計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)第9章

1、1 1第九章 操作系統(tǒng)接口第九章第九章 操作系統(tǒng)接口操作系統(tǒng)接口9.1 用戶接口9.2 Shell 命令語言9.3 聯(lián)機(jī)命令接口的實(shí)現(xiàn)9.4 系統(tǒng)調(diào)用的概念和類型9.5 UNIX系統(tǒng)調(diào)用9.6 系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)習(xí)題2 2第九章 操作系統(tǒng)接口9.1 用 戶 接 口9.1.1 字符顯示式聯(lián)機(jī)用戶接口不同的OS，其聯(lián)機(jī)用戶接口是不同的，即它們的命令形式和用法各不相同，甚至在同一系統(tǒng)中，命令的不同形式構(gòu)成了不同的用戶界面，一般可分為字符顯示式聯(lián)機(jī)用戶接口和圖形化聯(lián)機(jī)用戶接口兩類。3 3第九章 操作系統(tǒng)接口1. 命令行方式該方式是以行為單位，輸入和顯示不同的命令。每行長(zhǎng)度一般不超過256個(gè)字符，一般情況下

2、，以回車符作為一個(gè)命令的結(jié)束標(biāo)記。通常，命令的執(zhí)行采用的是間斷式的串行執(zhí)行方式，即后一個(gè)命令的輸入一般需等到前一個(gè)命令執(zhí)行結(jié)束，如用戶鍵入的一條命令處理完成后系統(tǒng)發(fā)出新的命令輸入提示符，用戶才可以繼續(xù)輸入下一條命令。4 4第九章 操作系統(tǒng)接口2. 批命令方式在操作命令的實(shí)際使用過程中，經(jīng)常遇到需要對(duì)多條命令的連續(xù)使用、或?qū)θ舾蓷l命令的重復(fù)使用、或?qū)Σ煌钸M(jìn)行選擇性使用的情況，如果用戶每次都采用命令行方式將命令一條條由鍵盤輸入，既浪費(fèi)時(shí)間，又容易出錯(cuò)。因此，操作系統(tǒng)都支持一種稱為批命令的特別命令方式，允許用戶預(yù)先把一系列命令組織在一種稱為批命令文件的文件中，一次建立，多次執(zhí)行。使用這種方式可減

3、少用戶輸入命令的次數(shù)，既節(jié)省了時(shí)間，減少了出錯(cuò)概率，又方便了用戶。 5 5第九章 操作系統(tǒng)接口9.1.2 圖形化聯(lián)機(jī)用戶接口 1. 圖形用戶接口GUI(Graphics User Interface)的引入雖然用戶可以通過命令行方式和批命令方式，取得操作系統(tǒng)的服務(wù)，并控制自己的作業(yè)運(yùn)行，但卻要牢記各種命令的動(dòng)詞和參數(shù)，必須嚴(yán)格按規(guī)定的格式輸入命令，而且不同操作系統(tǒng)所提供的命令語言的詞法、語法、語義及表達(dá)形式是不一樣的，這樣既不方便又花費(fèi)時(shí)間。于是，圖形化用戶接口GUI(Graphics User Interface)便應(yīng)運(yùn)而生。6 6第九章 操作系統(tǒng)接口2. 使用WIMP技術(shù)GUI采用了圖形化

4、的操作界面，使用WIMP 技術(shù)，該技術(shù)將窗口(Window)、圖標(biāo)(Icon)、菜單(Menu)、鼠標(biāo)(Pointing device)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)等集成在一起，引入形象的各種圖標(biāo)，將系統(tǒng)的各項(xiàng)功能、各種應(yīng)用程序和文件直觀、逼真地表示出來，形成一個(gè)圖文并茂的視窗操作環(huán)境。 7 7第九章 操作系統(tǒng)接口3. Windows的GUI簡(jiǎn)介以Microsoft公司的Windows 操作系統(tǒng)為例，在系統(tǒng)初始化后，OS為終端用戶生成了一個(gè)運(yùn)行explorer.exe的進(jìn)程，它運(yùn)行一個(gè)具有窗口界面的命令解釋程序，該窗口是一個(gè)特殊的窗口，即桌面。 8 8第九章 操作系統(tǒng)接口9.1.3 聯(lián)機(jī)命令的類型 1. 系

