計(jì)算機(jī)軟件及應(yīng)用第3章用戶界面

3.1用戶工作環(huán)境3.2操作系統(tǒng)的用戶界面3.3系統(tǒng)功能調(diào)用3.4UNIX系統(tǒng)調(diào)用第三章用戶界面3.1用戶工作環(huán)境3.1.1用戶環(huán)境形成用戶環(huán)境的工作：設(shè)計(jì)合理的操作命令,它允許用戶處理由操作系統(tǒng)支持的各種目標(biāo),如設(shè)備、文件、進(jìn)程提供各種硬件資源，并要提供關(guān)于操作系統(tǒng)的使用說(shuō)明將操作系統(tǒng)裝入計(jì)算機(jī)，并對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始化，以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩艄ぷ?.1.2系統(tǒng)生成與系統(tǒng)啟動(dòng)系統(tǒng)生成系統(tǒng)生成是指在一臺(tái)裸機(jī)上（或者安裝新的操作系統(tǒng)）安裝操作系統(tǒng)的過程。

系統(tǒng)生成是指為了滿足物理設(shè)備的約束和需要的系統(tǒng)功能，通過組裝一批模塊來(lái)產(chǎn)生一個(gè)清晰的、使用方便的操作系統(tǒng)的過程系統(tǒng)生成包括：根據(jù)硬件部件確定系統(tǒng)構(gòu)造的參數(shù)，編輯系統(tǒng)模塊的參數(shù)，并且連接系統(tǒng)模塊成為一個(gè)可執(zhí)行的程序以文件的形式存儲(chǔ)在磁盤的特定位置上。

一般情況下，系統(tǒng)生成的工作是由系統(tǒng)程序員來(lái)完成的，在系統(tǒng)生成的過程中涉及到機(jī)器的硬件配置和操作系統(tǒng)核心參數(shù)的設(shè)置。還涉及軟件系統(tǒng)的版權(quán)的問題。在微機(jī)上的系統(tǒng)生成用戶是可以完成的，比如安裝WINDOWS98、LINUX、MINIX、UNIX。系統(tǒng)初啟（系統(tǒng)引導(dǎo)）在系統(tǒng)生成后，用戶每次使用機(jī)器時(shí)必須啟動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)引導(dǎo)的任務(wù)是把操作系統(tǒng)的必要部分裝入主存并使系統(tǒng)運(yùn)行，最終處于命令接收狀態(tài)。分為三個(gè)階段：初始引導(dǎo)：將系統(tǒng)核心裝入內(nèi)存指定的位置核心初始化：執(zhí)行系統(tǒng)核心的初始子程序、初始化系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)系統(tǒng)初始化：為用戶使用系統(tǒng)做準(zhǔn)備對(duì)于大、中、小型計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)啟動(dòng)的工作是由系統(tǒng)程序員（或系統(tǒng)管理員來(lái)完成的），對(duì)于微機(jī)來(lái)說(shuō)，是由用戶自己完成。WINDOWS98初啟：核心文件是IO.SYS和MSDOS.SYS，過程為：1、打開機(jī)器電源；2、ROM中“引導(dǎo)程序”運(yùn)行，裝入系統(tǒng)盤中的主引導(dǎo)塊;3、主引導(dǎo)塊程序執(zhí)行，啟動(dòng)DOS7.0引導(dǎo)程序做系統(tǒng)初始化的工作；包括系統(tǒng)資源初始狀態(tài)的設(shè)置、系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化、引導(dǎo)圖形用戶界面程序；4、圖形用戶界面運(yùn)行，生成用戶的圖形用戶界面，系統(tǒng)初啟工作完成。UNIX系統(tǒng)初啟：核心文件是/UNIX，執(zhí)行過程是：1、將指定的UNIX操作系統(tǒng)執(zhí)行代碼程序裝入內(nèi)存；

