第二章操作系統(tǒng)用戶(hù)界面第1頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.1簡(jiǎn)介2.2命令控制接口及界面2.3系統(tǒng)調(diào)用第二章操作系統(tǒng)用戶(hù)界面第2頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.1簡(jiǎn)介用戶(hù)接口是操作系統(tǒng)的五大功能之一，是操作系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)用戶(hù)和操作系統(tǒng)之間的交互。用戶(hù)操作系統(tǒng)提交服務(wù)請(qǐng)求提供用戶(hù)所需的服務(wù)第3頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三計(jì)算機(jī)用戶(hù)的分類(lèi)使用和管理計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的用戶(hù)普通用戶(hù)：使用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用服務(wù)管理員用戶(hù)：負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)的正常和安全運(yùn)行程序開(kāi)發(fā)人員：使用操作系統(tǒng)所提供的編程功能開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用程序，完成用戶(hù)所要求的服務(wù)。第4頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三不同的用戶(hù)接口及界面命令控制界面：為普通用戶(hù)、管理員用戶(hù)提供的界面由一組以不同形式表現(xiàn)的操作命令組成；對(duì)兩者提供的命令集也不一樣圖形界面命令行方式系統(tǒng)調(diào)用：為編程人員提供的界面使用“系統(tǒng)調(diào)用”就可獲得操作系統(tǒng)的底層服務(wù)，使用或訪問(wèn)系統(tǒng)的各種軟硬件資源。第5頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三操作系統(tǒng)提供的用戶(hù)接口

用戶(hù)和操作系統(tǒng)間的兩種接口系統(tǒng)調(diào)用命令控制界面

操作系統(tǒng)

