程序：選擇后備作業(yè)進入內(nèi)存； 井讀程序：輸入井內(nèi)存； 井寫程序：內(nèi)存輸出井； 緩輸出程序：輸出井 I/O;,2.2一般用戶的輸入輸出界面,作業(yè)的執(zhí)行周期與狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,一般用戶的輸入輸出方式,spooling系統(tǒng),2.2一般用戶的輸入輸出界面,一般用戶的輸入輸出方式,網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機方式以上述幾種輸入輸出方式為基礎(chǔ)。通過計算機網(wǎng)絡(luò)中的某一臺設(shè)備對另一臺主機進行輸入輸出操作。,2.3,PART 2.3,命令控制界面-用戶接口,2.3命令控制界面-用戶接口,什么是用戶接口（

12、界面）：是操作系統(tǒng)提供給用戶與計算機打交道的外部機制。用戶通過用戶接口向計算機提交服務請求計算機通過用戶接口向用戶提供所需要的服務 計算機系統(tǒng)的三類用戶普通用戶：只是使用計算機的應用服務管理員用戶：負責計算機系統(tǒng)的正常與安全運行程序員用戶：編程、開發(fā)新的應用程序針對不同的用戶，操作系統(tǒng)提供不同的用戶接口,2.3 命令控制界面,接口,命令接口：（操作接口一般用戶、管理用戶） 組織工作流程、控制程序的運行。操作命令圖形界面,系統(tǒng)調(diào)用：（程序接口程序員） 用戶程序在其運行過程中，使用系統(tǒng)功能調(diào)用來請求操作系統(tǒng)的服務。,接口,2.3 命令控制界面,脫機方式,用戶以作業(yè)控制說明書方式或命令文件方式提交給

13、系統(tǒng)，由系統(tǒng)按照作業(yè)說明書或命令文件中所規(guī)定的順序控制作業(yè)執(zhí)行。 如：Linux系統(tǒng)下shell程序。,聯(lián)機方式,用戶直接使用操作命令與系統(tǒng)進行交互式會話完成系統(tǒng)的控制和管理。Windows用戶日常操作都屬于聯(lián)機方式。在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，大都提供脫機（批處理）方式和聯(lián)機控制方式。,命令接口,2.3 命令控制界面,環(huán)境設(shè)置命令,聯(lián)機控制方式的命令：,資源要求命令,通信命令,編輯編譯鏈接裝配和執(zhí)行編輯命令命令,文件管理命令,系統(tǒng)管理命令,執(zhí)行權(quán)限管理,命令接口,2.5,PART 2.5,系統(tǒng)調(diào)用,系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給軟件開發(fā)人員的唯一接口。 系統(tǒng)調(diào)用像一個黑箱子那樣，對用戶屏蔽了操作系統(tǒng)的具體動

14、作而只提供有關(guān)的系統(tǒng)功能供開發(fā)人員使用。 OS核心中都有一組實現(xiàn)系統(tǒng)功能的過程（子程序），系統(tǒng)調(diào)用就是對上述過程的調(diào)用。,（1）系統(tǒng)調(diào)用及其功能（2）系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)過程（3）系統(tǒng)調(diào)用與普通過程調(diào)用的異同點,系統(tǒng)調(diào)用,2.5 系統(tǒng)調(diào)用,系統(tǒng)調(diào)用,每個操作系統(tǒng)提供幾十到上百種系統(tǒng)調(diào)用，包括：外存文件與目錄的讀寫，各種I/O設(shè)備的使用，在程序中啟動另一個程序，查詢和統(tǒng)計系統(tǒng)資源使用情況等等。,1) 設(shè)備管理：請求和釋放設(shè)備，啟動設(shè)備操作等2) 文件管理：創(chuàng)建、刪除文件，讀、寫文件操作，移動文件指針等3) 進程控制：創(chuàng)建、執(zhí)行、撤銷進程等控制4) 進程通信：進程間傳遞消息或信號的系統(tǒng)調(diào)用5) 存儲管理

15、：內(nèi)存塊的申請、釋放，獲取作業(yè)占用內(nèi)存塊的首址、大小等6) 系統(tǒng)管理：設(shè)置和讀取時間、讀取用戶和主機標識等ref232個windows系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)表.pdf,系統(tǒng)調(diào)用的功能,2.5 系統(tǒng)調(diào)用,2.5 系統(tǒng)調(diào)用,系統(tǒng)調(diào)用分類：,系統(tǒng)調(diào)用,2.5 系統(tǒng)調(diào)用,為了提供系統(tǒng)調(diào)用功能，操作系統(tǒng)事先編制好的實現(xiàn)這些功能的子程序或過程。由于這些程序或過程是操作系統(tǒng)程序模塊的一部分，不能直接被用戶程序調(diào)用。,陷阱指令(或稱陷入指令，訪管指令)：指由于系統(tǒng)調(diào)用引起處理機中斷的指令。陷阱(trap)處理機構(gòu)：是控制系統(tǒng)調(diào)用服務的中斷處理機構(gòu)，以保證系統(tǒng)調(diào)用時操作系統(tǒng)程序不被用戶程序破壞。,系統(tǒng)調(diào)用的功能,2.5

16、系統(tǒng)調(diào)用,系統(tǒng)調(diào)用方式：,2.5 系統(tǒng)調(diào)用,處理機的執(zhí)行狀態(tài)：,處理機的執(zhí)行狀態(tài)用戶態(tài)（目態(tài)、普態(tài)）：處理機在用戶程序中執(zhí)行稱為用戶態(tài)。此狀態(tài)只能執(zhí)行非特權(quán)指令，如果在目態(tài)下用戶執(zhí)行了特態(tài)指令，則產(chǎn)生中斷，由操作系統(tǒng)得到控制權(quán)，而特權(quán)指令被停止。系統(tǒng)態(tài)（管態(tài)、特態(tài) ）：處理機在系統(tǒng)程序中執(zhí)行稱為系統(tǒng)態(tài)。此狀態(tài)下能執(zhí)行指令全集(包括特權(quán)，非特權(quán)指令)，具有改變CPU狀態(tài)的能力，操作系統(tǒng)在管態(tài)下運行。,2.5 系統(tǒng)調(diào)用,處理機的執(zhí)行狀態(tài)：,在系統(tǒng)發(fā)生訪管中斷（陷阱中斷）時，為了不讓用戶程序直接訪問系統(tǒng)程序，反映處理機硬件狀態(tài)的處理機狀態(tài)字PSW中的相應位要從目態(tài)轉(zhuǎn)換為管態(tài)。這一轉(zhuǎn)換在發(fā)生訪管中斷時由硬件自動實現(xiàn)。CPU狀態(tài)的轉(zhuǎn)換： 目態(tài) 管態(tài)：其轉(zhuǎn)換的唯一途徑是通過中斷。管態(tài) 目態(tài)：可用設(shè)置PSW(修改程序狀態(tài)字)可實現(xiàn)。,系統(tǒng)調(diào)用 和 普通調(diào)用 的相同與不同？,相同點改變指令流程重復執(zhí)行和公用改變指令流程后需要返回原處不同點系統(tǒng)調(diào)用是動態(tài)調(diào)用，而CALL調(diào)用方式是靜態(tài)調(diào)用；執(zhí)行狀態(tài)不同進入方式不同與進程調(diào)度的關(guān)系不同：嵌套或遞歸調(diào)用,系統(tǒng)調(diào)用 和 普通調(diào)用 的相同與不同？,1. 系統(tǒng)調(diào)用