第2章 用户与操作系统的接口

1、第第2章章 用户与操作系统的接口用户与操作系统的接口引言引言21 作业控制级接口作业控制级接口 22 程序级接口程序级接口 引言引言 操作系统是计算机与用户之间的接口。用户可以操作系统是计算机与用户之间的接口。用户可以通过操作系统提供的手段和方法方便、快捷、安全可通过操作系统提供的手段和方法方便、快捷、安全可靠地使用计算机的各类资源。靠地使用计算机的各类资源。 操作系统为用户提供了两类接口：一类是操作系统为用户提供了两类接口：一类是作业控作业控制级接口制级接口，用户通过键盘命令或作业控制命令，对程，用户通过键盘命令或作业控制命令，对程序进行控制；另一类是序进行控制；另一类是程序级接口程序级接口

2、，即系统调用或称，即系统调用或称应用程序接口。应用程序接口。 作业控制级接口供用户在作业控制级接口供用户在终端上利用键盘使用终端上利用键盘使用，程序级接口供用户在程序级接口供用户在编程时使用编程时使用。 21 作业控制级接口作业控制级接口 在分时系统中，用户通过终端命令控制作业的运在分时系统中，用户通过终端命令控制作业的运行，用户可以直接与作业进行交互，称为行，用户可以直接与作业进行交互，称为联机用户接联机用户接口口。在批处理系统中，用户通过作业控制卡或作业说。在批处理系统中，用户通过作业控制卡或作业说明书控制作业的运行，用户不能直接与作业进行交互，明书控制作业的运行，用户不能直接与作业进行交

3、互，称为称为脱机用户接口脱机用户接口。211 作业作业n 作业：作业：用户一次请求计算机系统为其完成任务所进行用户一次请求计算机系统为其完成任务所进行的的工作总和工作总和。n 作业步：作业步：一个作业通常可以划分成若干个相对独立的一个作业通常可以划分成若干个相对独立的步骤，每一个步骤称为一个作业步。步骤，每一个步骤称为一个作业步。 作业步实例：汇编语言作业的工作过程：作业步实例：汇编语言作业的工作过程：u编辑：编辑：C:EDIT TEST.ASMC:EDIT TEST.ASM u汇编：汇编：C:MASM TEST C:MASM TEST u链接：链接：C:LINK TEST C:LINK TE

4、ST u执行：执行：C:TESTC:TEST 211 作业作业典型的作业步典型的作业步编译编译连接装配连接装配运行运行目标目标程序程序段段目标目标程序程序源程序源程序输入数据输入数据子程序子程序库函数库函数动态库函数动态库函数计算结果计算结果211 作业作业n 作业流：作业流：由若干作业组成的，在批处理系统中通常把由若干作业组成的，在批处理系统中通常把若干作业依次放在输入设备上，在操作系统控制下将若干作业依次放在输入设备上，在操作系统控制下将其送入外存。其送入外存。 编辑（输入，修改）源程序编辑（输入，修改）源程序编译编译连接连接运行运行成功成功编辑（输入，修改）另一源程序编辑（输入，修改）另

5、一源程序是是否否典型的作业流一个作业另一个作业212 作业的类型作业的类型 n 脱机作业：脱机作业：脱机作业又称脱机作业又称批处理作业批处理作业。用户把作业提交。用户把作业提交给计算机系统后，便不再与计算机系统交互，中间通过给计算机系统后，便不再与计算机系统交互，中间通过操作员干预作业的运行。这种作业方式特别适用于操作员干预作业的运行。这种作业方式特别适用于运行运行时间比较长时间比较长的计算任务。的计算任务。n 联机作业：联机作业：联机作业又称交互式作业。用户和计算机系联机作业又称交互式作业。用户和计算机系统直接交互，通过终端或控制台键盘上的统直接交互，通过终端或控制台键盘上的操作命令或菜操作

6、命令或菜单图标等方式控制其作业的运行单图标等方式控制其作业的运行。n 前台作业与后台作业：前台作业与后台作业：脱机作业多出现在批处理系统中，脱机作业多出现在批处理系统中，而联机作业多出现在分时系统和实时信息系统中。在而联机作业多出现在分时系统和实时信息系统中。在分分时和批处理兼顾的系统时和批处理兼顾的系统中，将中，将联机作业作为前台作业联机作业作为前台作业，由用户进行交互式控制；而把由用户进行交互式控制；而把脱机作业作为后台作业。脱机作业作为后台作业。 n 213 联机用户接口联机用户接口 n 联机用户接口：联机用户接口：由一组由一组操作系统命令操作系统命令组成，用于联机作组成，用于联机作业的

7、控制。业的控制。n 命令驱动方式命令驱动方式 ：用户通过控制台终端，键入操作系统用户通过控制台终端，键入操作系统提供的命令来控制自己作业的运行。系统在接收到一条提供的命令来控制自己作业的运行。系统在接收到一条命令后，由命令处理程序解释并执行，然后，通过屏幕命令后，由命令处理程序解释并执行，然后，通过屏幕显示将结果报告给用户。显示将结果报告给用户。u命令格式：命令格式：COMMAND arg1，arg2，arg n option1，option2，option m m 213 联机用户接口联机用户接口 u命令类型：命令类型：一般命令类型有如下几种：一般命令类型有如下几种：p系统访问命令：系统访问

8、命令：在多用户系统中，为了保证系统在多用户系统中，为了保证系统的安全性，通常设置了系统访问命令。常用的有的安全性，通常设置了系统访问命令。常用的有注册命令、注销命令、修改口令命令等。注册命令、注销命令、修改口令命令等。 p编辑和文件管理命令：编辑和文件管理命令：编辑命令为用户提供输入编辑命令为用户提供输入原始数据和程序以及进行修改的能力。文件管理原始数据和程序以及进行修改的能力。文件管理命令包括复制、删除或显示文件内容以及建立、命令包括复制、删除或显示文件内容以及建立、删除、查看目录等命令。删除、查看目录等命令。 p编译、汇编和连接命令：编译、汇编和连接命令：包括各种高级语言的编包括各种高级语

9、言的编译命令和汇编命令、连接命令等。用户使用这类译命令和汇编命令、连接命令等。用户使用这类命令产生可执行的目标程序。命令产生可执行的目标程序。 213 联机用户接口联机用户接口 p调试命令：调试命令：它为用户提供调试机器语言程序手它为用户提供调试机器语言程序手段，该命令包括显示、修改内存单元和寄存器，段，该命令包括显示、修改内存单元和寄存器，设置断点、跟踪、执行、存盘、读盘、简单汇设置断点、跟踪、执行、存盘、读盘、简单汇编和反汇编等。编和反汇编等。 p维护管理命令：维护管理命令：这类命令一般为系统管理员所这类命令一般为系统管理员所使用，它包括查询系统资源使用情况，各终端使用，它包括查询系统资源

10、使用情况，各终端运行情况，外设的分配、安装和释放等命令。运行情况，外设的分配、安装和释放等命令。 p其它命令：其它命令：包括记帐，建立和查看日期、时间，包括记帐，建立和查看日期、时间，修改和设置外设参数等命令。修改和设置外设参数等命令。 213 联机用户接口联机用户接口 n 窗口系统与菜单驱动方式窗口系统与菜单驱动方式 ：u窗口：窗口：窗口由标题栏、菜单栏、图标等构成。用户窗口由标题栏、菜单栏、图标等构成。用户可以通过窗口查看和操作应用程序或文档。窗口是可以通过窗口查看和操作应用程序或文档。窗口是用户与操作系统、应用程序之间的接口。用户与操作系统、应用程序之间的接口。 213 联机用户接口联机

11、用户接口 u对话框：对话框：是在桌面上的带有标题栏和控制菜单的一是在桌面上的带有标题栏和控制菜单的一个临时窗口，也称为对话窗口。其主要用途是系统个临时窗口，也称为对话窗口。其主要用途是系统可以通过对话框提示用户输入与任务有关的信息，可以通过对话框提示用户输入与任务有关的信息，或向用户提供可能需要的信息。或向用户提供可能需要的信息。213 联机用户接口联机用户接口 u菜单：菜单：为了减轻使用者记忆命令的功能与用法的负为了减轻使用者记忆命令的功能与用法的负担，可在窗口中使用担，可在窗口中使用“菜单菜单”驱动方式。使用菜单驱动方式。使用菜单驱动方式不必事先记住各种命令的拼写与用法，用驱动方式不必事先

12、记住各种命令的拼写与用法，用户只要根据屏幕上的提示选择所需的命令。户只要根据屏幕上的提示选择所需的命令。 213 联机用户接口联机用户接口 u图标：图标：图标是图形用户接口的又一个重要元素。所图标是图形用户接口的又一个重要元素。所谓图标就是代表一个应用程序或文件等的一个小图谓图标就是代表一个应用程序或文件等的一个小图像，也是最小化的窗口，通过对图标的操作可以激像，也是最小化的窗口，通过对图标的操作可以激活相应的程序，或启动应用程序。图标有应用程序活相应的程序，或启动应用程序。图标有应用程序图标、组图标和应用程序项图标。图标、组图标和应用程序项图标。 214 脱机用户接口脱机用户接口 脱机用户接