裸機(jī)第6頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.2一般用戶(hù)的輸入輸出界面要了解計(jì)算機(jī)是怎樣和用戶(hù)交互的，就必須了解用戶(hù)怎樣使用計(jì)算機(jī)提供的各種命令以及學(xué)會(huì)怎樣把編制的應(yīng)用程序變成普通用戶(hù)可以使用的命令。一般用戶(hù)的輸入輸出方式命令控制界面舉例第7頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三基本概念作業(yè)的定義作業(yè)組織第8頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一般編程過(guò)程第9頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三作業(yè)定義用戶(hù)角度：在一次應(yīng)用業(yè)務(wù)處理過(guò)程中，從輸入開(kāi)始到輸出結(jié)束，用戶(hù)要求計(jì)算機(jī)所做的有關(guān)該次業(yè)務(wù)處理的全部工作稱(chēng)為一個(gè)作業(yè)。系統(tǒng)角度：作業(yè)則是一個(gè)比程序更廣的概念。它由程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說(shuō)明書(shū)組成。系統(tǒng)通過(guò)作業(yè)說(shuō)明書(shū)控制文件形式的程序和數(shù)據(jù)，使之執(zhí)行和操作。第10頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三作業(yè)組織作業(yè)由三部分組成，即程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說(shuō)明書(shū)。作業(yè)控制塊（JCB）的表格。該表格登記該作業(yè)所要求的資源情況、預(yù)計(jì)執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行優(yōu)先級(jí)等。第11頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三作業(yè)輸入輸出方式聯(lián)機(jī)輸入輸出方式脫機(jī)輸入輸出方式直接耦合方式SPOOLING(SimultaneousPeripheralOperationsOn-Line)系統(tǒng)，外圍設(shè)備同時(shí)聯(lián)機(jī)操作網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)方式第12頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三聯(lián)機(jī)輸入方式外圍設(shè)備直接和主機(jī)相連接，一臺(tái)主機(jī)可以連接一臺(tái)或多臺(tái)外圍設(shè)備。這些設(shè)備可以是鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器或打印機(jī)等。第13頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三脫機(jī)輸入方式在個(gè)人機(jī)上，用戶(hù)通過(guò)聯(lián)機(jī)方式把數(shù)據(jù)或程序首先輸入到后援存儲(chǔ)器，例如磁盤(pán)或磁帶上；然后，用戶(hù)把裝有輸入數(shù)據(jù)的后援存儲(chǔ)器拿到主機(jī)的高速外圍設(shè)備上和主機(jī)連接，從而在較短的時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)的輸入工作。脫機(jī)輸入解決了快速輸入輸出問(wèn)題，提高了主機(jī)的資源利用率，而且脫機(jī)輸入需要用戶(hù)進(jìn)行干預(yù)或進(jìn)行一定的操作，例如移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)和連接后援存儲(chǔ)器等。另外，脫機(jī)輸入輸出方式存在靈活性差的缺點(diǎn)，即遇到緊急任務(wù)需要處理時(shí)，無(wú)法直接交給主機(jī)以便優(yōu)先處理。第14頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三直接耦合方式保留脫機(jī)輸入方式的快速輸入的優(yōu)點(diǎn),又沒(méi)有脫機(jī)輸入方式的人工干預(yù)的缺點(diǎn)和具有較強(qiáng)靈活性的輸入方式是直接耦合方式。直接耦合方式把主機(jī)和外圍低檔機(jī)通過(guò)一個(gè)公用的大容量外存直接耦合起來(lái)，從而省去了在脫機(jī)輸入中那種依靠人工干預(yù)來(lái)傳遞后援存儲(chǔ)器的過(guò)程。在直接耦合方式中，慢速的輸入輸出過(guò)程仍由外圍低檔機(jī)自己管理，而對(duì)公用存儲(chǔ)器中的大量數(shù)據(jù)的高速讀寫(xiě)則由主機(jī)完成。第15頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三SPOOLING系統(tǒng)SPOOLing是SimultaneousPeripheralOperationOn-Line（即外部設(shè)備聯(lián)機(jī)并行操作）的縮寫(xiě)，它是關(guān)于慢速字符設(shè)備如何與計(jì)算機(jī)主機(jī)交換信息的一種技術(shù)，通常稱(chēng)為“假脫機(jī)技術(shù)”。SPOOLing系統(tǒng)既不同于脫機(jī)方式，也不同于直接藕合方式,SPOOLing技術(shù)實(shí)際上是一種外圍設(shè)備同時(shí)聯(lián)機(jī)操作技術(shù)，又稱(chēng)為排隊(duì)轉(zhuǎn)儲(chǔ)技術(shù)。它在輸入和輸出之間增加了“輸入井”和“輸出井”的排隊(duì)轉(zhuǎn)儲(chǔ)環(huán)節(jié)，以消除用戶(hù)的“聯(lián)機(jī)”等待時(shí)間。第16頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三SPOOLING系統(tǒng)第17頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在系統(tǒng)輸入模塊收到作業(yè)輸入請(qǐng)求信號(hào)后，輸入管理模塊中的讀過(guò)程負(fù)責(zé)將信息從輸入裝置中讀入輸入井緩沖區(qū)。當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)，由寫(xiě)過(guò)程將信息從緩沖區(qū)寫(xiě)到外存的輸入井中，讀過(guò)程和寫(xiě)過(guò)程反復(fù)循環(huán)，直到一個(gè)作業(yè)輸入完畢。當(dāng)讀過(guò)程讀到一個(gè)硬件結(jié)束標(biāo)志之后，系統(tǒng)再次驅(qū)動(dòng)寫(xiě)過(guò)程把最后一批信息寫(xiě)入外存輸入井并調(diào)用中斷處理程序結(jié)束該次輸入。然后，系統(tǒng)為該作業(yè)建立作業(yè)控制塊，從而使輸入井中的作業(yè)進(jìn)入作業(yè)等待隊(duì)列，等待作業(yè)調(diào)度程序選中后進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行。第18頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三將一臺(tái)獨(dú)享打印機(jī)改造為可供多個(gè)用戶(hù)共享的打印機(jī)，是應(yīng)用SPOOLing技術(shù)的典型實(shí)例。具體做法是：系統(tǒng)對(duì)于用戶(hù)的打印輸出，但并不真正把打印機(jī)分配給該用戶(hù)進(jìn)程，而是先在輸出井中申請(qǐng)一個(gè)空閑盤(pán)塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；然后為用戶(hù)申請(qǐng)并填寫(xiě)請(qǐng)求打印表，將該表掛到請(qǐng)求打印隊(duì)列上。若打印機(jī)空閑，輸出程序從請(qǐng)求打印隊(duì)首取表，將要打印的數(shù)據(jù)從輸出井傳送到內(nèi)存緩沖區(qū)，再進(jìn)行打印，直到打印隊(duì)列為空。