第二章操作系統(tǒng)的界面

第二章操作系統(tǒng)的界面2.1系統(tǒng)的生成與啟動系統(tǒng)的生成系統(tǒng)的啟動實例分析2.1系統(tǒng)的生成與啟動/系統(tǒng)的生成系統(tǒng)的生成（SYSGEN）在系統(tǒng)生成過程中，下列信息必須確定：（1）CPU的類型。（2）內(nèi)存的容量。（3）可用設備的類型和數(shù)量；（4）操作系統(tǒng)的功能選項或使用的參數(shù)。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/系統(tǒng)的生成系統(tǒng)的生成（SYSGEN）多種方法生成：（1）根據(jù)以上信息修改OS源碼，完全編譯（2）編譯過的庫中選擇合適的模塊連接生成（3）構(gòu)造完全由各種表驅(qū)動的系統(tǒng)2.1系統(tǒng)的生成與啟動/系統(tǒng)的啟動系統(tǒng)的啟動裝入操作系統(tǒng)內(nèi)核以啟動計算機系統(tǒng)的過程。初始引導核心初始化系統(tǒng)初始化2.1系統(tǒng)的生成與啟動/系統(tǒng)的啟動系統(tǒng)的啟動裝入操作系統(tǒng)內(nèi)核以啟動計算機系統(tǒng)的過程。了解基本概念

BIOS

內(nèi)存地址2.1系統(tǒng)的生成與啟動/系統(tǒng)的啟動BIOS

“BasicInputOutputSystem”的縮略語，中文名稱“基本輸入輸出系統(tǒng)”。它是一組固化到計算機內(nèi)主板上一個ROM芯片上的程序，它保存著計算機最重要的基本輸入輸出的程序、中斷程序、系統(tǒng)設置信息、開機上電自檢（POST）程序和系統(tǒng)啟動自舉程序。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/系統(tǒng)的啟動BIOS中斷程序:完成硬件設備的初始化系統(tǒng)設置程序:設置CMOS參數(shù)POST上電自檢：完成對硬件配制的檢測BIOS系統(tǒng)自舉：在自檢成功后將磁盤上的引導程序裝入內(nèi)存，讓其運行以裝入系統(tǒng)；

2.1系統(tǒng)的生成與啟動/系統(tǒng)的啟動內(nèi)存地址機器中的內(nèi)存一般有般安裝有32MB、64MB或128MB內(nèi)存，這些內(nèi)存的每一個字節(jié)都被賦予了一個地址，以便CPU訪問內(nèi)存。

2.1系統(tǒng)的生成與啟動/系統(tǒng)的啟動系統(tǒng)的啟動初始引導階段

BIOS的工作2.1系統(tǒng)的生成與啟動/系統(tǒng)的啟動系統(tǒng)的啟動核心初始化階段在操作系統(tǒng)的內(nèi)核代碼裝入內(nèi)存后，引導程序?qū)⒖刂茩?quán)轉(zhuǎn)交給內(nèi)核可執(zhí)行代碼，從此核心代碼開始執(zhí)行。內(nèi)核首先進行初始化工作，包括對硬件以及接口電路的初始化，對內(nèi)核所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行初始化。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/系統(tǒng)的啟動系統(tǒng)的啟動系統(tǒng)初始化工作主要任務是做好準備工作，使系統(tǒng)處于命令接受狀態(tài)，這時用戶就可使用計算機來完成自己的工作。在這個階段，操作系統(tǒng)為用戶創(chuàng)建工作環(huán)境，接受并解釋執(zhí)行用戶的程序和指令。例如：Window系統(tǒng)啟動出現(xiàn)桌面，Unix/Linux系統(tǒng)啟動出現(xiàn)的命令行界面或X-Window界面，均表明系統(tǒng)已經(jīng)成功啟動，用戶可以使用計算機了。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析Windows系統(tǒng)的啟動從按下計算機開關(guān)啟動計算機，到登入到桌面完成啟動，一共經(jīng)過了以下幾個階段：

1.預引導(Pre-Boot)階段；

2.引導階段；

3.加載內(nèi)核階段；

4.初始化內(nèi)核階段；

5.登錄。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析預引導階段

按下計算機電源使計算機啟動，并且在WindowsXP專業(yè)版操作系統(tǒng)啟動之前這段時間，我們稱之為預引導（Pre-Boot）階段，在這個階段里，計算機首先運行PowerOnSelfTest（POST），POST檢測系統(tǒng)的總內(nèi)存以及其他硬件設備的現(xiàn)狀。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析預引導階段

如果計算機系統(tǒng)的BIOS(基礎輸入/輸出系統(tǒng))是即插即用的，那么計算機硬件設備將經(jīng)過檢驗以及完成配置。計算機的基礎輸入/輸出系統(tǒng)（BIOS）定位計算機的引導設備，然后MBR(MasterBootRecord)被加載并運行。在預引導階段，計算機要加載WindowsXP的NTLDR文件。