a.ROM中引導(dǎo)程序?qū)⒅饕龑?dǎo)塊裝入指定內(nèi)存，啟動(dòng)主引導(dǎo)程序運(yùn)行；

b.主引導(dǎo)程序在系統(tǒng)盤上找到UNIX文件，裝入內(nèi)存，并啟動(dòng)其初啟程序；2、存儲(chǔ)空間及其管理機(jī)構(gòu)初始化；3、與設(shè)備有關(guān)的初始化；4、與文件系統(tǒng)有關(guān)的初始化；5、創(chuàng)建0＃和1＃進(jìn)程；（0#進(jìn)程是系統(tǒng)建立的第一個(gè)且永遠(yuǎn)處于核心態(tài)的唯一的進(jìn)程，1#進(jìn)程是初始進(jìn)程）6、1＃進(jìn)程創(chuàng)建各終端進(jìn)程；7、終端進(jìn)程運(yùn)行shell;8、各用戶終端上出現(xiàn)

login:表示系統(tǒng)初啟完成，等待用戶鍵入命令。3.1.3運(yùn)行一個(gè)用戶程序的過程使用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算來(lái)運(yùn)行用戶程序有三個(gè)步驟：

（1）用某種語(yǔ)言（例如FORTRAN語(yǔ)言）編制一個(gè)程序，它被稱為源程序。（2）將源程序和初始數(shù)據(jù)記錄在某種輸入介質(zhì)上。例如穿成一盤紙帶，或在終端設(shè)備（包括鍵盤、顯示器）上直接編輯源程序。（3）按照一定要求來(lái)控制計(jì)算機(jī)工作，并經(jīng)過加工最后算出結(jié)果。作業(yè)和作業(yè)步作業(yè)：是要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按指定步驟對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行處理并得到計(jì)算結(jié)果的加工工作。在多道程序運(yùn)行環(huán)境下，一個(gè)作業(yè)是一個(gè)單位，是一個(gè)用戶的計(jì)算任務(wù)區(qū)別于其他用戶的計(jì)算任務(wù)的一個(gè)單位。動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)：作業(yè)是對(duì)算題任務(wù)進(jìn)行處理的一個(gè)動(dòng)態(tài)過程靜態(tài)觀點(diǎn)：作業(yè)對(duì)應(yīng)的程序和數(shù)據(jù)。作業(yè)步：對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行處理的步驟稱為作業(yè)步。

典型的作業(yè)步對(duì)作業(yè)的處理的幾個(gè)作業(yè)步在操作系統(tǒng)中，把編好源程序后上機(jī)調(diào)試的工作分成四個(gè)步驟，稱為四個(gè)作業(yè)步：(1)編輯(修改)：建立一個(gè)新文件，或?qū)σ延械奈募械腻e(cuò)誤進(jìn)行修改。

(2)編譯：將源程序翻譯成浮動(dòng)的目標(biāo)代碼。(3)連接：將主程序和其他所需要的子程序和例行程序連接裝配在一起，使之成為一個(gè)可執(zhí)行的、完整的主存映像文件。(4)運(yùn)行：將主存映像文件調(diào)入主存，并啟動(dòng)運(yùn)行，最后得出計(jì)算結(jié)果。作業(yè)步之間的關(guān)系表現(xiàn)（1）每個(gè)作業(yè)步運(yùn)行的結(jié)果產(chǎn)生下一個(gè)作業(yè)步所需要的文件。如圖所示。（2）一個(gè)作業(yè)步能否正確地執(zhí)行，依賴于前一個(gè)作業(yè)步是否成功地完成。3.2操作系統(tǒng)的用戶界面3.2.1什么是用戶界面

用戶界面(或稱接口)

是操作系統(tǒng)提供給用戶與計(jì)算機(jī)打交道的外部機(jī)制。用戶能夠借助這種機(jī)制和系統(tǒng)提供的手段來(lái)控制用戶所在的系統(tǒng)。3.2.2操作系統(tǒng)提供的用戶界面操作系統(tǒng)提供的用戶界面操作系統(tǒng)提供的用戶接口操作系統(tǒng)為用戶提供的接口體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是操作系統(tǒng)為用戶提供的各種操作命令，用戶可利用這些操作命令來(lái)組織作業(yè)的工作流程和控制作業(yè)的運(yùn)行；二是操作系統(tǒng)為用戶提供的一組系統(tǒng)功能調(diào)用，用戶可以在源程序一級(jí)使用這些系統(tǒng)調(diào)用，請(qǐng)求操作系統(tǒng)提供的服務(wù)（如，請(qǐng)求使用各種外部設(shè)備進(jìn)行信息傳輸、向系統(tǒng)申請(qǐng)資源等）。操作界面的分類與發(fā)展作業(yè)控制語(yǔ)言鍵盤命令圖形化用戶界面

