用戶與操作系統(tǒng)的接口

1、用戶與操作系統(tǒng)的接口第二章第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口用戶與操作系統(tǒng)的接口2.1 作業(yè)控制級(jí)接口作業(yè)控制級(jí)接口 2.2 程序級(jí)接口程序級(jí)接口 第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口2.1 作業(yè)控制級(jí)接口作業(yè)控制級(jí)接口作業(yè)：用戶一次請(qǐng)求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為它完成任務(wù)所進(jìn)行的工作總和。作業(yè)步：處理作業(yè)的各獨(dú)立的子任務(wù)。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口一個(gè)作業(yè)是指在一次應(yīng)用業(yè)務(wù)處理過程中，從輸開始到輸出結(jié)束，用戶要求計(jì)算機(jī)所做的有關(guān)該次業(yè)務(wù)處理的全部工作。 用戶的觀點(diǎn)：在一次業(yè)務(wù)處理過程中，從輸入程序和數(shù)據(jù)到輸出結(jié)果的全過程。作業(yè)步：形成中間結(jié)果文件。 系統(tǒng)的觀點(diǎn)（針對(duì)作業(yè)進(jìn)行

2、資源分配）：作業(yè)由程序及數(shù)據(jù)（作業(yè)體）和作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言） 作業(yè)由不同的順序相連的作業(yè)步組成。 作業(yè)步是在一個(gè)作業(yè)的處理過程中，計(jì)算機(jī)所做的相對(duì)獨(dú)立的工作。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)的組成 作業(yè)說明書包括作業(yè)基本情況、作業(yè)控制、作業(yè)資源要求的描述；它體現(xiàn)用戶的控制意圖。如：預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間、要求的資源情況、執(zhí)行優(yōu)先級(jí)等。 作業(yè)基本情況：用戶名、作業(yè)名、編程語言、最大處理時(shí)間等； 作業(yè)控制描述：作業(yè)控制方式、作業(yè)步的操作順序、作業(yè)執(zhí)行出錯(cuò)處理； 作業(yè)資源要求描述：處理時(shí)間、優(yōu)先級(jí)、內(nèi)存空間、外設(shè)類型和數(shù)量等；作第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)

3、的處理過程第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)輸入方式無通道處理方式 聯(lián)機(jī)（降低了CPU效率）：由主機(jī)直接控制輸入/輸出；I/O與作業(yè)處理不能并行。 脫機(jī)（人工干預(yù)）：通過磁帶或磁盤在外圍處理機(jī)與主機(jī)之間交換作業(yè)（需人工移動(dòng)）；用于主機(jī)不太快的情況。 直接耦合：通過共享外存在外圍處理機(jī)與主機(jī)之間交換作業(yè)；用于高速主機(jī)。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)輸入方式有通道處理：輸入/輸出由主機(jī)和通道來承擔(dān)。 假脫機(jī)(spooling, Simultaneously Peripheral Operation OnLine)：系統(tǒng)把作業(yè)處理的全過程劃分為相對(duì)獨(dú)立的三

4、個(gè)部分-輸入流、處理流和輸出流。spooling-in/spooling-out進(jìn)程：控制輸入/輸出； 網(wǎng)絡(luò)：在網(wǎng)絡(luò)上一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行作業(yè)輸入/輸出，在另一臺(tái)主機(jī)上運(yùn)行；第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)控制表(JCB, Job Control Block)在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)對(duì)作業(yè)進(jìn)行管理的必要信息 作業(yè)名 估計(jì)執(zhí)行時(shí)間 優(yōu)先數(shù)（用于調(diào)度） 作業(yè)說明書文件名 程序類型（需調(diào)用的系統(tǒng)程序） 資源要求：（靜態(tài)，或中間可以隨作業(yè)步變化效率不高；動(dòng)態(tài)分配) 作業(yè)狀態(tài)：提交、后備、執(zhí)行、就緒、等待、完成第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)調(diào)度檢查系統(tǒng)是否滿足作業(yè)的資源要

5、求，并一定算法選取作業(yè)。作業(yè)調(diào)度也稱為宏觀調(diào)度。 作業(yè)調(diào)度算法的評(píng)價(jià)因素 作業(yè)吞吐量：運(yùn)行盡可能多的作業(yè)； 充分利用資源：CPU忙、I/O設(shè)備忙； 對(duì)各作業(yè)公平、合理，使用戶滿意：執(zhí)行時(shí)間長短、等待時(shí)間等；第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)調(diào)度算法實(shí)際的算法可能會(huì)是多種算法的綜合。 先來先服務(wù)（FCFS）：按照作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)的先后次序進(jìn)行調(diào)度，先進(jìn)入系統(tǒng)者先調(diào)度；即啟動(dòng)等待時(shí)間最長的作業(yè)。 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單、公平 缺點(diǎn)：沒考慮資源利用率和作業(yè)的特殊性第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)調(diào)度算法 短作業(yè)優(yōu)先（SJF）：以要求運(yùn)行時(shí)間長短進(jìn)行調(diào)度，即啟動(dòng)要求運(yùn)行時(shí)