2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析引導階段包含4個小的階段。

首先，計算機要經(jīng)過初始引導加載器階段（InitialBootLoader），在這個階段里，NTLDR將計算機微處理器從實模式轉(zhuǎn)換為32位平面內(nèi)存模式。在實模式中，系統(tǒng)為MS-DOS保留640kb內(nèi)存，其余內(nèi)存視為擴展內(nèi)存，而在32位平面內(nèi)存模式中，系統(tǒng)（WindowsXPProfessional）視所有內(nèi)存為可用內(nèi)存。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析引導階段包含4個小的階段

接著，NTLDR啟動內(nèi)建的mini-filesystemdrivers，通過這個步驟，使NTLDR可以識別每一個用NTFS或者FAT文件系統(tǒng)格式化的分區(qū)，以便發(fā)現(xiàn)以及加載WindowsXPProfessional，到這里，初始引導加載器階段就結(jié)束了。

2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析引導階段包含4個小的階段。

接著系統(tǒng)來到了操作系統(tǒng)選擇階段，如果計算機安裝了不止一個操作系統(tǒng)（也就是多系統(tǒng)），而且正確設置了boot.ini使系統(tǒng)提供操作系統(tǒng)選擇的條件下，計算機顯示器會顯示一個操作系統(tǒng)選單，這是NTLDR讀取boot.ini的結(jié)果。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析引導階段

NTLDR就是從boot.ini查找WindowsXPProfessional的系統(tǒng)文件的位置的。如果在boot.ini中只有一個操作系統(tǒng)選項，則系統(tǒng)不出現(xiàn)操作系統(tǒng)選擇菜單，直接引導到那個唯一的系統(tǒng)或者默認的系統(tǒng)。在選擇啟動WindowsXPProfessional后，操作系統(tǒng)選擇階段結(jié)束，硬件檢測階段開始。

2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析引導階段

在硬件檢測階段中，將收集計算機硬件信息列表并將列表返回到NTLDR，這樣做的目的是便于以后將這些硬件信息加入到注冊表HKEY_LOCAL_MACHINE下的hardware中。硬件檢測完成后，進入配置選擇階段。如果計算機含有多個硬件配置文件列表，可以通過按上下按鈕來選擇。如果只有一個硬件配置文件，計算機不顯示此屏幕而直接使用默認的配置文件加載WindowsXP專業(yè)版。

2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析引導階段引導階段結(jié)束。在引導階段，系統(tǒng)要用到的文件一共有：NTLDR，Boot.ini，，ntokrnl.exe，Ntbootdd.sys，bootsect.dos（可選的）。

2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析加載內(nèi)核階段

在加載內(nèi)核階段，ntldr加載稱為WindowsXP內(nèi)核的ntokrnl.exe。系統(tǒng)加載了WindowsXP內(nèi)核但是沒有將它初始化。接著ntldr加載硬件抽象層（HAL，hal.dll），然后，系統(tǒng)繼續(xù)加載HKEY_LOCAL_MACHINE\system鍵，NTLDR讀取select鍵來決定哪一個ControlSet將被加載?？刂萍邪O備的驅(qū)動程序以及需要加載的服務。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析加載內(nèi)核階段

NTLDR加載HKEY_LOCAL_MACHINE\system\service\...下start鍵值為0的最底層設備驅(qū)動。當作為ControlSet的鏡像的CurrentControlSet被加載時，ntldr傳遞控制給內(nèi)核，初始化內(nèi)核階段就開始了。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析初始化內(nèi)核階段

在初始化內(nèi)核階段開始的時候，彩色的WindowsXP的logo以及進度條顯示在屏幕中央，在這個階段，系統(tǒng)完成了啟動的4項任務：

內(nèi)核使用在硬件檢測時收集到的數(shù)據(jù)來創(chuàng)建了HKEY_LOCAL_MACHINE\HARDWARE鍵。

內(nèi)核通過引用HKEY_LOCAL_MACHINE\system\Current的默認值復制ControlSet來創(chuàng)建了CloneControlSet。CloneControlSet配置是計算機數(shù)據(jù)的備份，不包括啟動中的改變，也不會被修改。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析

