计算机软件及应用第3章用户界面

3.1用户工作环境3.2操作系统的用户界面3.3系统功能调用3.4UNIX系统调用第三章用户界面3.1用户工作环境3.1.1用户环境形成用户环境的工作：设计合理的操作命令,它允许用户处理由操作系统支持的各种目标,如设备、文件、进程提供各种硬件资源，并要提供关于操作系统的使用说明将操作系统装入计算机，并对系统参数和控制结构进行初始化，以使计算机系统能够为用户工作3.1.2系统生成与系统启动系统生成系统生成是指在一台裸机上（或者安装新的操作系统）安装操作系统的过程。

系统生成是指为了满足物理设备的约束和需要的系统功能，通过组装一批模块来产生一个清晰的、使用方便的操作系统的过程系统生成包括：根据硬件部件确定系统构造的参数，编辑系统模块的参数，并且连接系统模块成为一个可执行的程序以文件的形式存储在磁盘的特定位置上。

一般情况下，系统生成的工作是由系统程序员来完成的，在系统生成的过程中涉及到机器的硬件配置和操作系统核心参数的设置。还涉及软件系统的版权的问题。在微机上的系统生成用户是可以完成的，比如安装WINDOWS98、LINUX、MINIX、UNIX。系统初启（系统引导）在系统生成后，用户每次使用机器时必须启动系统。系统引导的任务是把操作系统的必要部分装入主存并使系统运行，最终处于命令接收状态。分为三个阶段：初始引导：将系统核心装入内存指定的位置核心初始化：执行系统核心的初始子程序、初始化系统核心数据系统初始化：为用户使用系统做准备对于大、中、小型计算机来说，系统启动的工作是由系统程序员（或系统管理员来完成的），对于微机来说，是由用户自己完成。WINDOWS98初启：核心文件是IO.SYS和MSDOS.SYS，过程为：1、打开机器电源；2、ROM中“引导程序”运行，装入系统盘中的主引导块;3、主引导块程序执行，启动DOS7.0引导程序做系统初始化的工作；包括系统资源初始状态的设置、系统主要数据结构初始化、引导图形用户界面程序；4、图形用户界面运行，生成用户的图形用户界面，系统初启工作完成。UNIX系统初启：核心文件是/UNIX，执行过程是：1、将指定的UNIX操作系统执行代码程序装入内存；

a.ROM中引导程序将主引导块装入指定内存，启动主引导程序运行；

b.主引导程序在系统盘上找到UNIX文件，装入内存，并启动其初启程序；2、存储空间及其管理机构初始化；3、与设备有关的初始化；4、与文件系统有关的初始化；5、创建0＃和1＃进程；（0#进程是系统建立的第一个且永远处于核心态的唯一的进程，1#进程是初始进程）6、1＃进程创建各终端进程；7、终端进程运行shell;8、各用户终端上出现

login:表示系统初启完成，等待用户键入命令。3.1.3运行一个用户程序的过程使用计算机来计算来运行用户程序有三个步骤：

（1）用某种语言（例如FORTRAN语言）编制一个程序，它被称为源程序。（2）将源程序和初始数据记录在某种输入介质上。例如穿成一盘纸带，或在终端设备（包括键盘、显示器）上直接编辑源程序。（3）按照一定要求来控制计算机工作，并经过加工最后算出结果。作业和作业步作业：是要求计算机系统按指定步骤对应用程序进行处理并得到计算结果的加工工作。在多道程序运行环境下，一个作业是一个单位，是一个用户的计算任务区别于其他用户的计算任务的一个单位。动态观点：作业是对算题任务进行处理的一个动态过程静态观点：作业对应的程序和数据。作业步：对应用程序进行处理的步骤称为作业步。

典型的作业步对作业的处理的几个作业步在操作系统中，把编好源程序后上机调试的工作分成四个步骤，称为四个作业步：(1)编辑(修改)：建立一个新文件，或对已有的文件中的错误进行修改。

(2)编译：将源程序翻译成浮动的目标代码。(3)连接：将主程序和其他所需要的子程序和例行程序连接装配在一起，使之成为一个可执行的、完整的主存映像文件。(4)运行：将主存映像文件调入主存，并启动运行，最后得出计算结果。作业步之间的关系表现（1）每个作业步运行的结果产生下一个作业步所需要的文件。如图所示。（2）一个作业步能否正确地执行，依赖于前一个作业步是否成功地完成。3.2操作系统的用户界面3.2.1什么是用户界面

