第2章操作系統(tǒng)用戶界面

第2章操作系統(tǒng)用戶界面本章主要從用戶使用和系統(tǒng)管理兩方面出發(fā),討論操作系統(tǒng)為用戶提供的編程接口和命令控制接口。首先討論操作系統(tǒng)的命令控制接口及與其相關(guān)的作業(yè)控制和管理概念，然后介紹系統(tǒng)調(diào)用與編程接口，最后介紹操作系統(tǒng)用戶界面示例。第2章操作系統(tǒng)用戶界面作業(yè)的基本概念作業(yè)的建立命令控制界面接口系統(tǒng)調(diào)用作業(yè)的基本概念作業(yè)的定義從用戶的角度，在一次應(yīng)用業(yè)務(wù)處理過程中，從輸入開始到輸出結(jié)束，用戶要求計算機所做的有關(guān)該次業(yè)務(wù)處理的全部工作稱為一個作業(yè)。作業(yè)由不同的順序相連的作業(yè)步組成。作業(yè)步是計算機所做的一個相對獨立的工作。作業(yè)的基本概念作業(yè)的定義從系統(tǒng)的角度，作業(yè)由程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書組成。在批處理系統(tǒng)中，系統(tǒng)是以作業(yè)為單位把程序和數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存執(zhí)行的。作業(yè)的概念常用在批處理系統(tǒng)中。作業(yè)的建立

作業(yè)的組織作業(yè)說明書體現(xiàn)用戶的控制意圖。由作業(yè)說明書在系統(tǒng)中生成一個稱為作業(yè)控制塊(jobcontrolblock，JCB)的表格。

JCB包含三方面內(nèi)容，即基本描述、控制描述和資源要求描述。作業(yè)的建立作業(yè)的建立

作業(yè)的組織作業(yè)說明書主要實現(xiàn)批處理的控制，不同計算機廠家都有各自的作業(yè)說明書的格式和內(nèi)容。在微機系統(tǒng)中，人們常用批處理文件或shell程序方式編寫作業(yè)說明書。尤其在Unix類系統(tǒng)中shell程序設(shè)計也很重要。作業(yè)的建立過程一個作業(yè)的建立過程包括兩個子過程：

作業(yè)的輸入：輸入數(shù)據(jù)、程序、作業(yè)說明書等；

JCB的建立：申請創(chuàng)建作業(yè)的JCB，標志著系統(tǒng)中存在該作業(yè)。作業(yè)的建立作業(yè)輸入方式常分為三種，即聯(lián)機輸入方式、脫機輸入方式、SPOOLING系統(tǒng)。

1）聯(lián)機輸入方式用戶和系統(tǒng)通過交互會話來輸入作業(yè)外圍設(shè)備直接和主機相連接作業(yè)的建立作業(yè)輸入方式

2）脫機輸入方式稱為預(yù)輸入方式。為了解決單臺設(shè)備聯(lián)機輸入時的CPU浪費問題，利用輔機作為外圍處理機進行輸入處理。在輔機上，將作業(yè)輸入到高速設(shè)備磁盤或磁帶上；再把磁盤與主機聯(lián)機輸入作業(yè)。作業(yè)的建立作業(yè)輸入方式

3）SPOOLING系統(tǒng)

SPOOLING（SimultaneousPeripheralOperationsOn-Line），即同時的外圍設(shè)備聯(lián)機操作，也稱假脫機。其工作原理如圖2.4所示。作業(yè)的建立作業(yè)的建立技術(shù)支持：通道技術(shù)和中斷技術(shù)SPOOLING結(jié)構(gòu)作業(yè)輸入方式

3）SPOOLING系統(tǒng)

在SPOOLING系統(tǒng)中，作業(yè)的輸入輸出過程由主機控制、通道操作完成，需由中斷技術(shù)支持。作業(yè)的建立作業(yè)的建立輸入狀態(tài)完成狀態(tài)后備狀態(tài)運行狀態(tài)作業(yè)控制進程…輸入設(shè)備數(shù)據(jù)源程序輸出設(shè)備作業(yè)說明書輸入井運行等待就緒輸出井輸入程序輸出程序作業(yè)調(diào)度進程調(diào)度作業(yè)的執(zhí)行周期與狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

作業(yè)輸入方式

3）SPOOLING系統(tǒng)

組成硬件：大容量外存（磁盤）軟件：

預(yù)輸入程序：I/O→輸入井；

作業(yè)調(diào)度程序：選擇后備作業(yè)進入內(nèi)存；

井讀程序：輸入井→內(nèi)存；

井寫程序：內(nèi)存→輸出井；

緩輸出程序：輸出井→

I/O;作業(yè)的建立井管理程序操作系統(tǒng)的命令控制界面就是用來組織和控制作業(yè)運行的。包括脫機和聯(lián)機方式。

脫機方式：用戶以作業(yè)控制說明書方式或命令文件方式提交給系統(tǒng)，由系統(tǒng)按照作業(yè)說明書或命令文件中所規(guī)定的順序控制作業(yè)執(zhí)行。