第19頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三SPOOLing技術(shù)的特點(diǎn):提高了I/O速度.從對(duì)低速I(mǎi)/O設(shè)備進(jìn)行的I/O操作變?yōu)閷?duì)輸入井或輸出井的操作,如同脫機(jī)操作一樣,提高了I/O速度,緩和了CPU與低速I(mǎi)/O設(shè)備速度不匹配的矛盾.設(shè)備并沒(méi)有分配給任何進(jìn)程.在輸入井或輸出井中,分配給進(jìn)程的是一存儲(chǔ)區(qū)和建立一張I/O請(qǐng)求表.實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能.多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用一獨(dú)享設(shè)備,而對(duì)每一進(jìn)程而言,都認(rèn)為自己獨(dú)占這一設(shè)備。第20頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)方式當(dāng)用戶(hù)需要把在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中某一臺(tái)主機(jī)上輸入的信息傳送到同一網(wǎng)中另一臺(tái)主機(jī)上進(jìn)行操作或執(zhí)行時(shí)，就構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)方式。第21頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三命令控制界面操作系統(tǒng)的命令控制界面就是用來(lái)組織和控制作業(yè)運(yùn)行的。使用操作命令進(jìn)行作業(yè)控制的方式有：脫機(jī)方式：用戶(hù)將作業(yè)的執(zhí)行順序和出錯(cuò)處理方法一并以作業(yè)控制說(shuō)明書(shū)的方式或命令文件方式提交給系統(tǒng)，由系統(tǒng)按照作業(yè)說(shuō)明書(shū)或命令文件中所規(guī)定的順序控制作業(yè)執(zhí)行。執(zhí)行過(guò)程中，用戶(hù)無(wú)法干涉，只能等待作業(yè)正常執(zhí)行結(jié)束或出錯(cuò)停止之后查看執(zhí)行結(jié)果或出錯(cuò)信息，以便修改作業(yè)內(nèi)容或控制過(guò)程。聯(lián)機(jī)方式：不要求用戶(hù)填寫(xiě)作業(yè)說(shuō)明書(shū)，系統(tǒng)只為用戶(hù)提供一組鍵盤(pán)或其他操作方式的命令。第22頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三與脫機(jī)控制方式相比，聯(lián)機(jī)控制方式的命令種類(lèi)要豐富得多。這些命令可大致分為以下幾類(lèi):(1)環(huán)境設(shè)置。(2)執(zhí)行權(quán)限管理。(3)系統(tǒng)管理。(4)文件管理。(5)編輯、編譯、鏈接裝配和執(zhí)行。(6)通信。(7)資源要求。第23頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三聯(lián)機(jī)控制方式大大地方便了用戶(hù)。但在某些情況下，用戶(hù)反復(fù)輸入眾多的命令也會(huì)浪費(fèi)不必要的時(shí)間。因此，在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，大都提供批處理方式和聯(lián)機(jī)控制方式。這里，批處理方式既指?jìng)鹘y(tǒng)的作業(yè)控制語(yǔ)言編寫(xiě)的作業(yè)說(shuō)明書(shū)方式，也指那些把不同的交互命令按一定格式組合后的命令文件方式。第24頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三舉例：Linux命令控制界面主要有9類(lèi)命令：系統(tǒng)維護(hù)及管理命令：date文件操作及管理命令：ls,find進(jìn)程管理命令：kill,at磁盤(pán)及設(shè)備管理命令：df,du,mount用戶(hù)管理命令：adduser,userdel文檔操作命令：csplit,sort網(wǎng)絡(luò)通信命令：netstat,ifconfig程序開(kāi)發(fā)命令：cc,linkXwindows管理命令，startX第25頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三舉例：Linux命令控制界面批處理方式（shell腳本）#!/bin/shecho"NowinstallOURS-PXA270-EPLinuxdevelopenvironment!...."#findoutthecurrentpathexportFIND_OUT_CURRENT_PATH=`pwd`SRC_DIR=${FIND_OUT_CURRENT_PATH}echo"copyarm-linux"cp${SRC_DIR}/arm-linux.tar.gz/usr/localcp${SRC_DIR}/pxa270_linux.tar.bz2/cd/usr/localtarxzfarm-linux.tar.gzcd/tarxjfpxa270_linux.tar.bz2第26頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三舉例：Windows命令控制界面系統(tǒng)信息命令：time，date，systeminfo系統(tǒng)操作命令：shutdown，taskkill文件系統(tǒng)命令：copy，del，mkdir網(wǎng)絡(luò)通信命令：ping，netstat，route第27頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三舉例：Windows命令控制界面使用批處理mkdirtestechohellopause第28頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.3系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的唯一接口。編程人員利用系統(tǒng)調(diào)用,在源程序一級(jí)動(dòng)態(tài)請(qǐng)求和釋放系統(tǒng)資源，調(diào)用系統(tǒng)中已有的系統(tǒng)功能來(lái)完成那些與機(jī)器硬件部分相關(guān)的工作以及控制程序的執(zhí)行速度等。因此，系統(tǒng)調(diào)用像一個(gè)黑箱子那樣，對(duì)用戶(hù)屏蔽了操作系統(tǒng)的具體動(dòng)作而只提供有關(guān)的功能。事實(shí)上，命令控制界面也是在系統(tǒng)調(diào)用的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)而成的。第29頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三為了保證操作系統(tǒng)程序不被用戶(hù)程序破壞，一般操作系統(tǒng)都不允許用戶(hù)程序訪問(wèn)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)。編程人員給定了系統(tǒng)調(diào)用名和參數(shù)之后是怎樣得到系統(tǒng)服務(wù)的呢?這需要有一個(gè)類(lèi)似于硬件中斷處理的中斷處理機(jī)構(gòu)。當(dāng)用戶(hù)使用系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，產(chǎn)生一條相應(yīng)的指令，處理機(jī)在執(zhí)行到該指令時(shí)發(fā)生相應(yīng)的中斷，并發(fā)出有關(guān)信號(hào)給該處理機(jī)構(gòu)。該處理機(jī)構(gòu)在收到了處理機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)后，啟動(dòng)相關(guān)的處理程序去完成該系統(tǒng)調(diào)用所要求的功能。第30頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)圖第31頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