13、口脱机用户接口由一组由一组作业控制语言作业控制语言组成，用户利用组成，用户利用系统为脱机用户提供的作业控制语言，考虑对作业的系统为脱机用户提供的作业控制语言，考虑对作业的各种可能的控制要求写成各种可能的控制要求写成作业控制卡作业控制卡或或作业说明书作业说明书，连同作业一起提交给系统。系统运行该程序时，边解连同作业一起提交给系统。系统运行该程序时，边解释作业控制命令边执行，直到运行完该组作业。释作业控制命令边执行，直到运行完该组作业。u作业控制语言：作业控制语言：作业控制语言（作业控制语言（JCL，Job Control Language）是用户用来编制作业控制卡或作业说明）是用户用来编制作业控

14、制卡或作业说明书的。对于书的。对于不同的操作系统，作业控制语言也各不不同的操作系统，作业控制语言也各不相同相同。但其所包含的命令大体是相同的，一般有：。但其所包含的命令大体是相同的，一般有：I/O命令、编译命令、操作命令以及条件命令等几类。命令、编译命令、操作命令以及条件命令等几类。 214 脱机用户接口脱机用户接口 u作业控制卡：作业控制卡：作业控制卡用于早期批处理系统中，用作业控制卡用于早期批处理系统中，用户把控制作业运行及出错处理的户把控制作业运行及出错处理的作业控制命令穿孔在作业控制命令穿孔在卡片上卡片上，插入到程序中，程序在执行过程中，读取作，插入到程序中，程序在执行过程中，读取作业

15、控制卡上的信息，控制作业的运行及出错时的处理。业控制卡上的信息，控制作业的运行及出错时的处理。u作业说明书：作业说明书：作业说明书是用户使用作业控制语言编作业说明书是用户使用作业控制语言编写的写的控制作业运行的程序控制作业运行的程序，它表达了用户对作业的控，它表达了用户对作业的控制意图。作业说明书主要包括三方面的内容：制意图。作业说明书主要包括三方面的内容：作业基作业基本描述本描述（用户名、作业名、使用的编程语言、允许的（用户名、作业名、使用的编程语言、允许的最大处理时间等）；最大处理时间等）；作业控制描述作业控制描述（脱机控制还是联（脱机控制还是联机控制、各作业步的操作顺序、作业不能正常执行

16、的机控制、各作业步的操作顺序、作业不能正常执行的处理等）；处理等）；资源要求描述资源要求描述（要求内存的大小、外设的（要求内存的大小、外设的种类和台数、处理器优先级、所需处理时间、所需库种类和台数、处理器优先级、所需处理时间、所需库函数或实用程序等）。函数或实用程序等）。 22 程序级接口程序级接口 程序级接口为程序级接口为用户程序用户程序使用操作系统的服务提供使用操作系统的服务提供了接口，它通过各种系统调用而实现。应用程序通了接口，它通过各种系统调用而实现。应用程序通过系统调用实现与操作系统的通信，并取得操作系过系统调用实现与操作系统的通信，并取得操作系统的服务。统的服务。 221 用户态和

17、核心态用户态和核心态n用户态：用户态：用户工作的状态称为用户态或算态。用户工作的状态称为用户态或算态。n核心态：核心态：系统程序工作的状态称为核心态或管态。系统程序工作的状态称为核心态或管态。 222 特权指令和访管指令特权指令和访管指令n特权指令：特权指令：只允许在核心态下使用的指令称为特权只允许在核心态下使用的指令称为特权指令。常见的特权指令有以下几种：指令。常见的特权指令有以下几种： u有关对有关对I/OI/O设备使用的指令：如启动设备使用的指令：如启动I/OI/O设备指令、设备指令、测试测试I/OI/O设备工作状态和控制设备工作状态和控制I/OI/O设备动作的指令设备动作的指令等。等。

18、u有关访问程序状态的指令：如对程序状态字有关访问程序状态的指令：如对程序状态字（PSWPSW）访问的指令等。）访问的指令等。u存取特殊寄存器指令：如存取中断寄存器、时钟存取特殊寄存器指令：如存取中断寄存器、时钟寄存器等指令。寄存器等指令。u其它指令。其它指令。 222 特权指令和访管指令特权指令和访管指令n访管指令：访管指令：用户程序工作中，必然要用到各种资源。用户程序工作中，必然要用到各种资源。但使用但使用I/OI/O设备的指令属于特权指令，不允许用户直设备的指令属于特权指令，不允许用户直接使用。所以就引入了访管指令，其主要功能为：接使用。所以就引入了访管指令，其主要功能为： u实现从用户态