用户界面(或称接口)

是操作系统提供给用户与计算机打交道的外部机制。用户能够借助这种机制和系统提供的手段来控制用户所在的系统。3.2.2操作系统提供的用户界面操作系统提供的用户界面操作系统提供的用户接口操作系统为用户提供的接口体现在两个方面：一是操作系统为用户提供的各种操作命令，用户可利用这些操作命令来组织作业的工作流程和控制作业的运行；二是操作系统为用户提供的一组系统功能调用，用户可以在源程序一级使用这些系统调用，请求操作系统提供的服务（如，请求使用各种外部设备进行信息传输、向系统申请资源等）。操作界面的分类与发展作业控制语言键盘命令图形化用户界面

具有脱机操作方式的系统提供作业控制语言具有交互操作方式的系统提供键盘命令或图形化用户界面

⒈键盘命令分时操作系统诞生后，用户可以通过用户终端直接使用计算机，并且可与计算机“对话”，这就是所谓的交互式计算机。用户可通过键盘直接向计算机发布各种命令，计算机可接受、执行用户命令。按命令的功能分为：注册、通信、注销键盘命令按命令的功能分类,一般终端与主机通信的过程可以分为注册、通信、注销几步。

(1)注册

目的：验证用户使用系统的权限；为用户设置必要的环境。

方法：在终端接通之后，系统会显示“login：”，用户输入注册名，系统核对正确后显示“passwod：”，用户输入口令，系统检验正确后显示提示符，准备接受用户的命令。

(2)通信

通信类的命令可以控制程序的运行、申请系统资源、输入程序和数据等。包括——文件管理、目录管理、程序运行控制（编译、连接装配和运行）、输入数据、申请资源、操作方式转换。

(3)注销

当用户使用完了或暂时不使用系统时，应输入注销命令。如UNIX系统中把键盘命令分成：基本命令、高级命令。

DOS系统把键盘命令分为：文件管理（COPY、COMP、TYPE、DEL、REN）磁盘管理（FORMAT、CHKDSK、DISKCOPY、DISKCOMP）目录管理（DIR、CD、MD、RD、TREE）设备工作模式（CLS、MODE）日期、时间、系统设置（DATE、TIME、VER、VOL）运行用户程序(MASM、LINK、DEBUG)2图形化的用户界面图形化的用户界面(图形用户接口)即为GUI,GraphicUserInterface。在命令行方式下，用户与操作系统的交互要求用户已记忆命令格式。在图形用户接口方式下，用户可利用鼠标对屏幕上的图标进行操作，完成与操作系统的交互，从而减少记忆内容，方便用户使用。它的技术基础是高分辩显示器和鼠标。图形化用户界面菜单驱动方式是面向屏幕的交互方式，将键盘命令以屏幕方式来体现。图符驱动方式是一种面向屏幕的图形菜单选择方式。图形化用户界面是良好的用户交互界面，将菜单驱动方式、图符驱动方式、面向对象技术等集成在一起，形成一个图文并茂的视窗操作环境3作业控制语言

在批处理操作系统时代，用户使用机是采用脱机方式，即用户将自己的程序、数据和用作业控制语言编写的上机操作的步骤的程序一起提交给计算中心（或机房），隔一段时间去机房取结果。作业控制语言是一种语言，用来写程序操作步骤的程序。3作业控制语言作业说明书:用户用于描述批处理作业处理过程书写作业说明书的语言称为作业控制语言（JCL）在脱机工作方式下系统提供作业控制语言（JCL，JobControlLanguage），它既可以写成操作说明书的形式，也可穿孔成为作业控制卡的形式（前者较多地为批处理系统所采用）。操作系统根据作业申请表来分配作业所需的资源并注册该作业；通过作业说明书（或作业控制卡）对作业实施运行控制。一般在批处理系统中都提供JCL语言。作业说明书表达用户对作业的控制意图内容：作业的基本描述作业控制描述资源要求描述3.3系统功能调用系统功能调用概念

