第七章 操作系統(tǒng)接口

1、2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口1第七章第七章 操作系統(tǒng)接口操作系統(tǒng)接口n7.1 概述概述n7.2 命令接口命令接口n7.3 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口27.1 概述概述 操作系統(tǒng)接口負責用戶與計算機之間的交互：用戶通過操作系統(tǒng)接口負責用戶與計算機之間的交互：用戶通過操作系統(tǒng)接口操作系統(tǒng)接口向計算機提交服務需求，計算機通過用向計算機提交服務需求，計算機通過用操作操作系統(tǒng)接口系統(tǒng)接口向用戶提供用戶所需要的服務向用戶提供用戶所需要的服務 計算機系統(tǒng)用戶有兩類：計算機系統(tǒng)用戶有兩類： 一類是普通用戶（使用計算機的應用服務，以解決實一類是普通用戶（使用計算機的應用服務

2、，以解決實際應用問題際應用問題) )和管理員用戶（負責計算機和操作系統(tǒng)的正常和管理員用戶（負責計算機和操作系統(tǒng)的正常與安全運行）。與安全運行）。 另一類是程序開發(fā)人員（需要使用操作系統(tǒng)所提供的另一類是程序開發(fā)人員（需要使用操作系統(tǒng)所提供的編程功能開發(fā)新的應用程序，完成用戶所要求的服務）。編程功能開發(fā)新的應用程序，完成用戶所要求的服務）。2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口3 操作系統(tǒng)為普通用戶、管理員用戶以及編程人員提供不同的操作系統(tǒng)為普通用戶、管理員用戶以及編程人員提供不同的用戶界面用戶界面-接口。接口。 操作系統(tǒng)為普通用戶、管理員用戶提供的界面由一組以不同操作系統(tǒng)為普通用戶、管理員用戶提

3、供的界面由一組以不同形式表示的操作命令組成形式表示的操作命令組成命令接口命令接口 每個命令實現(xiàn)和完成用戶所要求的特定功能和服務每個命令實現(xiàn)和完成用戶所要求的特定功能和服務 不同計算機操作系統(tǒng)為用戶提供的操作命令和表現(xiàn)形式不同，不同不同計算機操作系統(tǒng)為用戶提供的操作命令和表現(xiàn)形式不同，不同時期的操作系統(tǒng)為用戶提供的操作命令和表現(xiàn)形式也不同。而且，同時期的操作系統(tǒng)為用戶提供的操作命令和表現(xiàn)形式也不同。而且，同一操作系統(tǒng)為普通用戶與管理員用戶提供的命令也是不同的。一操作系統(tǒng)為普通用戶與管理員用戶提供的命令也是不同的。 操作系統(tǒng)為編程人員提供的界面是系統(tǒng)調(diào)用。不同操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)為編程人員提供的界面是

4、系統(tