計算機13操作系統(tǒng)提供的服務(wù)和用戶接口

主要內(nèi)容：操作系統(tǒng)提供的基本服務(wù)操作系統(tǒng)提供的用戶接口程序接口與系統(tǒng)調(diào)用操作接口與操作命令1.3操作系統(tǒng)的基本服務(wù)和用戶接口1創(chuàng)建程序和執(zhí)行程序數(shù)據(jù)I/O和信息存取：文件操作通信服務(wù)：進程通信差錯檢測和處理還具有另外一些功能:1.資源分配2.統(tǒng)計3.保護2一、操作系統(tǒng)提供的基本服務(wù)操作系統(tǒng)為用戶提供兩種調(diào)用其服務(wù)和功能的接口:程序接口：允許運行程序調(diào)用操作系統(tǒng)的服務(wù)和功能。

許多操作系統(tǒng)的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(wù)，使用或訪問系統(tǒng)的各種軟硬件資源。操作接口：又稱作業(yè)級接口，操作系統(tǒng)為用戶提供的操作 控制計算機工作和提供服務(wù)手段的集合，通常有操作控制 命令、圖形操作界面(命令)、以及批處理系統(tǒng)提供的作業(yè) 控制語言(命令)等實現(xiàn)手段。3二、操作系統(tǒng)提供的用戶接口(1)

用戶和操作系統(tǒng)間的兩種接口二、操作系統(tǒng)提供的用戶接口(2)系統(tǒng)調(diào)用操作命令或JCL操作系統(tǒng)裸

機(操作接口)(程序接口)4系統(tǒng)調(diào)用：內(nèi)核提供一系列具有預(yù)定功能的內(nèi)核函數(shù)，通過一組接口（系統(tǒng)調(diào)用）提供給用戶。

系統(tǒng)調(diào)用把應(yīng)用程序的請求傳送至內(nèi)核，調(diào)用相應(yīng)的內(nèi)核函數(shù)完成所需要的處理，把處理結(jié)果返回給應(yīng)用程序。

內(nèi)核的主體是系統(tǒng)調(diào)用的集合，可以把內(nèi)核看作特殊的公共子程序。

系統(tǒng)調(diào)用是一種中介，把用戶和硬件隔離開，程序只有通過系統(tǒng)調(diào)用才能請求系統(tǒng)服務(wù)并且使用系統(tǒng)資源。系統(tǒng)調(diào)用的作用：

內(nèi)核可以基于權(quán)限和規(guī)則對資源訪問進行裁決，可以保證系統(tǒng)的安全性；

系統(tǒng)調(diào)用對資源進行抽象，提供一致性接口，避免用戶在使用資源時發(fā)生錯誤，并且使編程效率提高。注意：系統(tǒng)調(diào)用是應(yīng)用程序獲得操作系統(tǒng)服務(wù)的唯一途徑！52.API、庫函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用

直接使用系統(tǒng)調(diào)用存在兩個困難：第一，接口復(fù)雜、使用困難第二，應(yīng)用程序的跨平臺可移植性受到很大限制。

POSIX標準：規(guī)定內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用接口標準，應(yīng)用程序在遵循此標準的不同操作系統(tǒng)之間具有可移植性。

UNIX/Linux在標準C函數(shù)庫中為每個系統(tǒng)調(diào)用構(gòu)造一個同名的封裝函數(shù)，屏蔽其下層的復(fù)雜性，負責把操作系統(tǒng)所提供的服務(wù)接口——系統(tǒng)調(diào)用封裝成應(yīng)用程序能夠直接調(diào)用API（應(yīng)用編程接口）。一個庫函數(shù)就是一個API，它介于操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間。6一個API可能使用一個系統(tǒng)調(diào)用，也可能使用多個系統(tǒng)調(diào)用；也可能若干API封裝相同的系統(tǒng)調(diào)用。有的庫函數(shù)可能與系統(tǒng)調(diào)用無關(guān)。1.系統(tǒng)調(diào)用

直接使用系統(tǒng)調(diào)用存在兩個困難：第一，接口復(fù)雜、使用困難第二，應(yīng)用程序的跨平臺可移植性受到很大限制。

POSIX標準：規(guī)定內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用接口標準，應(yīng)用程序在遵循此標準的不同操作系統(tǒng)之間具有可移植性。