系统调用系统调用：用户所需要的功能，有些是比较复杂的，硬件不能直接提供，只能通过软件的程序来实现。而有些功能可由硬件完成，并设有相应的指令，如启动外设工作，就有用于输入/输出的硬指令。但配置了操作系统后，对系统资源的分配、控制不能由用户干预，而必须由操作系统统一管理。所以，对于这样一类功能，也需有相应的控制程序来实现。例如，在程序中要求显示某个子目录，这时就不能让正在运行的程序退出，然后发出“DIR”命令。这就要求在程序中能直接使用“DIR”命令，这种直接使用操作系统命令的功能称为系统调用。程序中：open打开文件

creat

创建文件

exit进程终止（程序序结束）

close关闭文件操作系统如何为用户程序提供服务？操作系统提供实现各种功能的例行子程序

如何调用操作系统服务功能——

采用统一的方式访管指令与访管中断访管指令访管指令(自愿进管指令)： 为了实现对这些事先编制好的、具有特定功能的例行子程序的调用，现代计算机系统一般提供自愿进管指令，其指令形式为：SVCN其中，SVC表示机器自愿进管指令的操作码记忆符

N为地址码。SVC是SupervisorCall（访问管理程序）的缩写，所以SVC指令又称访管指令。系统调用是通过访管指令请求操作系统服务的，

PDP－11系统计算机的UNIX系统

TRAPn

微机系统windows95/98,NTMS-DOSINTN

系统调用是通过访管指令实现的。在程序中，如果希望请求操作系统的服务（例如，打开一个文件，显示某个目录的内容等），就要执行一条访管指令（trap、int），系统处理这个中断，即为用户提供相应的服务（或者称响应用户的请求）。注意：在汇编程序中是显式地使用访管中断命令，trap、INT。在高级语言中（C语言）是隐式使用访管指令。

访管中断当处理机执行到这一条指令时就发生中断，该中断称为访管中断，它表示正在运行的程序对操作系统的某种需求。借助中断可使机器状态由目态转为管态。

什么是系统功能调用

操作系统提供实现各种功能的例行子程序，其中的每一个功能对应访管指令的一个功能号。

例如：

svc0显示一个字符

svc1打印一个字符串

......

系统功能调用是用户在程序一级请求操作系统服务的一种手段，它不是一条简单的硬指令，而是带有一定功能号的“访管指令”。它的功能并非由硬件直接提供，而是由操作系统中的一段程序完成的，即由软件方法实现的。系统调用功能分类1．设备管理：这类系统调用被用来请求和释放设备，以及启动设备操作等。2．文件管理：这类系统调用包括创建、删除文件，读、写文件操作以及移动文件指针等。3．进程控制：当多个用户程序在系统内执行时引出了一个新的概念，称为进程。4．进程通信：进程间传递消息或信号的系统调用。5．存储管理：内存块的申请、释放，获取作业占用内存块的首址、大小等。3.3.2系统功能调用的实现操作系统的基本服务是通过系统功能调用来实现的，系统功能调用提供运行程序和操作系统之间的界面。系统调用的实现取决于计算机的结构，它是由特定的硬件指令实现对操作系统某一服务例程的调用。

不同的操作系统，系统调用实现的具体方法有所不同，但其实质的特点是相同的：1、每个系统调用对应一个系统调用号；2、每个系统调用有一个对应的执行程序段；

3、每个系统调用要求一定数量的输入参数和返回值；

4、整个系统有一个系统调用执行程序入口地址表；系统调用的执行过程系统功能调用的过程

（1）设置系统调用号和参数，然后执行trap指令。调用号作为指令的一部分（如早期UNIX），或装入到特定寄存器里（如：DOSint21h，AH=调用号。）参数装入到特定寄存器里，或以寄存器指针指向参数表（内存区域）。

（2）入口的一般性处理。保护CPU现场，改变CPU执行状态（处理机状态字PSW切换，地址空间表切换）将参数取到核心空间

（3）查入口跳转表，跳转到相应功能的过程

（4）恢复CPU现场，将执行结果装入适当位置（类似于参数带入），执行中断返回指令3.4UNIX系统调用1、有关进程管理的系统调用

fork

创建一个进程

exec

执行一个可执行的文件

wait

等待子进程终止