具有脫機(jī)操作方式的系統(tǒng)提供作業(yè)控制語(yǔ)言具有交互操作方式的系統(tǒng)提供鍵盤命令或圖形化用戶界面

⒈鍵盤命令分時(shí)操作系統(tǒng)誕生后，用戶可以通過用戶終端直接使用計(jì)算機(jī)，并且可與計(jì)算機(jī)“對(duì)話”，這就是所謂的交互式計(jì)算機(jī)。用戶可通過鍵盤直接向計(jì)算機(jī)發(fā)布各種命令，計(jì)算機(jī)可接受、執(zhí)行用戶命令。按命令的功能分為：注冊(cè)、通信、注銷鍵盤命令按命令的功能分類,一般終端與主機(jī)通信的過程可以分為注冊(cè)、通信、注銷幾步。

(1)注冊(cè)

目的：驗(yàn)證用戶使用系統(tǒng)的權(quán)限；為用戶設(shè)置必要的環(huán)境。

方法：在終端接通之后，系統(tǒng)會(huì)顯示“l(fā)ogin：”，用戶輸入注冊(cè)名，系統(tǒng)核對(duì)正確后顯示“passwod：”，用戶輸入口令，系統(tǒng)檢驗(yàn)正確后顯示提示符，準(zhǔn)備接受用戶的命令。

(2)通信

通信類的命令可以控制程序的運(yùn)行、申請(qǐng)系統(tǒng)資源、輸入程序和數(shù)據(jù)等。包括——文件管理、目錄管理、程序運(yùn)行控制（編譯、連接裝配和運(yùn)行）、輸入數(shù)據(jù)、申請(qǐng)資源、操作方式轉(zhuǎn)換。

(3)注銷

當(dāng)用戶使用完了或暫時(shí)不使用系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)輸入注銷命令。如UNIX系統(tǒng)中把鍵盤命令分成：基本命令、高級(jí)命令。

DOS系統(tǒng)把鍵盤命令分為：文件管理（COPY、COMP、TYPE、DEL、REN）磁盤管理（FORMAT、CHKDSK、DISKCOPY、DISKCOMP）目錄管理（DIR、CD、MD、RD、TREE）設(shè)備工作模式（CLS、MODE）日期、時(shí)間、系統(tǒng)設(shè)置（DATE、TIME、VER、VOL）運(yùn)行用戶程序(MASM、LINK、DEBUG)2圖形化的用戶界面圖形化的用戶界面(圖形用戶接口)即為GUI,GraphicUserInterface。在命令行方式下，用戶與操作系統(tǒng)的交互要求用戶已記憶命令格式。在圖形用戶接口方式下，用戶可利用鼠標(biāo)對(duì)屏幕上的圖標(biāo)進(jìn)行操作，完成與操作系統(tǒng)的交互，從而減少記憶內(nèi)容，方便用戶使用。它的技術(shù)基礎(chǔ)是高分辯顯示器和鼠標(biāo)。圖形化用戶界面菜單驅(qū)動(dòng)方式是面向屏幕的交互方式，將鍵盤命令以屏幕方式來(lái)體現(xiàn)。圖符驅(qū)動(dòng)方式是一種面向屏幕的圖形菜單選擇方式。圖形化用戶界面是良好的用戶交互界面，將菜單驅(qū)動(dòng)方式、圖符驅(qū)動(dòng)方式、面向?qū)ο蠹夹g(shù)等集成在一起，形成一個(gè)圖文并茂的視窗操作環(huán)境3作業(yè)控制語(yǔ)言