2.3系統(tǒng)調(diào)用

1.

系統(tǒng)調(diào)用的分類(lèi)

(1)設(shè)備管理(2)文件管理(3)進(jìn)程控制(4)進(jìn)程通信(5)存儲(chǔ)管理(6)線程管理第32頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)調(diào)用(2)

2.系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

一.是編寫(xiě)系統(tǒng)調(diào)用處理程序；二.是設(shè)計(jì)一張系統(tǒng)調(diào)用入口地址表，每個(gè)入口地址都指向一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的處理程序；三.陷入處理機(jī)制需開(kāi)辟現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)，以保存發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時(shí)的處理器現(xiàn)場(chǎng)。

第33頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)調(diào)用(3)

系統(tǒng)調(diào)用的處理過(guò)程

第34頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)調(diào)用(4)

Linux系統(tǒng)調(diào)用

Linux系統(tǒng)調(diào)用由兩部分組成：

?核心函數(shù)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用功能的(內(nèi)核)代碼。

?接口函數(shù)是提供給應(yīng)用程序的API,以庫(kù)函數(shù)形式存在Linux的lib.a中。第35頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)調(diào)用(5)

Linux系統(tǒng)調(diào)用入口程序entry.sENTRY(sys-call-table).longSYMBOL-NAME(sys-ni-syscall)0.longSYMBOL-NAME(sys-exit)1.longSYMBOL-NAME(sys-fork)2.longSYMBOL-NAME(sys-read)3.longSYMBOL-NAME(sys-write)4.longSYMBOL-NAME(sys-open)5