5、統(tǒng)訪問類在多用戶系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)的安全性，都毫無例外地設(shè)置注冊(cè)命令Login。凡要在多用戶系統(tǒng)的終端上上機(jī)的用戶，都必須先在系統(tǒng)管理員處獲得一合法的注冊(cè)名和口令。以后，每當(dāng)用戶在接通其所用終端的電源后，便由系統(tǒng)直接調(diào)用，并在屏幕上顯示出以下的注冊(cè)命令：Login:/提示用戶鍵入自己的注冊(cè)名當(dāng)用戶鍵入正確的注冊(cè)名并按下回車鍵后，屏幕上又會(huì)出現(xiàn)：Password:/提示用戶鍵入自己的口令9 9第九章 操作系統(tǒng)接口2. 文件操作命令(1) 顯示文件命令type，用于將指定文件內(nèi)容顯示在屏幕上。(2) 拷貝文件命令copy，用于實(shí)現(xiàn)文件的拷貝。(3) 文件比較命令comp，該命令用于對(duì)兩個(gè)指定文件

6、進(jìn)行比較，兩文件可以在同一個(gè)或不同的驅(qū)動(dòng)器上。(4) 重新命名命令Rename，該命令用于將以第一參數(shù)命名的文件改成用第二參數(shù)給定的名字。(5) 刪除文件命令erase，該命令用于刪除一個(gè)或一組文件，例如，當(dāng)參數(shù)路徑名為*.BAK時(shí)，表示刪除指定目錄下的所有其擴(kuò)展名為.Bak的文件。10 10第九章 操作系統(tǒng)接口3. 目錄操作命令(1) 建立子目錄命令mkdir，用于建立指定名字的新目錄。(2) 顯示目錄命令dir，顯示指定磁盤中的目錄項(xiàng)。(3) 刪除子目錄命令rmdir，用于刪除指定的子目錄文件，但不能刪除普通文件，而且一次只能刪除一個(gè)空目錄(其中僅含“.”和“.”兩個(gè)文件)，不能刪除根及當(dāng)

7、前目錄。(4) 顯示目錄結(jié)構(gòu)命令tree，顯示指定盤上的所有目錄路徑及其層次關(guān)系。(5) 改變當(dāng)前目錄命令chdir，將當(dāng)前目錄改變?yōu)橛陕窂矫麉?shù)給定的目錄。用“.”作參數(shù)時(shí)，表示應(yīng)返回到上一級(jí)目錄下。11 11第九章 操作系統(tǒng)接口4. 其它命令(1) 輸入輸出重定向命令。(2) 管道連接。 (3) 過濾命令。(4) 批命令。 12 12第九章 操作系統(tǒng)接口9.2 Shell 命令語言 9.2.1 簡(jiǎn)單命令簡(jiǎn)介 在Shell命令語言中提供了許多不同形式的命令，并允許在一條命令行中有多個(gè)命令。如果在一條命令行中僅有一個(gè)命令，就把它稱為簡(jiǎn)單命令。實(shí)際上，一條簡(jiǎn)單命令便是一個(gè)能完成某種功能的目標(biāo)程序

8、的名字。13 13第九章 操作系統(tǒng)接口1. 簡(jiǎn)單命令的格式簡(jiǎn)單命令的格式比較自由，包括命令名字符的個(gè)數(shù)及用于分隔命令名、選項(xiàng)、各參數(shù)間的空格數(shù)等，都是任意的。在UNIX和Linux系統(tǒng)中都規(guī)定，命令由小寫字母構(gòu)成，命令可帶有參數(shù)表，用于給出執(zhí)行命令時(shí)的附加信息，每個(gè)參數(shù)是一個(gè)單詞。命令名與參數(shù)表之間還可使用一種稱為選項(xiàng)的自變量，用減號(hào)開始，后跟一個(gè)或多個(gè)字母、數(shù)字。一條命令可有多個(gè)選項(xiàng)，用于改變命令執(zhí)行動(dòng)作的類型。 14 14第九章 操作系統(tǒng)接口2. 簡(jiǎn)單命令的分類在Linux或UNIX系統(tǒng)中，一般把簡(jiǎn)單命令分為兩類：(1) 系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)命令，包括調(diào)用各種語言處理程序、實(shí)用程序等，其數(shù)量隨系

9、統(tǒng)版本的不同而有所差異，系統(tǒng)管理員可以增添新的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)命令。(2) 用戶自定義的命令。系統(tǒng)管理員和用戶自行定義的命令的執(zhí)行方式與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)命令的執(zhí)行方式相同。15 15第九章 操作系統(tǒng)接口對(duì)于簡(jiǎn)單命令，還可根據(jù)命令是否包含在Shell內(nèi)部，即是否常駐內(nèi)存，而分為內(nèi)部命令和外部命令兩類：(1) 內(nèi)部命令。Shell中少數(shù)標(biāo)準(zhǔn)命令，如改變工作目錄命令cd等，是包含在Shell內(nèi)部的，作為內(nèi)部命令常駐內(nèi)存。(2) 外部命令。Shell中大多數(shù)的命令如拷貝命令cp和移動(dòng)命令rm等，均保存于外存(盤)上，即每個(gè)命令是存在于文件系統(tǒng)中某個(gè)目錄下的單獨(dú)程序。這樣做的好處在于，可以很大程度地節(jié)省內(nèi)存空間。16