系統(tǒng)完成初始化以及加載設備驅(qū)動程序，內(nèi)核初始化那些在加載內(nèi)核階段被加載的底層驅(qū)動程序，然后內(nèi)核掃描HKEY_LOCAL_MACHINE\system\CurrentControlSet\service\...下start鍵值為1的設備驅(qū)動程序。2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析這些設備驅(qū)動程序在加載的時候便完成初始化，如果有錯誤發(fā)生，內(nèi)核使用ErrorControl鍵值來決定如何處理，值為3時，錯誤標志為危機/關(guān)鍵，系統(tǒng)初次遇到錯誤會以LastKnownGoodControlSet重新啟動，如果使用LastKnownGoodControlSet啟動仍然產(chǎn)生錯誤，系統(tǒng)報告啟動失敗，錯誤信息將被顯示，系統(tǒng)停止啟動；2.1系統(tǒng)的生成與啟動/實例分析值為2時錯誤情況為嚴重，系統(tǒng)啟動失敗并且以LastKnownGoodControlSet重新啟動，如果系統(tǒng)啟動已經(jīng)在使用LastKnownGood值，它會忽略錯誤并且繼續(xù)啟動；當值是1的時候錯誤為普通，系統(tǒng)會產(chǎn)生一個錯誤信息，但是仍然會忽略這個錯誤并且繼續(xù)啟動；當值是0的時候忽略，系統(tǒng)不會顯示任何錯誤信息而繼續(xù)運行。2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)計算機用戶程序接口（系統(tǒng)調(diào)用）命令接口、圖形接口2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.1操作系統(tǒng)提供的基本服務執(zhí)行程序：系統(tǒng)必須能將程序裝入內(nèi)存并運行該程序。數(shù)據(jù)I/O：程序運行時可能需要I/O操作。信息存?。河脩舭凑瘴募麃斫ⅰ⒆x寫、修改以及刪除文件，使信息的存取更加方便、可靠。通信服務：一個進程需要與另外一個進程交換信息。錯誤檢測和處理：操作系統(tǒng)通常需要知道可能出現(xiàn)的錯誤。2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.2命令接口

操作系統(tǒng)的命令接口應包括一組命令、終端處理程序和命令解釋程序。其中，命令解釋程序的主要作用是在屏幕上給出提示符，請求用戶輸入命令，然后讀入命令，并識別命令，再轉(zhuǎn)到相應的命令處理程序去執(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，命令解釋程序未能識別，或在執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯誤，則顯示出錯信息。2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.2命令接口

大家比較熟悉的命令解釋程序有MS-DOS/windows98的，windows2000的cmd.exe以及UNIX/Linux的shell程序。2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.2命令接口下面列舉出部分常用DOS內(nèi)部命令（help<command>來查找）磁盤操作類：

chkdsk

磁盤檢查；fdisk

磁盤分區(qū)；format磁盤格式化文件目錄類：

md

建立目錄；cd

設置或顯示當前目錄；rd刪除目錄；copy復制文件；rename文件更名；del刪除文件；type顯示文件內(nèi)容其他類：ver

顯示版本號；time顯示系統(tǒng)時間；date顯示系統(tǒng)日期。2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.3圖形用戶接口（GUI）為了方便用戶地使用，Apple公司在20世紀80年代中期推出了圖形用戶接口（GUI）。使用GUI來操作計算機，用戶不需要記憶復雜的操作命令，只需要用鼠標點擊代表相應命令的圖形（稱為圖標）來運行程序，因而極大地方便了用戶2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.4程序接口程序接口又稱應用編程接口API（ApplicationProgrammingInterface），允許運行程序調(diào)用操作系統(tǒng)的服務和功能。程序接口由一組系統(tǒng)調(diào)用（SystemCall)）組成，用戶程序使用“系統(tǒng)調(diào)用”就可獲得操作系統(tǒng)的底層服務，使用或訪問系統(tǒng)的各種軟硬件資源。2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.4程序接口系統(tǒng)調(diào)用的概念兩種運行程序類型管理程序用戶程序處理機工作狀態(tài)劃分核心態(tài)（管態(tài)kernelmode）用戶態(tài)（用戶態(tài)usermode）2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.4程序接口系統(tǒng)調(diào)用的概念系統(tǒng)調(diào)用實質(zhì)上是應用程序請求操作系統(tǒng)內(nèi)核完成某一功能的一種特殊的過程調(diào)用每個操作系統(tǒng)都提供幾百種系統(tǒng)調(diào)用，包括：外存文件與目錄的讀寫，各種I/O設備的使用，在程序中啟動另一個程序，查詢和統(tǒng)計系統(tǒng)資源使用情況等等。系統(tǒng)調(diào)用就是用戶程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)的調(diào)用2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.4程序接口系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用可以進入操作系統(tǒng)內(nèi)核，而過程調(diào)用則不能進入操作系統(tǒng)的內(nèi)核。對于系統(tǒng)調(diào)用，控制是由原來的用戶態(tài)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)態(tài)，這是借助于中斷和陷入機制來完成的，在該機制中包括中斷和陷入硬件機構(gòu)和中斷和陷入處理程序兩部分。2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.4程序接口系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)

(1)每個系統(tǒng)調(diào)用對應一個功能號，要調(diào)用操作系統(tǒng)的某一特定例程，必須在指令中給出對應的功能號。

(2)按功能號實現(xiàn)調(diào)用的過程大體相同，即都是通過對功能號的解釋分別轉(zhuǎn)入對應例行子程序。2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口2.2.4程序接口系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)

2.2操作系統(tǒng)提供的服務和用戶接口Win32API和UNIX/Linux系統(tǒng)調(diào)用粗略對應關(guān)系UNIX/LinuxWin32說明forkCreatProcess

創(chuàng)建進程waitpid