在批處理操作系統(tǒng)時(shí)代，用戶使用機(jī)是采用脫機(jī)方式，即用戶將自己的程序、數(shù)據(jù)和用作業(yè)控制語(yǔ)言編寫的上機(jī)操作的步驟的程序一起提交給計(jì)算中心（或機(jī)房），隔一段時(shí)間去機(jī)房取結(jié)果。作業(yè)控制語(yǔ)言是一種語(yǔ)言，用來(lái)寫程序操作步驟的程序。3作業(yè)控制語(yǔ)言作業(yè)說(shuō)明書:用戶用于描述批處理作業(yè)處理過程書寫作業(yè)說(shuō)明書的語(yǔ)言稱為作業(yè)控制語(yǔ)言（JCL）在脫機(jī)工作方式下系統(tǒng)提供作業(yè)控制語(yǔ)言（JCL，JobControlLanguage），它既可以寫成操作說(shuō)明書的形式，也可穿孔成為作業(yè)控制卡的形式（前者較多地為批處理系統(tǒng)所采用）。操作系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)申請(qǐng)表來(lái)分配作業(yè)所需的資源并注冊(cè)該作業(yè)；通過作業(yè)說(shuō)明書（或作業(yè)控制卡）對(duì)作業(yè)實(shí)施運(yùn)行控制。一般在批處理系統(tǒng)中都提供JCL語(yǔ)言。作業(yè)說(shuō)明書表達(dá)用戶對(duì)作業(yè)的控制意圖內(nèi)容：作業(yè)的基本描述作業(yè)控制描述資源要求描述3.3系統(tǒng)功能調(diào)用系統(tǒng)功能調(diào)用概念

系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用：用戶所需要的功能，有些是比較復(fù)雜的，硬件不能直接提供，只能通過軟件的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。而有些功能可由硬件完成，并設(shè)有相應(yīng)的指令，如啟動(dòng)外設(shè)工作，就有用于輸入/輸出的硬指令。但配置了操作系統(tǒng)后，對(duì)系統(tǒng)資源的分配、控制不能由用戶干預(yù)，而必須由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理。所以，對(duì)于這樣一類功能，也需有相應(yīng)的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，在程序中要求顯示某個(gè)子目錄，這時(shí)就不能讓正在運(yùn)行的程序退出，然后發(fā)出“DIR”命令。這就要求在程序中能直接使用“DIR”命令，這種直接使用操作系統(tǒng)命令的功能稱為系統(tǒng)調(diào)用。程序中：open打開文件

creat

創(chuàng)建文件

exit進(jìn)程終止（程序序結(jié)束）

close關(guān)閉文件操作系統(tǒng)如何為用戶程序提供服務(wù)？操作系統(tǒng)提供實(shí)現(xiàn)各種功能的例行子程序

如何調(diào)用操作系統(tǒng)服務(wù)功能——

采用統(tǒng)一的方式訪管指令與訪管中斷訪管指令訪管指令(自愿進(jìn)管指令)： 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這些事先編制好的、具有特定功能的例行子程序的調(diào)用，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般提供自愿進(jìn)管指令，其指令形式為：SVCN其中，SVC表示機(jī)器自愿進(jìn)管指令的操作碼記憶符

N為地址碼。SVC是SupervisorCall（訪問管理程序）的縮寫，所以SVC指令又稱訪管指令。系統(tǒng)調(diào)用是通過訪管指令請(qǐng)求操作系統(tǒng)服務(wù)的，

PDP－11系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的UNIX系統(tǒng)

TRAPn

微機(jī)系統(tǒng)windows95/98,NTMS-DOSINTN

系統(tǒng)調(diào)用是通過訪管指令實(shí)現(xiàn)的。在程序中，如果希望請(qǐng)求操作系統(tǒng)的服務(wù)（例如，打開一個(gè)文件，顯示某個(gè)目錄的內(nèi)容等），就要執(zhí)行一條訪管指令（trap、int），系統(tǒng)處理這個(gè)中斷，即為用戶提供相應(yīng)的服務(wù)（或者稱響應(yīng)用戶的請(qǐng)求）。注意：在匯編程序中是顯式地使用訪管中斷命令，trap、INT。在高級(jí)語(yǔ)言中（C語(yǔ)言）是隱式使用訪管指令。