10、16第九章 操作系統(tǒng)接口3. Shell的種類 現(xiàn)在流行的Shell有多種類型，下面簡(jiǎn)單介紹幾種流行的Shell：(1) Bourne Shell。(2) C Shell。C Shell是一種比B Shell更適于編程的Shell，是標(biāo)準(zhǔn)BSD(Berkeley System Distribution)命令解釋。(3) Korn Shell。Korn Shell集合了C Shell和B Shell的優(yōu)點(diǎn)，并且和B Shell完全兼容，它的名字是K Sh。 17 17第九章 操作系統(tǒng)接口9.2.2 簡(jiǎn)單命令的類型 根據(jù)簡(jiǎn)單命令功能的不同，可將它們分成如下五大類： 1. 進(jìn)入與退出系統(tǒng)(1) 進(jìn)入

11、系統(tǒng)，也稱為注冊(cè)。(2) 退出系統(tǒng)。18 18第九章 操作系統(tǒng)接口2. 文件操作命令(1) 顯示文件內(nèi)容命令cat。(2) 復(fù)制文件副本的命令cp。(3) 對(duì)已有文件改名的命令mv。(4) 撤消文件的命令rm。(5) 確定文件類型的命令file。19 19第九章 操作系統(tǒng)接口3. 目錄操作命令(1) 建立目錄的命令mkdir(簡(jiǎn)稱md)。(2) 撤消目錄的命令rmdir(簡(jiǎn)稱rd)。(3) 改變工作目錄的命令cd。 2020第九章 操作系統(tǒng)接口4. 系統(tǒng)詢問命令(1) 訪問當(dāng)前日期和時(shí)間命令date。(2) 詢問系統(tǒng)當(dāng)前用戶的命令who。(3) 顯示當(dāng)前目錄路徑名的命令pwd。 21 21第九

12、章 操作系統(tǒng)接口9.2.3 重定向與管道命令1. 重定向命令在Linux系統(tǒng)中，由系統(tǒng)定義了三個(gè)文件。其中，有兩個(gè)分別稱為標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出的文件，各對(duì)應(yīng)于終端鍵盤輸入和終端屏幕輸出。它們是在用戶注冊(cè)時(shí)，由Login程序打開的。這樣，在用戶程序執(zhí)行時(shí)，隱含的標(biāo)準(zhǔn)輸入是鍵盤輸入，標(biāo)準(zhǔn)輸出即屏幕(輸出)顯示。但用戶程序中可能不要求從鍵盤輸入，而是從某個(gè)指定文件上讀取信息供程序使用；同樣，用戶可能希望把程序執(zhí)行時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù)寫到某個(gè)指定文件中而非屏幕上。 2222第九章 操作系統(tǒng)接口2. 管道命令人們又進(jìn)一步把重定向思想加以擴(kuò)充，用符號(hào)“|”來連接兩條命令，使其前一條命令的輸出作為后一條命令的輸

13、入。 2323第九章 操作系統(tǒng)接口9.2.4 通信命令 1. 信箱通信命令mail信箱通信是作為在UNIX的各用戶之間進(jìn)行非交互式通信的工具。發(fā)信者把要發(fā)送的消息寫成信件，“郵寄”到對(duì)方的信箱中。 2424第九章 操作系統(tǒng)接口2. 對(duì)話通信命令write用這條命令可以使用戶與當(dāng)前在系統(tǒng)中的其他用戶直接進(jìn)行聯(lián)機(jī)通信。 2525第九章 操作系統(tǒng)接口3. 允許或拒絕接收消息的mesg命令其格式為： mesg-n-y2626第九章 操作系統(tǒng)接口9.2.5 后臺(tái)命令 有些命令需要執(zhí)行很長(zhǎng)的時(shí)間，這樣，當(dāng)用戶鍵入該命令后，便會(huì)發(fā)現(xiàn)自己已無事可做，要一直等到該命令執(zhí)行完畢，方可再鍵入下一條命令。這時(shí)用戶自然

14、會(huì)想到應(yīng)該利用這段時(shí)間去做些別的事。UNIX系統(tǒng)提供了這種機(jī)制，用戶可以在這種命令后面再加上“&”號(hào)，以告訴Shell將該命令放在后臺(tái)執(zhí)行，以便用戶能在前臺(tái)繼續(xù)鍵入其它命令，完成其它工作。2727第九章 操作系統(tǒng)接口9.3 聯(lián)機(jī)命令接口的實(shí)現(xiàn)9.3.1 鍵盤終端處理程序 在微機(jī)或終端上所配置的鍵盤終端處理程序應(yīng)具有下述幾方面的功能： 接收用戶從終端上打入的字符； 字符緩沖，用于暫存所接收的字符； 回送顯示； 屏幕編輯； 特殊字符處理。2828第九章 操作系統(tǒng)接口1. 字符接收功能為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，鍵盤終端處理程序必須能夠接收從終端輸入的字符，并將之傳送給用戶程序。有兩種方式可實(shí)現(xiàn)字符接

