操作系統(tǒng)接口

會(huì)計(jì)學(xué)1操作系統(tǒng)接口7.1聯(lián)機(jī)用戶接口用戶接口可以分為如下兩類：(1)聯(lián)機(jī)用戶接口（交互式）（操作命令）(2)脫機(jī)用戶接口（作業(yè)控制語言）第1頁/共42頁7.1.1聯(lián)機(jī)用戶接口不同操作系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)命令接口有所不同，命令的種類、數(shù)量及功能方面，以及命令的形式、用法等方面。從用法和形式方面可分成以下兩種：(1)字符顯示式用戶界面；(2)圖形化用戶界面。第2頁/共42頁1．命令行方式該方式是指以行為單位輸入和顯示不同的命令。命令的執(zhí)行是串行、間斷的，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。簡單命令的一般形式為：Commandarg1arg2．．．a(chǎn)rgn其中，Command是命令名，又稱命令動(dòng)詞，其余為該命令所帶的執(zhí)行參數(shù)，有些命令可以沒有參數(shù)。

(1)A＞dirc:/windows(2)A＞copya.txtb.txt(3)A＞edit第3頁/共42頁2．批命令方式用戶預(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。使用這種方式可減少用戶輸入命令的次數(shù)，既節(jié)省了時(shí)間和減少了出錯(cuò)概率，又方便了用戶。通常批命令文件都有特殊的文件擴(kuò)展名，如MS-DOS系統(tǒng)的.BAT文件。第4頁/共42頁7.1.2聯(lián)機(jī)命令的類型根據(jù)命令所完成功能的不同，可分成以下幾類:①系統(tǒng)訪問類；②磁盤操作類；③文件操作類；④目錄操作類；⑤通信類；⑥其他命令。第5頁/共42頁1．系統(tǒng)訪問類為了保證系統(tǒng)的安全性，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Password:

/提示用戶鍵入自己的口令第6頁/共42頁2．磁盤操作命令在微機(jī)操作系統(tǒng)中，通常都提供了若干條磁盤操作命令。(1)磁盤格式化命令Format(2)復(fù)制整個(gè)軟盤命令Diskcopy(3)軟盤比較命令Diskcomp(4)備份命令Backup第7頁/共42頁3．文件操作命令每個(gè)操作系統(tǒng)都提供了一組文件操作命令。在微機(jī)OS中的文件操作命令有下述幾種：

(1)顯示文件命令type

(2)拷貝文件命令copy

(3)文件比較命令comp

(4)重新命名命令Rename

(5)刪除文件命令erase第8頁/共42頁4．目錄操作命令(1)建立子目錄命令mkdir(2)顯示目錄命令dir(3)刪除子目錄命令rmdir(4)顯示目錄結(jié)構(gòu)命令tree(5)改變當(dāng)前目錄命令chdir第9頁/共42頁

5．其它命令（1）輸入輸出重定向命令。在有的OS中定義了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)I/O設(shè)備。即鍵盤和顯示終端。如果在命令中設(shè)置輸出重定向“>”符，表示將命令的輸出改向。若在命令中設(shè)置輸入重定向“<”符，則不再是從鍵盤而是從重定向符左邊參數(shù)所指定的文件或設(shè)備上，取得輸入信息。(2)管道連接。這是指把第一條命令的輸出信息作為第二條命令的輸入信息。這樣，由兩個(gè)(含兩條)以上的命令可形成一條管道。在MS-DOS和UNIX中，都用“|”作為管道符號(hào)，其一般格式為：Command1|Command2|…|Commandn;第10頁/共42頁(3)過濾命令。用于讀取指定文件或標(biāo)準(zhǔn)輸入，從中找出由參數(shù)指定的模式，然后把所有包含該模式的行都打印出來。例如，MS-DOS中用命令

find/N“erase”(路徑名)可對(duì)由路徑名指定的輸入文件逐行檢索，把含有字符串“erase”的行輸出。(4)批命令。為了多次反復(fù)地執(zhí)行指定的若干條命令，可以提供一特定文件。在MS-DOS中提供了一種特殊文件，其后綴名用“.BAT”；在UNIX系統(tǒng)中稱為命令文件。它們都是利用一些鍵盤命令構(gòu)成一個(gè)程序，一次建立供多次使用。第11頁/共42頁7.1.3鍵盤終端處理程序鍵盤終端處理程序應(yīng)具有的功能：(1)接收用戶從終端上打入的字符。(2)字符緩沖，用于暫存所接收的字符。(3)回送顯示。(4)屏幕編輯。(5)特殊字符處理。第12頁/共42頁1．字符接收功能