訪管中斷當(dāng)處理機(jī)執(zhí)行到這一條指令時(shí)就發(fā)生中斷，該中斷稱為訪管中斷，它表示正在運(yùn)行的程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)的某種需求。借助中斷可使機(jī)器狀態(tài)由目態(tài)轉(zhuǎn)為管態(tài)。

什么是系統(tǒng)功能調(diào)用

操作系統(tǒng)提供實(shí)現(xiàn)各種功能的例行子程序，其中的每一個(gè)功能對(duì)應(yīng)訪管指令的一個(gè)功能號(hào)。

例如：

svc0顯示一個(gè)字符

svc1打印一個(gè)字符串

......

系統(tǒng)功能調(diào)用是用戶在程序一級(jí)請(qǐng)求操作系統(tǒng)服務(wù)的一種手段，它不是一條簡(jiǎn)單的硬指令，而是帶有一定功能號(hào)的“訪管指令”。它的功能并非由硬件直接提供，而是由操作系統(tǒng)中的一段程序完成的，即由軟件方法實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)調(diào)用功能分類1．設(shè)備管理：這類系統(tǒng)調(diào)用被用來(lái)請(qǐng)求和釋放設(shè)備，以及啟動(dòng)設(shè)備操作等。2．文件管理：這類系統(tǒng)調(diào)用包括創(chuàng)建、刪除文件，讀、寫文件操作以及移動(dòng)文件指針等。3．進(jìn)程控制：當(dāng)多個(gè)用戶程序在系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行時(shí)引出了一個(gè)新的概念，稱為進(jìn)程。4．進(jìn)程通信：進(jìn)程間傳遞消息或信號(hào)的系統(tǒng)調(diào)用。5．存儲(chǔ)管理：內(nèi)存塊的申請(qǐng)、釋放，獲取作業(yè)占用內(nèi)存塊的首址、大小等。3.3.2系統(tǒng)功能調(diào)用的實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的基本服務(wù)是通過系統(tǒng)功能調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)功能調(diào)用提供運(yùn)行程序和操作系統(tǒng)之間的界面。系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)取決于計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，它是由特定的硬件指令實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)某一服務(wù)例程的調(diào)用。

不同的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)的具體方法有所不同，但其實(shí)質(zhì)的特點(diǎn)是相同的：1、每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)；2、每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用有一個(gè)對(duì)應(yīng)的執(zhí)行程序段；

3、每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用要求一定數(shù)量的輸入?yún)?shù)和返回值；

4、整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行程序入口地址表；系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程系統(tǒng)功能調(diào)用的過程

（1）設(shè)置系統(tǒng)調(diào)用號(hào)和參數(shù)，然后執(zhí)行trap指令。調(diào)用號(hào)作為指令的一部分（如早期UNIX），或裝入到特定寄存器里（如：DOSint21h，AH=調(diào)用號(hào)。）參數(shù)裝入到特定寄存器里，或以寄存器指針指向參數(shù)表（內(nèi)存區(qū)域）。

（2）入口的一般性處理。保護(hù)CPU現(xiàn)場(chǎng)，改變CPU執(zhí)行狀態(tài)（處理機(jī)狀態(tài)字PSW切換，地址空間表切換）將參數(shù)取到核心空間

（3）查入口跳轉(zhuǎn)表，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)功能的過程

（4）恢復(fù)CPU現(xiàn)場(chǎng)，將執(zhí)行結(jié)果裝入適當(dāng)位置（類似于參數(shù)帶入），執(zhí)行中斷返回指令3.4UNIX系統(tǒng)調(diào)用1、有關(guān)進(jìn)程管理的系統(tǒng)調(diào)用

fork

創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程

exec

執(zhí)行一個(gè)可執(zhí)行的文件

wait

等待子進(jìn)程終止