15、收功能：(1) 面向字符方式。(2) 面向行方式。 2929第九章 操作系統(tǒng)接口2. 字符緩沖功能為了能暫存從終端鍵入的字符，以降低中斷處理器的頻率，在終端處理程序中，還必須具有字符緩沖功能。字符緩沖可采用以下兩種方式之一：(1) 專用緩沖方式。(2) 公用緩沖方式。 3030第九章 操作系統(tǒng)接口圖9-1 兩種緩沖方式31 31第九章 操作系統(tǒng)接口3. 回送顯示回送顯示(回顯)是指每當(dāng)用戶從鍵盤輸入一個(gè)字符后，終端處理程序便將該字符送往屏幕顯示。有些終端的回顯由硬件實(shí)現(xiàn)，其速度較快，但往往會(huì)引起麻煩。如當(dāng)用戶鍵入口令時(shí)，為防止口令被盜用，顯然不該有回顯。此外，用硬件實(shí)現(xiàn)回顯也缺乏靈活性，因而近

16、年來多改用軟件來實(shí)現(xiàn)回顯，這樣可以做到在用戶需要時(shí)才回顯。 3232第九章 操作系統(tǒng)接口4. 屏幕編輯用戶經(jīng)常希望能對(duì)從鍵盤打入的數(shù)據(jù)(字符)進(jìn)行修改，如刪除(插入)一個(gè)或多個(gè)字符。為此，在終端處理程序中，還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)屏幕編輯功能，包括能提供若干個(gè)編輯鍵。常用的編輯鍵有：(1) 刪除字符鍵。(2) 刪除一行鍵。(3) 插入鍵。(4) 移動(dòng)光標(biāo)鍵。(5) 屏幕上卷或下移鍵等。3333第九章 操作系統(tǒng)接口5. 特殊字符處理終端處理程序必須能對(duì)若干特殊字符進(jìn)行及時(shí)處理，這些字符是：(1) 中斷字符。(2) 停止上卷字符。(3) 恢復(fù)上卷字符。 3434第九章 操作系統(tǒng)接口9.3.2 MS-DOS解釋程

17、序 1. 命令解釋程序的作用在聯(lián)機(jī)操作方式下，終端處理程序把用戶鍵入的信息送鍵盤緩沖區(qū)中保存。一旦用戶鍵入回車符，便立即把控制權(quán)交給命令解釋程序。顯然，對(duì)于不同的命令，應(yīng)有能完成特定功能的命令處理程序與之對(duì)應(yīng)?？梢姡罱忉尦绦虻闹饕饔檬窃谄聊簧辖o出提示符，請(qǐng)用戶鍵入命令，然后讀入該命令，識(shí)別命令，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)命令處理程序的入口地址，把控制權(quán)交給該處理程序去執(zhí)行，并將處理結(jié)果送屏幕上顯示。若用戶鍵入的命令有錯(cuò)，而命令解釋程序未能予以識(shí)別，或在執(zhí)行中間出現(xiàn)問題時(shí)，則應(yīng)顯示出某一出錯(cuò)信息。3535第九章 操作系統(tǒng)接口2. 命令解釋程序的組成MS-DOS是1981年由Microsoft公司開發(fā)的、

18、配置在微機(jī)上的OS。隨著微機(jī)的發(fā)展，MS-DOS的版本也在不斷升級(jí)，由開始時(shí)的1.0版本升級(jí)到1994年的6.X版本。在此期間，它已是事實(shí)上的16位微機(jī)OS的標(biāo)準(zhǔn)。我們以MS-DOS操作系統(tǒng)中的COMMAND.COM處理程序?yàn)槔齺碚f明命令解釋程序的組成。它包括以下三部分：(1) 常駐部分。(2) 初始化部分。(3) 暫存部分。 3636第九章 操作系統(tǒng)接口3. 命令解釋程序的工作流程系統(tǒng)在接通電源或復(fù)位后，初始化部分獲得控制權(quán)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)完成初始化工作，并自動(dòng)執(zhí)行AUTOEXEC.BAT文件，之后便把控制權(quán)交給暫存部分。暫存部分首先讀入鍵盤緩沖區(qū)中的命令，判別其文件名、擴(kuò)展名及驅(qū)動(dòng)器名是否正確