面向字符方式：驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒂脩魪慕K端鍵入的字符不加任何修改傳送給用戶程序。

面向行方式：終端處理程序?qū)⒔邮艿淖址麜捍嬖谛芯彌_中，并對(duì)其加以編輯，當(dāng)接受到行結(jié)束符時(shí)才將此行的信息送命令解釋程序。第13頁/共42頁2．字符緩沖

字符緩沖是指暫存從終端輸入的字符，其方式有兩種：專用緩沖區(qū)方式：系統(tǒng)為每個(gè)終端設(shè)置一緩沖區(qū)，用于暫存用戶鍵入的字符，此方式在終端數(shù)目較多時(shí)所需的緩沖數(shù)量較大，且利用率較低，故該方式比較適合于單用戶系統(tǒng)或終端較少的多用戶系統(tǒng)。

公用緩沖池方式：系統(tǒng)為各個(gè)終端只設(shè)置一個(gè)由多個(gè)大小相同的緩沖區(qū)構(gòu)成的公用緩沖池，當(dāng)有數(shù)據(jù)從終端輸入時(shí)，需向緩沖池申請(qǐng)一個(gè)緩沖區(qū)來接收字符，若一個(gè)裝滿則再申請(qǐng)一個(gè)，并通過指針相連直至輸入完畢，當(dāng)一緩沖區(qū)內(nèi)的字符傳送給用戶進(jìn)程之后，將緩沖區(qū)從鏈中移出。此方式下緩沖的利用率較高。第14頁/共42頁圖7-1兩種緩沖方式第15頁/共42頁3．回送顯示回送顯示是指用戶每從鍵盤鍵入一個(gè)字符，終端處理程序便將該字符送屏幕顯示，其實(shí)現(xiàn)方式有硬件和軟件兩種，用硬件實(shí)現(xiàn)速度較快，但缺乏靈活性，用軟件實(shí)現(xiàn)可根據(jù)需要回顯并方便字符變換。4.屏幕編輯(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。第16頁/共42頁5.特殊字符處理

(1)中斷字符。

當(dāng)程序在運(yùn)行中出現(xiàn)異常情況時(shí)，用戶可通過鍵入中斷字符的辦法來中止當(dāng)前程序的運(yùn)行。在許多系統(tǒng)中是利用Break或Delete或Ctrl+C鍵作為中斷字符。

(2)停止上卷字符。

用戶鍵入此字符后，終端處理程序應(yīng)使正在上卷的屏幕暫停上卷，以便用戶仔細(xì)觀察屏幕內(nèi)容。在有的系統(tǒng)中，是利用Ctrl+S鍵來停止屏幕上卷的。

(3)恢復(fù)上卷字符。

有的系統(tǒng)利用Ctrl+Q鍵使停止上卷的屏幕恢復(fù)上卷。終端處理程序收到該字符后，便恢復(fù)屏幕的上卷功能。第17頁/共42頁7.1.4命令解釋程序1．命令解釋程序的作用命令解釋程序的主要作用是在屏幕上給出提示符，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)，則應(yīng)顯示出某一出錯(cuò)信息。第18頁/共42頁2．命令解釋程序的組成（MS-DOS）常駐部分中斷服務(wù)子程序、暫存部分恢復(fù)子程序初始化部分啟動(dòng)時(shí)獲得控制權(quán)。還包括對(duì)Autoexec.bat文件的處理程序，并決定應(yīng)用程序裝入的基址。系統(tǒng)啟動(dòng)后，由處理程序找到并執(zhí)行AUTOEXEC.BAT文件。由于該文件在用完后不再被需要，因而它將被第一個(gè)由COMMAND.COM裝入的文件所覆蓋。暫存部分包含了所有的內(nèi)部命令處理模塊、批文件處理程序，以及裝入和執(zhí)行外部命令的程序。第19頁/共42頁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。若無錯(cuò)，再識(shí)別該命令。命令識(shí)別方法：表格法{命令名及入口地址}如果暫存部分在該表中能找到鍵入的命令，且是內(nèi)部命令，便可以直接從對(duì)應(yīng)表項(xiàng)中獲得該命令處理程序的入口地址，然后執(zhí)行該命令。如果發(fā)現(xiàn)鍵入的命令不屬于內(nèi)部命令而是外部命令，則暫存部分還須為之建立命令行；再通過執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用exec來裝入該命令的處理程序，并得到其基地址；然后執(zhí)行相應(yīng)的命令。第20頁/共42頁是內(nèi)部命令？DIR命令處理程序Type命令處理程序Copy命令處理程序Date命令處理程序命令合法否？輸入命令行從外存調(diào)入外部命令執(zhí)行顯示提示符第21頁/共42頁7.3系統(tǒng)調(diào)用程序接口是OS專門為用戶程序設(shè)置的，也是用戶程序取得OS服務(wù)的唯一途徑。程序接口通常是由各種類型的系統(tǒng)調(diào)用組成的。應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)與OS通信，并可取得它的服務(wù)。第22頁/共42頁7.3.1系統(tǒng)調(diào)用的基本概念在OS的核心中設(shè)置了一組用于實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的子程序(過程)。由于這些程序或過程是OS系統(tǒng)本身程序模塊中的一部分，為了保護(hù)操作系統(tǒng)程序不被用戶程序破壞，OS向應(yīng)用程序提供了一系列的系統(tǒng)調(diào)用命令，讓應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用去調(diào)用所需的系統(tǒng)過程。第23頁/共42頁1．系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)為了保證系統(tǒng)程序不被應(yīng)用程序有意或無意地破壞，為計(jì)算機(jī)設(shè)置了兩種狀態(tài)：系統(tǒng)態(tài)(也稱為管態(tài)或核心態(tài))和用戶態(tài)(也稱為目態(tài))。操作系統(tǒng)在系統(tǒng)態(tài)運(yùn)行，而應(yīng)用程序只能在用戶態(tài)運(yùn)行?，F(xiàn)代多數(shù)操作系統(tǒng)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：就是在系統(tǒng)態(tài)時(shí)運(yùn)行的指令，是關(guān)系到系統(tǒng)全局的指令。特權(quán)指令只允許操作系統(tǒng)使用，不允許應(yīng)用程序使用。2)非特權(quán)指令：是在用戶態(tài)時(shí)運(yùn)行的指令。一般應(yīng)用程序所使用的都是非特權(quán)指令，它只能完成一般性的操作和任務(wù)。這種限制是由硬件實(shí)現(xiàn)的，如果在應(yīng)用程序中使用了特權(quán)指令，就會(huì)發(fā)出權(quán)限出錯(cuò)信號(hào)。第24頁/共42頁2．系統(tǒng)調(diào)用當(dāng)應(yīng)用程序中需要操作系統(tǒng)提供服務(wù)時(shí)，應(yīng)用程序必須使用系統(tǒng)調(diào)用命令。由操作系統(tǒng)捕獲到該命令后，便將CPU的狀態(tài)從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)態(tài)，然后執(zhí)行操作系統(tǒng)中相應(yīng)的子程序(例程)，完成所需的功能。執(zhí)行完成后，系統(tǒng)又將CPU狀態(tài)從系統(tǒng)態(tài)轉(zhuǎn)換到用戶態(tài)，再繼續(xù)執(zhí)行應(yīng)用程序。系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的差別：(1)運(yùn)行在不同的系統(tǒng)狀態(tài)。(2)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換通過軟中斷進(jìn)入。(3)返回問題。(4)嵌套調(diào)用。第25頁/共42頁系統(tǒng)調(diào)用命令調(diào)用返回系統(tǒng)功能用戶程序(a)系統(tǒng)調(diào)用與返回系統(tǒng)調(diào)用命令調(diào)用系統(tǒng)功能系統(tǒng)調(diào)用命令返回系統(tǒng)子功能(b)程序之間的嵌套調(diào)用第26頁/共42頁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INT21H。終端機(jī)制本身也是受保護(hù)的。只有授權(quán)給應(yīng)用程序的中斷號(hào)，才是可以被應(yīng)用程序調(diào)用的。如Linux僅僅給應(yīng)用程序授權(quán)了4個(gè)中斷號(hào)：3、4、5以及80h，80h正時(shí)系統(tǒng)調(diào)用的中斷號(hào)。第27頁/共42頁7.3.2系統(tǒng)調(diào)用的類型1．進(jìn)程控制類系統(tǒng)調(diào)用這類系統(tǒng)調(diào)用主要用于對(duì)進(jìn)程的控制，如創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程和終止一個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行，獲得和設(shè)置進(jìn)程屬性等。1)創(chuàng)建和終止進(jìn)程的系統(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)用第28頁/共42頁2．文件操縱類系統(tǒng)調(diào)用對(duì)文件進(jìn)行操縱的系統(tǒng)調(diào)用數(shù)量較多，有創(chuàng)建文件、刪除文件、打開文件、關(guān)閉文件、讀文件、寫文件、建立目錄、移動(dòng)文件的讀/寫指針、改變文件的屬性等。