如：Linux系統(tǒng)下shell程序。命令控制界面接口

聯(lián)機方式：用戶直接使用操作命令與系統(tǒng)進行交互式會話完成系統(tǒng)的控制和管理。

Windows用戶日常操作都屬于聯(lián)機方式。在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，大都提供脫機（批處理）方式和聯(lián)機控制方式。命令控制界面接口

系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的唯一接口，有助于提高了OS的安全性。利用系統(tǒng)調(diào)用，用戶程序可以動態(tài)請求和釋放系統(tǒng)資源，完成與硬件相關(guān)的工作以及控制程序的執(zhí)行等。

OS中系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)機構(gòu)稱為陷入(trap)處理機構(gòu)。與此對應(yīng)，把由于系統(tǒng)調(diào)用引起處理機中斷的指令稱為陷入指令(或稱訪管指令)。系統(tǒng)調(diào)用接口系統(tǒng)調(diào)用接口系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程系統(tǒng)調(diào)用的處理步驟首先，將處理機狀態(tài)由用戶態(tài)轉(zhuǎn)為系統(tǒng)態(tài)；之后，由硬件和內(nèi)核程序進行系統(tǒng)調(diào)用的一般性處理，即首先保護被中斷進程的CPU環(huán)境，將處理機狀態(tài)字PSW、程序計數(shù)器PC、系統(tǒng)調(diào)用號、用戶棧指針以及通用寄存器內(nèi)容等，壓入堆棧；然后，將用戶定義的參數(shù)傳送到指定的地方保存起來。其次，是分析系統(tǒng)調(diào)用類型，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用處理子程序。最后，在系統(tǒng)調(diào)用處理子程序執(zhí)行完后，應(yīng)恢復(fù)被中斷的或設(shè)置新進程的CPU現(xiàn)場，然后返回被中斷進程或新進程，繼續(xù)往下執(zhí)行。系統(tǒng)調(diào)用的類型1.進程控制類系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建和終止進程的系統(tǒng)調(diào)用。(2)獲得和設(shè)置進程屬性的系統(tǒng)調(diào)用。(3)等待某事件出現(xiàn)的系統(tǒng)調(diào)用。2.文件操縱類系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建和刪除文件。(2)打開和關(guān)閉文件。(3)讀和寫文件。3.進程通信類系統(tǒng)調(diào)用在OS中經(jīng)常采用兩種進程通信方式，即消息傳遞方式和共享存儲區(qū)方式。當系統(tǒng)中采用消息傳遞方式時，在通信前，必須先打開一個連接。為此，應(yīng)由源進程發(fā)出一條打開連接的系統(tǒng)調(diào)用openconnection,而目標進程則應(yīng)利用接受連接的系統(tǒng)調(diào)用acceptconnection表示同意進行通信；然后，在源和目標進程之間便可開始通信。可以利用發(fā)送消息的系統(tǒng)調(diào)用sendmessage或者用接收消息的系統(tǒng)調(diào)用receivemessage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closeconnection結(jié)束通信。

特權(quán)指令與CPU運行狀態(tài)特權(quán)指令指只能由操作系統(tǒng)使用的指令。用戶態(tài)：也稱常態(tài)、目態(tài)、外殼態(tài)，即CPU執(zhí)行用戶程序，不允許執(zhí)行特權(quán)指令。系統(tǒng)態(tài)：也稱特態(tài)、管態(tài)、核心態(tài)，即CPU執(zhí)行系統(tǒng)程序，可執(zhí)行所有指令。

系統(tǒng)調(diào)用接口系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的比較

相同點：改變指令流程；重復(fù)執(zhí)行和公用；改變指令流程后需要返回原處；

系統(tǒng)調(diào)用接口系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的比較不同點：

運行在不同的系統(tǒng)狀態(tài)：一般過程調(diào)用，其調(diào)用程序和被調(diào)用程序都運行在相同狀態(tài)，核心態(tài)或用戶態(tài)；系統(tǒng)調(diào)用，調(diào)用程序在用戶態(tài)，被調(diào)用程序在系統(tǒng)態(tài)。進入方式不同：利用int或trap指令進行系統(tǒng)調(diào)用；利用call或jmp

指令進入普通的過程調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用接口自學(xué)要求：

UNIX的發(fā)展歷史

UNIX的特點

UNIX的接口UNIX用戶界面習(xí)題什么是作業(yè)和作業(yè)步?作業(yè)由哪幾部分組成?敘述SPOOLING系統(tǒng)的