19、。若發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)，在給出出錯(cuò)信息后返回；若無錯(cuò)，再識(shí)別該命令。 3737第九章 操作系統(tǒng)接口圖9-2 COMMAND.COM的工作流程3838第九章 操作系統(tǒng)接口9.3.3 Shell解釋程序1. Shell命令的特點(diǎn)前面我們介紹了MS-DOS的命令解釋程序，它非常簡(jiǎn)單。而Shell命令解釋程序就復(fù)雜得多，這主要是因?yàn)镾hell命令的類型多而復(fù)雜所致。主要表現(xiàn)如下：(1) 一條命令行中含有多個(gè)命令。(2) 具有不同的分隔符。3939第九章 操作系統(tǒng)接口2. 二叉樹結(jié)構(gòu)的命令行樹1) 命令表型結(jié)點(diǎn)Shell命令解釋程序按命令行語句的結(jié)構(gòu)順序進(jìn)行檢查，每當(dāng)遇到“；”及“&”分隔符時(shí)便為之建立一

20、個(gè)命令表型結(jié)點(diǎn)，將分隔符左面部分構(gòu)成該結(jié)點(diǎn)的左子樹，右面部分構(gòu)成右子樹。例如下面的命令行所構(gòu)成的命令樹如圖9-3所示：Command 1；Command 2；& Command 34040第九章 操作系統(tǒng)接口圖9-3 命令表型結(jié)點(diǎn)及其左、右子樹41 41第九章 操作系統(tǒng)接口2) 管道文件型結(jié)點(diǎn)當(dāng)Shell命令解釋程序遇到管道算符“”時(shí)，先為之建立一個(gè)管道文件型結(jié)點(diǎn)，再將分隔符左面部分構(gòu)成該結(jié)點(diǎn)的左子樹，右面部分構(gòu)成右子樹。例如對(duì)下面的命令行所構(gòu)成的命令樹如圖9-4所示：Command 1 Command 2 Command 34242第九章 操作系統(tǒng)接口圖9-4 管道文件型結(jié)點(diǎn)及其左、

21、右子樹4343第九章 操作系統(tǒng)接口3) 簡(jiǎn)單命令型結(jié)點(diǎn)對(duì)于簡(jiǎn)單命令，在命令行中僅有一條命令，它是屬于可以立即執(zhí)行的命令，系統(tǒng)無需為它建立二叉樹結(jié)構(gòu)的命令行樹。當(dāng)命令解釋程序讀入鍵盤緩沖區(qū)中的命令后，若判定它是簡(jiǎn)單命令，再進(jìn)一步確定是否是內(nèi)部命令。 4444第九章 操作系統(tǒng)接口3. Linux命令解釋程序的工作流程 在Linux系統(tǒng)中，系統(tǒng)初啟后，內(nèi)核為每個(gè)終端用戶建立一個(gè)進(jìn)程，去執(zhí)行Shell解釋程序。 4545第九章 操作系統(tǒng)接口圖9-5 Shell基本執(zhí)行過程及父子進(jìn)程之間的關(guān)系4646第九章 操作系統(tǒng)接口9.4 系統(tǒng)調(diào)用的概念和類型9.4.1 系統(tǒng)調(diào)用的基本概念 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常運(yùn)行

22、著兩類程序：系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序。為了防止應(yīng)用程序?qū)S的破壞，應(yīng)用程序和OS的內(nèi)核是運(yùn)行在不同的狀態(tài)，即OS的內(nèi)核是運(yùn)行在系統(tǒng)態(tài)，而應(yīng)用程序是運(yùn)行在用戶態(tài)。4747第九章 操作系統(tǒng)接口1. 系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)如在2.3.1小節(jié)中所述，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置了兩種狀態(tài)：系統(tǒng)態(tài)(或稱為核心態(tài))和用戶態(tài)。在實(shí)際運(yùn)行過程中，處理機(jī)會(huì)在系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)間切換。相應(yīng)地，現(xiàn)代多數(shù)OS將CPU的指令集分為特權(quán)指令和非特權(quán)指令兩類。(1) 特權(quán)指令。(2) 非特權(quán)指令。 4848第九章 操作系統(tǒng)接口2. 系統(tǒng)調(diào)用在OS中提供系統(tǒng)調(diào)用的目的，是使應(yīng)用程序可以通過它間接調(diào)用OS中的相關(guān)過程，取得相應(yīng)的服務(wù)。系統(tǒng)調(diào)用在本質(zhì)上是

23、應(yīng)用程序請(qǐng)求OS內(nèi)核完成某功能時(shí)的一種過程調(diào)用，但它是一種特殊的過程調(diào)用，它與一般的過程調(diào)用有下述幾方面的明顯差別：(1) 運(yùn)行在不同的系統(tǒng)狀態(tài)。(2) 狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。(3) 返回問題。(4) 嵌套調(diào)用。 4949第九章 操作系統(tǒng)接口圖9-6 系統(tǒng)功能的調(diào)用5050第九章 操作系統(tǒng)接口3. 中斷機(jī)制系統(tǒng)調(diào)用是通過中斷機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，并且一個(gè)操作系統(tǒng)的所有系統(tǒng)調(diào)用，都通過同一個(gè)中斷入口來實(shí)現(xiàn)。如MS-DOS提供了INT 21H，應(yīng)用程序通過該中斷獲取操作系統(tǒng)的服務(wù)。51 51第九章 操作系統(tǒng)接口9.4.2 系統(tǒng)調(diào)用的類型 1. 進(jìn)程控制類系統(tǒng)調(diào)用主要用于對(duì)進(jìn)程控制的系統(tǒng)調(diào)用有：(1) 創(chuàng)建和終止進(jìn)程的

24、系統(tǒng)調(diào)用。(2) 獲得和設(shè)置進(jìn)程屬性的系統(tǒng)調(diào)用。(3) 等待某事件出現(xiàn)的系統(tǒng)調(diào)用。 5252第九章 操作系統(tǒng)接口2. 文件操縱類系統(tǒng)調(diào)用對(duì)文件進(jìn)行操縱的主要系統(tǒng)調(diào)用如下：(1) 創(chuàng)建和刪除文件。(2) 打開和關(guān)閉文件的系統(tǒng)調(diào)用。(3) 讀和寫文件的系統(tǒng)調(diào)用。 5353第九章 操作系統(tǒng)接口3. 進(jìn)程通信類系統(tǒng)調(diào)用在單處理機(jī)系統(tǒng)中，OS經(jīng)常采用消息傳遞方式和共享存儲(chǔ)區(qū)方式。當(dāng)采用消息傳遞方式時(shí)，在通信前需先打開一個(gè)連接。為此，應(yīng)由源進(jìn)程發(fā)出一條打開連接的系統(tǒng)調(diào)用，而目標(biāo)進(jìn)程則應(yīng)利用接受連接的系統(tǒng)調(diào)用表示同意進(jìn)行通信；然后，在源和目標(biāo)進(jìn)程之間便可開始通信?？梢岳冒l(fā)送消息的系統(tǒng)調(diào)用或者用接收消息的系

25、統(tǒng)調(diào)用來交換信息。通信結(jié)束后，還須再利用關(guān)閉連接的系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束通信。5454第九章 操作系統(tǒng)接口9.4.3 POSIX標(biāo)準(zhǔn)目前許多操作系統(tǒng)都提供了上面所介紹的各種類型的系統(tǒng)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)的功能也相類似，但在實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)和形式方面卻相差很大，這種差異給實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)平臺(tái)的無關(guān)性帶來了很大的困難。為解決這一問題，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO給出的有關(guān)系統(tǒng)調(diào)用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)POSIX1003.1(Portable Operating System IX)，也稱為“基于UNIX的可移植操作系統(tǒng)接口”。5555第九章 操作系統(tǒng)接口圖9-7 UNIX/Linux系統(tǒng)程序、庫函數(shù)、系統(tǒng)調(diào)用的分層關(guān)系5656第九章 操

26、作系統(tǒng)接口9.5 UNIX系統(tǒng)調(diào)用9.5.1 進(jìn)程控制該類系統(tǒng)調(diào)用包括創(chuàng)建進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用fork、終止進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用exit、等待子進(jìn)程結(jié)束的系統(tǒng)調(diào)用wait等十多條。5757第九章 操作系統(tǒng)接口1. 進(jìn)程的創(chuàng)建和終止(1) 創(chuàng)建進(jìn)程(fork)。(2) 終止進(jìn)程(exit)。 5858第九章 操作系統(tǒng)接口2. 改變進(jìn)程映像和等待(1) 執(zhí)行一個(gè)文件(exec)。(2) 等待子進(jìn)程結(jié)束(wait)。 5959第九章 操作系統(tǒng)接口3. 其它進(jìn)程調(diào)用(1) 獲得進(jìn)程ID。(2) 獲得用戶ID。(3) 進(jìn)程暫停(pause)。 6060第九章 操作系統(tǒng)接口9.5.2 文件操縱用于對(duì)文件進(jìn)行操縱的系統(tǒng)

27、調(diào)用是數(shù)量最多的一類系統(tǒng)調(diào)用，其中包括創(chuàng)建文件、 打開文件、關(guān)閉文件、讀文件及寫文件等二十多條。61 61第九章 操作系統(tǒng)接口1. 文件的創(chuàng)建和刪除(1) 創(chuàng)建文件(creat)。 (2) 刪除文件。 6262第九章 操作系統(tǒng)接口2. 文件的打開和關(guān)閉(1) 打開文件(open)。(2) 關(guān)閉文件(close)。 6363第九章 操作系統(tǒng)接口3. 文件的讀和寫讀和寫文件的系統(tǒng)調(diào)用是read和write。僅當(dāng)用戶利用open打開指定文件后，方可調(diào)用read或write對(duì)文件執(zhí)行讀或?qū)懖僮?。兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都要求用戶提供三個(gè)輸入?yún)?shù)： 文件描述符fd。 buf緩沖區(qū)首址。對(duì)讀而言，這是用戶所要求的信息