1)創(chuàng)建和刪除文件

2)打開和關(guān)閉文件

3)讀和寫文件第29頁/共42頁3．進(jìn)程通信類系統(tǒng)調(diào)用

在OS中經(jīng)常采用兩種進(jìn)程通信方式，即消息傳遞方式和共享存儲(chǔ)區(qū)方式。當(dāng)系統(tǒng)中采用消息傳遞方式時(shí)，在通信前，必須先打開一個(gè)連接。用戶在利用共享存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行通信之前，須先建立一個(gè)共享存儲(chǔ)區(qū)，再將該共享存儲(chǔ)區(qū)連接到進(jìn)程自身的虛地址空間上。第30頁/共42頁7.3.3POSIX標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO給出的有關(guān)系統(tǒng)調(diào)用的國際標(biāo)準(zhǔn)POSIX1003.1(PortableOperatingSystemIX)。POSIX定義了標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口(API)，用于保證編制的應(yīng)用程序可以在源代碼一級(jí)上在多種操作系統(tǒng)上移植運(yùn)行。只有符合這一標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序，才有可能完全兼容多種操作系統(tǒng)，即在多種操作系統(tǒng)下都能夠運(yùn)行。POSIX標(biāo)準(zhǔn)定義了一組過程，這組過程是構(gòu)造系統(tǒng)調(diào)用所必須的。通過調(diào)用這些過程所提供的服務(wù)，確定了一系列系統(tǒng)調(diào)用的功能。POSIX標(biāo)準(zhǔn)所定義的一組過程雖然指定了系統(tǒng)調(diào)用的功能，但并沒有明確規(guī)定系統(tǒng)調(diào)用是以什么形式實(shí)現(xiàn)的，是庫函數(shù)還是其它形式。第31頁/共42頁圖

Unix/Linux系統(tǒng)程序、庫函數(shù)、系統(tǒng)調(diào)用的分層關(guān)系

第32頁/共42頁7.3.4系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)

1.中斷和陷入硬件機(jī)構(gòu)

(1)什么是中斷和陷入。

中斷是指CPU對(duì)系統(tǒng)發(fā)生某事件時(shí)的這樣一種響應(yīng)：CPU暫停正在執(zhí)行的程序，在保留現(xiàn)場(chǎng)后自動(dòng)地轉(zhuǎn)去執(zhí)行該事件的中斷處理程序；執(zhí)行完后，再返回到原程序的斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。還可進(jìn)一步把中斷分為外中斷和內(nèi)中斷。外中斷，是指由于外部設(shè)備事件所引起的中斷，如通常的磁盤中斷、打印機(jī)中斷等；而內(nèi)中斷則是指由于CPU內(nèi)部事件所引起的中斷，如程序出錯(cuò)(非法指令、地址越界)、電源故障等。內(nèi)中斷(trap)也被譯為“捕獲”或“陷入”。通常，陷入是由于執(zhí)行了現(xiàn)行指令所引起的；而中斷則是由于系統(tǒng)中某事件引起的，該事件與現(xiàn)行指令無關(guān)。第33頁/共42頁第34頁/共42頁2)中斷和陷入向量中斷向量指中斷處理程序入口地址和相應(yīng)的處理機(jī)狀態(tài)字PSW。相應(yīng)地，把存放這兩個(gè)字的單元稱為中斷向量單元。對(duì)于陷入，也有陷入向量，不同的系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)不同的陷入向量，在進(jìn)行陷入處理時(shí)，根據(jù)陷入指令中的陷入向量，轉(zhuǎn)入實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用功能的子程序，即陷入處理程序。第35頁/共42頁中斷向量單元

外設(shè)種類

優(yōu)先級(jí)

中斷處理程序入口地址

060

電傳輸出

4

klrint

064

電傳輸入

4

klxint

070

紙帶機(jī)輸入

4

perint

074

紙帶機(jī)輸出

4

pcpint

…

…

…

…

(a)中斷向量

(b)陷入向量

陷入向量單元

陷入種類

優(yōu)先級(jí)

陷入處理程序入口地址

004

總線超時(shí)

7

trap

064

非法指令

7

trap

070

電源故障

7

trap

074

trap指令

7

trap

…

…

…

…