6、間最短的作業(yè)。 優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)了資源的充分利用，保證了系統(tǒng)的最大吞吐量（單位時(shí)間里處理作業(yè)的個(gè)數(shù)）。 缺點(diǎn)：不公平，會(huì)造成長作業(yè)長期等待。 結(jié)論：假設(shè)系統(tǒng)中所有作業(yè)同時(shí)到達(dá)，可以證明采用SJF能得到最短的作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)調(diào)度算法 高響應(yīng)比優(yōu)先（HRF）：響應(yīng)比最高的作業(yè)優(yōu)先啟動(dòng)。 響應(yīng)比=（等待時(shí)間+估計(jì)運(yùn)行時(shí)間）/ 估計(jì)運(yùn)行時(shí)間 該算法是FCFS和SJF的結(jié)合，克服了兩種算法的缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn): 公平，吞吐率大缺點(diǎn): 增加了計(jì)算，增加了開銷第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)調(diào)度算法高優(yōu)先級(jí)優(yōu)先：由用戶指定作業(yè)優(yōu)先級(jí)，

7、優(yōu)先級(jí)高的作業(yè)先啟動(dòng)。資源均衡型調(diào)度：把作業(yè)分類，作業(yè)調(diào)度從不同類型作業(yè)中去調(diào)度作業(yè) 根據(jù)作業(yè)對(duì)資源要求分類：I/O型、CPU型和均衡型第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口 作業(yè)的類型作業(yè)的類型根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的作業(yè)處理方式不同， 可把作業(yè)分成兩大類： l脫機(jī)作業(yè)：用戶不能與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交互，也稱為批量型作業(yè)。l聯(lián)機(jī)作業(yè)：用戶可以和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)直接交互，控制作業(yè)的運(yùn)行，也稱為交互型作業(yè)或終端型作業(yè)。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)控制用戶接口脫機(jī)用戶接口l用于脫機(jī)控制方式，系統(tǒng)自動(dòng)控制作業(yè)的執(zhí)行，效率較高。聯(lián)機(jī)用戶接口l用于聯(lián)機(jī)作業(yè)的控制，采用人機(jī)對(duì)話的方式來控制

8、作業(yè)的運(yùn)行，能及時(shí)了解作業(yè)的運(yùn)行情況和系統(tǒng)狀態(tài)。l一般有三種方式：命令驅(qū)動(dòng)方式、菜單驅(qū)動(dòng)方式、命令文件方式第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口作業(yè)控制方式脫機(jī)作業(yè)控制：用戶輸入作業(yè)說明書，整個(gè)作業(yè)的運(yùn)行由系統(tǒng)控制。聯(lián)機(jī)作業(yè)控制：通過人-機(jī)會(huì)話方式控制作業(yè)運(yùn)行。用戶登錄（在終端控制臺(tái)登錄或遠(yuǎn)程登錄），由系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行一些命令腳本后，并進(jìn)入shell（字符或GUI界），接受用戶的命令和操作，最后退出系統(tǒng)。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口命令行命令行：一行可有一個(gè)或多個(gè)命令，每次一行，包含一個(gè)或多個(gè)命令。 shell給出提示符時(shí)可輸入，以回車鍵提交。如： “l(fā)s -a

9、-l”列出當(dāng)前目錄文件列表； gunzip mp1.tar.gz; tar -xvf mp1.tar; rm -r -f mp1.tar為解壓縮后再展開。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口命令格式一個(gè)命令可有命令參數(shù)，格式包括選項(xiàng)/開關(guān)(option/switch)或參數(shù)(argument)。 如UNIX系統(tǒng)： cp -r doc /tmpargv0, argv1, .（含子目錄的文件復(fù)制：/tmp為目標(biāo)地址）第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口命令分類 內(nèi)部命令：直接由shell本身完成，功能簡單、使用頻繁；如：DOS的copy命令。 外部命令：運(yùn)行相應(yīng)的可執(zhí)行

10、文件，在使用時(shí)加載。如：DOS的xcopy命令。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口圖形用戶接口在命令行方式下，用戶與操作系統(tǒng)的交互要求用戶記憶命令格式。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)。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口窗口系統(tǒng)(window system)的特點(diǎn)l利用圖形元素表示功能：將各種圖形元素顯示在屏幕上，用戶可以通過操縱圖形元素（如菜單、圖標(biāo)）來執(zhí)行相應(yīng)的功能l同屏多窗口與并發(fā)進(jìn)程相對(duì)應(yīng)：屏幕上同時(shí)顯示多個(gè)窗口；一個(gè)進(jìn)程可以對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)窗

11、口；窗口動(dòng)態(tài)創(chuàng)建、改變、撤銷l輸入方式：鼠標(biāo)指針點(diǎn)擊（或其他定位設(shè)備）和鍵盤輸入；通常是即時(shí)交互第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口窗口系統(tǒng)(window system)的特點(diǎn)l一致的圖形元素風(fēng)格可方便用戶學(xué)習(xí)和使用：如按鈕、滾動(dòng)條l優(yōu)點(diǎn)：操作直觀（不必記命令行參數(shù)），可與多個(gè)進(jìn)程交互，便于進(jìn)行多媒體處理簡而言之：交互的并發(fā)性好、傳遞信息量大第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口命令文件方式第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口命令類型系統(tǒng)訪問命令 編輯和文件管理命令 編譯、 匯編和連接命令 調(diào)試命令 維護(hù)管理命令 其它命令 第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口