28、傳送的目標(biāo)地址；對(duì)寫而言，則是信息傳送的源地址。 用戶要求傳送的字節(jié)數(shù)nbyte。6464第九章 操作系統(tǒng)接口4. 建立與文件的連接和去連接(1) 連接(link)。 (2) 去連接(unlink)。 6565第九章 操作系統(tǒng)接口9.5.3 進(jìn)程通信和信息保護(hù) 1. 進(jìn)程通信(1) 消息機(jī)制。(2) 共享存儲(chǔ)器機(jī)制。(3) 信號(hào)量機(jī)制。 6666第九章 操作系統(tǒng)接口2. 信息維護(hù)在UNIX系統(tǒng)中，設(shè)置了許多條用于系統(tǒng)維護(hù)的系統(tǒng)調(diào)用，下面介紹常用的幾條。(1) 設(shè)置和獲得時(shí)間。(2) 獲得進(jìn)程和子進(jìn)程時(shí)間(times)。(3) 設(shè)置文件訪問和修改時(shí)間(utime)。(4) 獲得當(dāng)前UNIX系統(tǒng)的

29、名稱(uname)。 6767第九章 操作系統(tǒng)接口9.6 系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)與一般過程調(diào)用的實(shí)現(xiàn)相比，兩者間有很大差異。對(duì)于系統(tǒng)調(diào)用，控制是由原來的用戶態(tài)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)態(tài)，這是借助于陷入機(jī)制來完成的，在該機(jī)制中包括陷入硬件機(jī)構(gòu)及陷入處理程序兩部分。 6868第九章 操作系統(tǒng)接口9.6.1 系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)方法1. 系統(tǒng)調(diào)用號(hào)和參數(shù)的設(shè)置 往往在一個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置了許多條系統(tǒng)調(diào)用，并賦予每條系統(tǒng)調(diào)用一個(gè)唯一的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)。在系統(tǒng)調(diào)用命令(陷入指令)中把相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)傳遞給中斷和陷入機(jī)制的方法有很多，在有的系統(tǒng)中，直接把系統(tǒng)調(diào)用號(hào)放在系統(tǒng)調(diào)用命令(陷入指令)中，如 IBM 370和早期的UNIX系

30、統(tǒng)，是把系統(tǒng)調(diào)用命令的低8位用于存放系統(tǒng)調(diào)用號(hào)；在另一些系統(tǒng)中，則將系統(tǒng)調(diào)用號(hào)裝入某指定寄存器或內(nèi)存單元中，如MS-DOS是將系統(tǒng)調(diào)用號(hào)放在AH寄存器中，Linux則是利用EAX寄存器來存放應(yīng)用程序傳遞的系統(tǒng)調(diào)用號(hào)。6969第九章 操作系統(tǒng)接口每一條系統(tǒng)調(diào)用都含有若干個(gè)參數(shù)，在執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，如何設(shè)置系統(tǒng)調(diào)用所需的參數(shù)，即如何將這些參數(shù)傳遞給陷入處理機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)內(nèi)部的子程序(過程)，常用的實(shí)現(xiàn)方式有以下幾種：(1) 陷入指令自帶方式。(2) 直接將參數(shù)送入相應(yīng)的寄存器中。 (3) 參數(shù)表方式。 7070第九章 操作系統(tǒng)接口圖9-8 系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)形式71 71第九章 操作系統(tǒng)接口2. 系統(tǒng)調(diào)用的

31、處理步驟 在設(shè)置了系統(tǒng)調(diào)用號(hào)和參數(shù)后，便可執(zhí)行一條系統(tǒng)調(diào)用命令。不同的系統(tǒng)可采用不同的執(zhí)行方式。在UNIX系統(tǒng)中，是執(zhí)行CHMK命令；而在MS-DOS中則是執(zhí)行INT 21軟中斷。 7272第九章 操作系統(tǒng)接口3. 系統(tǒng)調(diào)用處理子程序的處理過程 系統(tǒng)調(diào)用的功能主要是由系統(tǒng)調(diào)用子程序來完成的。對(duì)于不同的系統(tǒng)調(diào)用，其處理程序?qū)?zhí)行不同的功能。 7373第九章 操作系統(tǒng)接口9.6.2 UNIX系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn) 1. CPU環(huán)境保護(hù)當(dāng)用戶程序處在用戶態(tài)，且在執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用命令(即CHMK命令)之前，應(yīng)在用戶空間提供系統(tǒng)調(diào)用所需的參數(shù)表，并將該參數(shù)表的地址送入R0寄存器。在執(zhí)行CHMK命令后，處理機(jī)將由用戶