UNIX/Linux在標準C函數(shù)庫中為每個系統(tǒng)調(diào)用構(gòu)造一個同名的封裝函數(shù)，屏蔽其下層的復(fù)雜性，負責把操作系統(tǒng)所提供的服務(wù)接口——系統(tǒng)調(diào)用封裝成應(yīng)用程序能夠直接調(diào)用API（應(yīng)用編程接口）。一個庫函數(shù)就是一個API，它介于操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間。7一個API可能使用一個系統(tǒng)調(diào)用，也可能使用多個系統(tǒng)調(diào)用；也可能若干API封裝相同的系統(tǒng)調(diào)用。有的庫函數(shù)可能與系統(tǒng)調(diào)用無關(guān)。Windows操作系統(tǒng)也提供與POSIX兼容的子系統(tǒng)。

Windows不公開系統(tǒng)調(diào)用，僅提供以庫函數(shù)形式定義的API，叫做Win32API。

在用戶程序角度看，庫函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用之間差別不大，但是在操作系統(tǒng)實現(xiàn)的角度看，兩者存在重要差別：

使用庫函數(shù)可以隱藏訪管指令的細節(jié)，使系統(tǒng)調(diào)用形式上類似函數(shù)調(diào)用；

對用戶隱藏系統(tǒng)調(diào)用，可以在操作系統(tǒng)內(nèi)核改動時，應(yīng)用程序不需要改動。

庫函數(shù)屬于用戶程序，在CPU用戶態(tài)工作，系統(tǒng)調(diào)用屬于系統(tǒng)程序（操作系統(tǒng)），在核心態(tài)運行。用戶可以替換庫函數(shù)，但是不能替換系統(tǒng)調(diào)用。83.系統(tǒng)調(diào)用的分類

(1)進程管理：進程的創(chuàng)建、裝入、執(zhí)行、撤銷、終止，進程屬性的獲取和設(shè)置。

(2)文件操作：文件的建立、打開、讀寫、關(guān)閉、刪除，文件屬性的獲取和設(shè)置。

(3)設(shè)備管理：設(shè)備的申請、輸入輸出、釋放、重定向，設(shè)備屬性的獲取和設(shè)置。(4)內(nèi)存管理：內(nèi)存的申請和釋放。

(5)進程通信：通信連接的建立、連接和斷開、信息的發(fā)送和接受；傳遞狀態(tài)信息；連接和斷開遠程設(shè)備。

(6)信息維護：日期、時間及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獲取和設(shè)置；獲取和設(shè)置信息；生成診斷和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。9三、程序接口與系統(tǒng)調(diào)用

(3)實例：Windows支持API（應(yīng)用編程接口）的三個組件：?Kernel包含了多數(shù)操作系統(tǒng)函數(shù)，如內(nèi)存管理、進程管理；10?User集中了窗口管理函數(shù)，如窗口創(chuàng)建、撤銷、移動、對話等相關(guān)函數(shù)；?GDI提供畫圖函數(shù)、打印函數(shù)。Windows將三個組件置于動態(tài)鏈接庫DLL中。三、程序接口與系統(tǒng)調(diào)用

(4)Windows和UNIX/Linux的部分系統(tǒng)調(diào)用：三、程序接口與系統(tǒng)調(diào)用

(5)Win32CreatProcessWaitForSingleObject說明創(chuàng)建進程等待進程終止CreatFile/CloseHandle創(chuàng)建或打開/關(guān)閉文件ReadFile/WriteFileSetFilePointer讀/寫文件

移動文件指針UNIX/Linuxforkwaitpidopen/closeread/writelseekmkdir/rmdirstatCreat/Remove

Directory

建立/刪除目錄GetFileAttributesEx 獲得文件屬性11■12■■■■■■3.系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)要點

