第2章操作系统用户接口

第2章操作系统用户接口2.1用户接口概述操作系统是用户和计算机之间的接口，用户通过操作系统来使用计算机。用户接口是操作系统为用户提供的使用计算机（控制程序运行）的手段。操作系统提供的用户接口：命令接口程序接口图形接口2.1用户接口概述2.1.1程序的执行和作业的概念计算机编制程序解决问题的步骤第一步，经过对问题的分析后，选择某种合适的语言，编写为用户完成特定操作所需的源程序。第二步，由用户选择以某种方式控制计算机工作，对源程序进行编译、链接和调试，直至调试通过。第三步，运行程序，得到最后结果，并建立相关文档。2.1用户接口概述问题分析程序设计编程输入调试编译链接执行输出建档计算机编程题过程2.1用户接口概述程序的运行过程，操作系统可以有多种不同的控制方式例：脱机工作方式联机工作方式---可以随时根据系统反馈的信息发出各种命令。2.1用户接口概述作业：计算机系统按指定的步骤，为用户一次业务处理所完成的全部工作的总和。作业由一些相对独立的顺序执行的步骤所组成，这些相对独立的执行步骤通常被称为作业步。一个作业中的前一个作业步产生下一个作业步的输入文件“编程输入”是一个作业步，产生源程序“编译”是一个作业步，输入文件是源程序，产生目标代码文件。2.1用户接口概述从系统管理的角度看，作业由程序、数据和作业说明书3部分组成。程序和数据完成用户所要求的业务处理工作作业说明书体现用户的控制意图作业说明书（主要用在批处理系统中）作业基本描述：用户名、作业名、使用的编程语言作业控制描述：作业是脱机控制还是联机控制、各作业步的操作顺序资源要求描述：内存大小、外部设备种类、台数等2.1用户接口概述作业概念一般用于早期批处理系统和现在的大型机、巨型机系统中。微机和工作站系统，一般不用作业概念，而使用进程的概念。2.1用户接口概述2.1.2作业管理概述作业管理是指当一个用户的作业提交给系统后，操作系统对其实施的所有管理和控制工作。主要任务：建立作业提供必需的系统资源控制其开始运行运行结束后撤销该作业2.1用户接口概述任务分类：作业控制---系统通过何种方式使用户方便地描述和控制解题过程。操作系统为用户提供什么样的接口，用户如何利用这些接口使用计算机。此部分也称为操作系统的用户接口作业调度---作业的进入、调度算法的选择、为选中的作业分配系统资源及作业完成后的善后处理2.2命令接口命令接口提供一组命令供用户请求计算机系统服务。命令接口分为：联机命令接口：键盘命令脱机命令接口：作业控制语言2.2命令接口2.2.1脱机命令接口脱机命令接口是操作系统为脱机工作方式下的用户提供的一种接口。过程：用户事先将作业的指令、执行顺序以及出错的处理方式等以作业说明的方式或命令文件的方式交给系统，由系统按作业说明书或命令文件所规定的顺序控制作业的执行。缺点：作业的执行过程中，用户无法干涉，只有等待作业正常执行结束或出错停止之后查看结果或出错信息，以便修改作业内容或控制过程。2.2命令接口用户用作业控制语言（JCL）来编写表示用户控制意图的作业控制程序。利用JCL将用户对作业的控制要求写成作业说明书的形式。作业说明书：指用户使用JCL所编写的一个对作业进行控制的类似源程序，由一条条作业处理命令组成。2.2命令接口2.2.2联机命令接口联机命令接口是操作系统为联机工作方式下的用户提供的一种接口。用户能够随时监控整个作业的运行过程，并对系统发生的动作及时做出及时的响应。优点：用户根据作业运行的情况有针对性地决定下一步的工作；用户能跟踪整个作业运行的全过程。缺点：作业的执行速度降低（人的干预）；作业的周期变长了。2.2命令接口1.键盘命令方式---通过键盘逐条输入命令语句，经解释后执行，以控制作业运行的一种方法。（1）系统访问类命令（2）系统管理类命令（3）文件管理类命令（4）编辑、编译、链接及运行类命令（5）系统查询类命令（6）通信类命令（7）资源请求类命令2.2命令接口2.命令文件方式用键盘命令语言编写一个键盘命令语言程序---命令文件。可传递参数，可嵌套调用。2.3程序接口程序接口用户程序取得操作系统服务的唯一途径。2.3.1系统调用概述操作系统的内核中都设置了一组用于实现各种特定系统功能子程序（过程），并将他们提供给应用程序调用。系统调用：编程过程中，需要系统完成特定的功能时，可调用系统中特定的子程序完成。2.3程序接口系统程序是应用程序请求操作系统内核完成某种功能时的过程调用。是一种特殊的过程调用。区别（1）运行在不同的系统状态一般过程调用：调用程序和被调程序都运行在相同状态（核心态和用户态）。系统调用：调用程序（应用程序）运行在用户态，被调用程序运行在核心态。2.3程序接口（2）通过软中断进入陷阱（Trap）处理机构：系统中控制系统调用的机构。陷阱指令（防管指令）：系统调用引起中断的指令。系统调用都有相关的功能号，如1，2等。2.3程序接口当用户需要系统调用时：1.产生一个防管中断2.保存用户程序的中断现场3.使处理机由用户态转为核心态。4.调用操作系统中已经准备好的功能性程序。5.退出中断，恢复中断现场，继续执行系统调用后的一条指令。*系统调用允许嵌套调用。2.3程序接口调用方式1.显式调用用户在程序中直接使用系统调用指令。（汇编语言）2.隐式调用用户在编程时使用过程调用语句，当整个源程序经编译程序编译时，再将其转换成对应的系统调用命令。（高级语言）2.3程序接口2.3.2系统调用类型（1）系统维护类调用：设置或获取时间、系统数据等。（2）设备管理类调用：设备的请求、释放、启动、属性的获取及设置等。（3）文件管理类调用：文件的创建、读、写、打开、关闭、属性的获得和修改等。（4）进程控制类调用：进程的创建、执行、撤销、等待、优先级控制等。（5）进程通信类调用：进程之间传递信息和信号。（6）存储管理类调用：存储空间的申请和释放等。2.3程序接口2.3.3系统调用过程 系统调用的参数传递1.访管指令自带参数。2.直接使用通用寄存器传递。入口地址表：一个列表，存放的是各个程序的入口地址。每个入口地址对应一个子程序。2.3程序接口系统调用过程：1.系统设计人员为实现各种系统调用的子程序编制入口地址表。2.由Trap处理机构把访管指令中所包含的功能号与相应的子程序对应起来。3.由系统调用功能号驱动有关系统子程序执行。2.3程序接口执行过程：系统调用命令的形式：SVCn，n代表地址码，也代表系统调用命令的功能号。操作系统提供m种系统调用功能，即系统提供m个例行程序：SUB0，SUB1，…SUBm-1M个例行程序存放在内存内，是以A地址开始的连续内存空间。访管中断程序：保护中断现场；取访管指令中的n；取得例行子程序的首地址，从而找到第n个程序的入口地址；执行相应的功能。