32、態(tài)轉(zhuǎn)為核心態(tài)，并由硬件自動(dòng)地將處理機(jī)狀態(tài)長(zhǎng)字(PSL)、程序計(jì)數(shù)器(PC)和代碼操作數(shù)(code)壓入用戶核心棧，繼而從中斷和陷入向量表中取出trap.S的入口地址，然后便轉(zhuǎn)入中斷和陷入總控程序trap.S中執(zhí)行。7474第九章 操作系統(tǒng)接口2. AP和FP指針為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用的嵌套使用，在系統(tǒng)中還設(shè)置了兩個(gè)指針，其一是系統(tǒng)調(diào)用參數(shù)表指針AP，用于指示正在執(zhí)行的系統(tǒng)調(diào)用所需參數(shù)表的地址，通常是把該地址放在某個(gè)寄存器中，例如放在R12中；再者，還須設(shè)置一個(gè)調(diào)用棧幀指針。所謂調(diào)用棧幀(或簡(jiǎn)稱棧幀)，是指每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用需要保存而被壓入用戶核心棧的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)；而棧幀指針FP則是用于指示本次系統(tǒng)調(diào)用所保存

33、的數(shù)據(jù)項(xiàng)。每當(dāng)出現(xiàn)新的系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，還須將AP和FP303壓入棧中，圖9-9示出了在trap.S總控程序執(zhí)行后用戶核心棧的情況。7575第九章 操作系統(tǒng)接口圖9-9 用戶核心棧7676第九章 操作系統(tǒng)接口3. 確定系統(tǒng)調(diào)用號(hào)由上所述得知，在中斷和陷入發(fā)生后，應(yīng)先經(jīng)硬件陷入機(jī)構(gòu)予以處理，再進(jìn)入中斷和陷入總控程序trap.S，在保護(hù)好CPU現(xiàn)場(chǎng)后再調(diào)用trap.C繼續(xù)處理。 7777第九章 操作系統(tǒng)接口4. 參數(shù)傳送參數(shù)傳送是指由trap.C程序?qū)⑾到y(tǒng)調(diào)用參數(shù)表中的內(nèi)容從用戶區(qū)傳送到User結(jié)構(gòu)的U.U-arg中，供系統(tǒng)調(diào)用處理程序使用。 7878第九章 操作系統(tǒng)接口5. 利用系統(tǒng)調(diào)用定義表轉(zhuǎn)入相應(yīng)

34、的處理程序在UNIX系統(tǒng)中，對(duì)于不同(編號(hào))的系統(tǒng)調(diào)用，都設(shè)置了與之相應(yīng)的處理子程序。為使不同的系統(tǒng)調(diào)用能方便地轉(zhuǎn)入其相應(yīng)的處理子程序，也將各處理子程序的入口地址放入了系統(tǒng)調(diào)用定義表即Sysent中。7979第九章 操作系統(tǒng)接口6. 系統(tǒng)調(diào)用返回前的公共處理在UNIX系統(tǒng)中，進(jìn)程調(diào)度的主要依據(jù)是進(jìn)程的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)。隨著進(jìn)程執(zhí)行時(shí)間的加長(zhǎng)，其優(yōu)先級(jí)將逐步降低。每當(dāng)執(zhí)行了系統(tǒng)調(diào)用命令并由系統(tǒng)調(diào)用處理子程序返回到trap.C后，都將重新計(jì)算該進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)；另外，在系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行過程中，若發(fā)生了錯(cuò)誤使進(jìn)程無法繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)設(shè)置再調(diào)度標(biāo)志。處理子程序在計(jì)算了進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)后，又去檢查該再調(diào)度標(biāo)志是否已又被設(shè)置。若已設(shè)置，便調(diào)用switch調(diào)度程序，再去從所有的就緒進(jìn)程中選擇優(yōu)先級(jí)最高的進(jìn)程，把處理機(jī)讓給該進(jìn)程去運(yùn)行。8080第九章 操作系統(tǒng)接口9.6.5 Linux系統(tǒng)調(diào)用 與UNIX相似，Linux采用類似技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用。Linux系統(tǒng)在CPU的保護(hù)模式下提供了四個(gè)特權(quán)級(jí)別，目前內(nèi)核都只用到了其中的兩個(gè)特權(quán)級(jí)別，分別為“特權(quán)級(jí)0”(即內(nèi)核態(tài))和“特權(quán)級(jí)3”(即用戶態(tài))。用戶對(duì)系統(tǒng)調(diào)用不能任意攔截和修改，以保證內(nèi)核的安全性。Linux最多可以有190個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。應(yīng)用程序和Shell需要通過系統(tǒng)調(diào)用機(jī)制訪問L