(1)有關(guān)概念陷阱或異常處理機制------在操作系統(tǒng)中，實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用功能的機制稱為陷阱或異常處理機制。訪管指令（陷阱指令或異常中斷指令）----由于系統(tǒng)調(diào)用而引起處理器中斷的機器指令稱為訪管指令（陷入指令或異常中斷指令）。(2)系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)要點：一.是編寫系統(tǒng)調(diào)用處理程序；二.是設(shè)計一張系統(tǒng)調(diào)用入口地址表，每個入口地址都指向一個系統(tǒng)調(diào)用的處理程序，有的系統(tǒng)還包含系統(tǒng)調(diào)用自帶參數(shù)的個數(shù)；三.是陷入處理機制需開辟現(xiàn)場保護區(qū)，以保存發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時的處理器現(xiàn)場。三、程序接口與系統(tǒng)調(diào)用

(7)System

Call

Ai用戶程序A0

SUB0SUBnAnA1

SUB1…Ai

SUBi…系統(tǒng)調(diào)用處理子程序取系統(tǒng)功能號找入口地址表相應(yīng)入口地址結(jié)束處理恢復(fù)現(xiàn)場A0A1…Ai…An保護CPU現(xiàn)場陷入指令(3)系統(tǒng)調(diào)用的處理過程系統(tǒng)調(diào)用陷入機構(gòu)13入口地址表■14■■■■(4)系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)傳遞不同的系統(tǒng)調(diào)用需傳遞給系統(tǒng)調(diào)用處理程序不同的參數(shù)，系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行的結(jié)果也要以參數(shù)形式返回給用戶程序。實現(xiàn)用戶程序和系統(tǒng)調(diào)用之間的參數(shù)傳遞可用以下方法：一是由訪管指令或陷入指令自帶參數(shù)，可以規(guī)定指令之后的若干個單元存放的是參數(shù)，這稱為直接參數(shù)；或者在指令之后緊靠的單元中存放參數(shù)的地址，這稱為間接參數(shù)。二是通過CPU的通用寄存器傳遞參數(shù)，或在內(nèi)存的一個塊或表中存放參數(shù)，其首地址送入寄存器，實現(xiàn)參數(shù)傳遞。三是在內(nèi)存中開辟專用堆棧區(qū)域傳遞參數(shù)。■15■4.系統(tǒng)調(diào)用與過程(函數(shù))調(diào)用的區(qū)別調(diào)用形式和實現(xiàn)方式不同。過程（函數(shù)）使用一般調(diào)用指令，其轉(zhuǎn)向地址包含在跳轉(zhuǎn)語句中，但系統(tǒng)調(diào)用不包含處理程序入口，僅僅提供功能號，按功能號調(diào)用。被調(diào)用代碼的位置不同。在過程（函數(shù)）調(diào)用中，調(diào)用程序和被調(diào)用代碼在同一程序內(nèi)，經(jīng)過連接編譯后作為目標代碼的一部分。當過程（函數(shù)）升級或修改時，必須重新編譯連接。系統(tǒng)調(diào)用的處理代碼在調(diào)用程序之外（在操作系統(tǒng)中），系統(tǒng)調(diào)用處理代碼升級或修改時，與調(diào)用程序無關(guān)。

（3）提供方式不同。過程（函數(shù)）往往由編譯系統(tǒng)提供，不同編譯系統(tǒng)提供的過程（函數(shù)）可以不同；系統(tǒng)調(diào)用由操作系統(tǒng)提供，一旦操作系統(tǒng)設(shè)計好，系統(tǒng)調(diào)用的功能、種類與數(shù)量就固定不變了。四、操作接口與系統(tǒng)程序(1)161.作業(yè)控制方式用戶如何來向操作系統(tǒng)提交作業(yè)和說明運行意圖？操作系統(tǒng)提供了聯(lián)機作業(yè)控制方式和脫機作業(yè)控制方式兩個作業(yè)級的接口，這兩個接口的使用手段為：操作控制命令和作業(yè)控制語言（命令）。(1)聯(lián)機用戶接口-----操作控制命令這是為聯(lián)機用戶提供的調(diào)用操作系統(tǒng)功能，請求操作系統(tǒng)為其服務(wù)的手段，它由一組命令及命令解釋程序組成，也稱為命令接口。其工作方式為：用戶在鍵盤上鍵入一條命令后，系統(tǒng)立即轉(zhuǎn)入命令解釋程序，對該命令進行處理和執(zhí)行。四、操作接口與系統(tǒng)程序(2)17常用的用戶界面有以下幾種：1)字符顯示用戶界面主要通過命令語言來實現(xiàn)，又可分成兩種方式：①命令行方式它以命令為基本單位來完成預(yù)定的工作任務(wù)。每個命令以命令行的形式輸入并提交給系統(tǒng)。一個命令行由命令動詞和一組參數(shù)構(gòu)成，其一般形式如下：Command

arg1

arg2

.