19、到核心态的转变；实现从用户态到核心态的转变；u在核心态下由操作系统代替用户完成其请求；在核心态下由操作系统代替用户完成其请求；u工作完成后由核心态返回到用户态。工作完成后由核心态返回到用户态。 访管指令本身并不是特权指令，而是核心态访管指令本身并不是特权指令，而是核心态指令，其主要功能是引起访管中断。指令，其主要功能是引起访管中断。 223 系统调用系统调用n系统调用简介：系统调用简介：u所谓系统调用，就是用户在程序中调用操作系统所谓系统调用，就是用户在程序中调用操作系统所所提供的一些子功能提供的一些子功能。这是一种特殊的过程调用，。这是一种特殊的过程调用，这种调用通常是由特殊的机器指令实现的

20、。除了提这种调用通常是由特殊的机器指令实现的。除了提供对操作系统子程序的调用外，这种指令还能将系供对操作系统子程序的调用外，这种指令还能将系统转入特权方式。统转入特权方式。 u系统调用是操作系统系统调用是操作系统提供给程序员的唯一接口提供给程序员的唯一接口。程序员利用系统调用，程序员利用系统调用，动态请求和释放系统资源动态请求和释放系统资源，调用系统中已有的系统功能来完成与计算机硬件部调用系统中已有的系统功能来完成与计算机硬件部分相关的工作以及控制程序的执行速度等。分相关的工作以及控制程序的执行速度等。 223 系统调用系统调用n系统调用与一般过程调用的区别系统调用与一般过程调用的区别 ：u运

21、行在不同的系统状态运行在不同的系统状态。一般的过程调用，其调。一般的过程调用，其调用程序和被调用程序都运行在相同的状态：核心态用程序和被调用程序都运行在相同的状态：核心态或用户态。而系统调用与一般调用的最大区别就在或用户态。而系统调用与一般调用的最大区别就在于：于：调用程序运行在用户态，而被调用程序则运行调用程序运行在用户态，而被调用程序则运行在核心态在核心态。 u状态的转换状态的转换。一般的过程调用不涉及系统状态的。一般的过程调用不涉及系统状态的转换，可直接由调用过程转向被调用过程。但在系转换，可直接由调用过程转向被调用过程。但在系统调用时，由于调用过程和被调用过程在不同的系统调用时，由于调

22、用过程和被调用过程在不同的系统状态，因而不允许由调用过程直接转向被调用过统状态，因而不允许由调用过程直接转向被调用过程。通常都是程。通常都是通过软中断机制先由用户态转换为核通过软中断机制先由用户态转换为核心态，在操作系统核心分析以后，转向相应的系统心态，在操作系统核心分析以后，转向相应的系统调用处理子程序。调用处理子程序。 223 系统调用系统调用u返回问题。一般的过程调用在被调用过程执行完返回问题。一般的过程调用在被调用过程执行完后，将返回到调用过程继续执行。但是在采用抢占后，将返回到调用过程继续执行。但是在采用抢占式调度方式的系统中，式调度方式的系统中，被调用过程执行完后，系统被调用过程执

23、行完后，系统将对所有要求运行的进程进行优先级分析将对所有要求运行的进程进行优先级分析。如果调。如果调用进程仍然具有最高优先级，则返回调用进程继续用进程仍然具有最高优先级，则返回调用进程继续执行。否则将引起重新调度，以便让优先级最高的执行。否则将引起重新调度，以便让优先级最高的进程优先执行。此时，系统将把调用进程放入就绪进程优先执行。此时，系统将把调用进程放入就绪队列。队列。 u嵌套调用。像一般过程一样，系统调用也允许嵌嵌套调用。像一般过程一样，系统调用也允许嵌套调用，即在一个被调用过程的执行期间，还可以套调用，即在一个被调用过程的执行期间，还可以再利用系统调用命令去调用另一个系统调用。一般再利

24、用系统调用命令去调用另一个系统调用。一般情况下，情况下，每个系统对嵌套调用的深度都有一定的限每个系统对嵌套调用的深度都有一定的限制制。 223 系统调用系统调用n系统调用的分类系统调用的分类 ：u进程控制类系统调用：进程控制类系统调用：这类系统调用主要这类系统调用主要用于对进程的控制，如创建和终止进程的用于对进程的控制，如创建和终止进程的系统调用、获得和设置进程属性的系统调系统调用、获得和设置进程属性的系统调用等。用等。 u文件操作类系统调用：文件操作类系统调用：对文件进行操纵的对文件进行操纵的系统调用有创建文件、打开文件、关闭文系统调用有创建文件、打开文件、关闭文件、读文件、写文件、创建一个目录、移件、读文件、写文件、创建一个目录、移动文件的读动文件的读/写指针、改变文件的属性等。写指针、改变文件的属性等。 223 系统调用系统调用u进程通信类系统调用：进程通信类系统调用：此类系统调用被用于进程此类系统调用被用于进程之间传递消息和信号。之间传递消息和信号。u设备管理类系统调用：设备管理类系统调