12、用戶與操作系統(tǒng)的接口 2.2 程序級(jí)接口程序級(jí)接口管態(tài)與算態(tài)管態(tài)與算態(tài) l計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中，用戶程序工作的狀態(tài)稱為算態(tài)或用戶態(tài)；系統(tǒng)程序工作的狀態(tài)稱為管態(tài)或系統(tǒng)態(tài)。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口 特權(quán)指令與訪管指令特權(quán)指令與訪管指令只允許在管態(tài)下使用的指令，稱為特權(quán)指令。 常見的特權(quán)指令有以下幾種： (1) 有關(guān)對(duì)外設(shè)使用的指令 (2) 有關(guān)訪問程序狀態(tài)的指令 (3) 存取特殊寄存器指令 (4) 其它指令 第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口下列哪些指令是特權(quán)指令(1)改變存儲(chǔ)器管理寄存器(2)寫程序計(jì)數(shù)器(3)讀日歷鐘(4)設(shè)置日歷鐘(5)改變處理器優(yōu)先級(jí)第

13、二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口 訪管指令用戶程序在算態(tài)下運(yùn)行，只能使用算態(tài)指令。操作系統(tǒng)是系統(tǒng)程序，在管態(tài)下運(yùn)行，它既可使用算態(tài)指令，也能使用特權(quán)指令。訪管指令 實(shí)現(xiàn)從算態(tài)到管態(tài)的改變； 在管態(tài)下由操作系統(tǒng)代替用戶完成其請(qǐng)求； 操作系統(tǒng)工作完成后由管態(tài)返回到算態(tài)。 第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用操作系統(tǒng)提供某種形式的接口，使用戶通過接口可以使用系統(tǒng)提供的各種功能。系統(tǒng)調(diào)用通過訪管指令或軟中斷的方式中斷現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)向執(zhí)行相應(yīng)的子程序，以完成特定的系統(tǒng)功能。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口通過系統(tǒng)調(diào)用接口也可使用系統(tǒng)命令 C

14、語言里的system()函數(shù)可調(diào)用shell來完成命令 如UNIX系統(tǒng)： system(cp -r doc /tmp)第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)過程實(shí)際上系統(tǒng)調(diào)用語句本身是硬件提供的（機(jī)器指令），但其所調(diào)用的功能是操作系統(tǒng)提供的。每種機(jī)器的機(jī)器指令集中都有一條系統(tǒng)調(diào)用指令。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)過程第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口設(shè)置系統(tǒng)調(diào)用號(hào)和參數(shù) 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：DOS int 21h，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

15、指向參數(shù)表（內(nèi)存區(qū)域）。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口執(zhí)行trap(int)指令入口的一般性處理，查入口跳轉(zhuǎn)表，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)功能的過程。 保護(hù)CPU現(xiàn)場(將PC與PSW入棧)，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)取到核心空間第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口執(zhí)行操作系統(tǒng)內(nèi)部代碼第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口執(zhí)行iret指令將執(zhí)行結(jié)果裝入適當(dāng)位置（類似于參數(shù)帶入），恢復(fù)CPU現(xiàn)場（以棧頂內(nèi)容置PSW和PC）。第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口2.2.5 系統(tǒng)調(diào)用的使用和執(zhí)行過程系統(tǒng)調(diào)用的使用和執(zhí)

16、行過程 1 使用步驟使用步驟 （1） 將系統(tǒng)調(diào)用所需的參數(shù)和參數(shù)的首址送到規(guī)定的通用寄存器。 （2） 設(shè)置一條調(diào)用指令(比如“訪管”指令或“軟中斷”指令)。系統(tǒng)調(diào)用命令的功能號(hào)，有的系統(tǒng)直接在調(diào)用指令中給出，有的系統(tǒng)也作為調(diào)用命令的參數(shù)放入到指定的通用寄存器中。 第二章 用戶與操作系統(tǒng)的接口 用戶與操作系統(tǒng)的接口 2 執(zhí)行過程 (1) 為執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用命令作準(zhǔn)備，將用戶程序的“現(xiàn)場”保留，同時(shí)將系統(tǒng)調(diào)用編號(hào)、參數(shù)等放入約定的存儲(chǔ)單元中。 (2) 根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用命令號(hào)，檢查是否為合法的系統(tǒng)調(diào)用。 若是，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用表和系統(tǒng)調(diào)用號(hào)， 轉(zhuǎn)入相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。 (3) 系統(tǒng)調(diào)用命令執(zhí)行完后，恢復(fù)“現(xiàn)場”，同時(shí)將系統(tǒng)調(diào)用命令的返回參數(shù)或參數(shù)區(qū)首址送到系統(tǒng)約定的寄存器中供用戶程序使用。 第二