.

.

ArgnCommand-----命令名，又稱命令動詞。arg1

arg2...argn-----命令參數(shù)。Linux常用的五大類命令：第一類文件管理類：cd、chmod、chgrp、comm、cp、crypt、diff、file、find、ln、ls、mkdir、mv、od、pr、pwd、rm、rmdir。四、操作接口與系統(tǒng)程序(3)18第二類進程管理類：at、kill、mail、nice、nohup、ps、tiwrite、mesg。第三類文本加工類：cat、crypt、grep、norff、uniq、wc、spell、tail、troff。第四類軟件開發(fā)類：cc、f77、login、logout、size、yacc、emacs、dbs、lex、make、lint、ld。第五類系統(tǒng)維護類：date、man、passwd、stty、tty、who。②批命令方式思想：規(guī)定一種特別的文件稱批命令文件，通常該類文件具有特殊的文件擴展名（如MS-DOS約定為BAT），用戶可預(yù)先把一系列命令組織在該類文件中，一次建立，多次執(zhí)行。操作系統(tǒng)還支持命令文件使用一套控制子命令，可寫出帶形式參數(shù)的批命令文件。這樣的批命令文件可執(zhí)行不同的命令序列，增強命令接口的處理能力。UNIX和Linux的Shell不但是一種交互型命令解釋程序，也是命令級程序設(shè)計語言解釋系統(tǒng)。圖形化用戶界面圖形化用戶接口GUI（Graphics

User

Interface）使用口、圖標、菜單和鼠標等技術(shù)，將系統(tǒng)的功能、各種應(yīng)用程序和文件用圖形符號直觀、逼真地表示出來，用戶可通過選擇窗口、菜單、對話框和滾動條完成對它們的作業(yè)的各種控制和操作。新一代用戶界面虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究和應(yīng)用，多感知通道用戶接口，自然化用戶接口，智能化用戶接口的研究。19(2)脫機用戶接口-----作業(yè)控制語言(命令)這種接口是專為批處理作業(yè)用戶提供的，也稱批處理用戶接口。操作系統(tǒng)提供了一個作業(yè)控制語言JCL（Job

Control

Language），它由一組作業(yè)控制卡，或作業(yè)控制語句或作業(yè)控制操作命令組成。其工作方式如下：用戶使用JCL語句，把運行意圖(需要對作業(yè)進行的控制和干予)寫在作業(yè)說明書上，將作業(yè)連同作業(yè)說明書一起提交給系統(tǒng)。批處理作業(yè)被調(diào)度執(zhí)行時，系統(tǒng)調(diào)用JCL語句處理程序或命令解釋程序?qū)ψ鳂I(yè)說明書進行解釋處理，完成對作業(yè)的運行和控制。20實例：一個需要編譯、連結(jié)編輯的作業(yè)，源程序和數(shù)據(jù)穿在卡片上，編譯、連結(jié)編輯的結(jié)果需在行式打印機上輸出，編譯結(jié)果要存盤，連結(jié)編輯結(jié)果還要從穿孔機輸出，此作業(yè)用JCL語句組織如下://

HAROLDJOB,WILSON,MSGLEVEL=(2,0),PRTY=6,CLASS=b//

COMP

EXEC

PGM=IEYFORT//

SYSPRINT

DD

SYSOUT=A//

SYSIN

DD*21???.<Source

Program

Card>./*//

GO

EXEC

PGM=FORTLINK//

SYSPRINT

DD

SYSOUT=A//

FTOTF001

DD

UNIT=SYSCP//

GO

SYSIN

DD*22???.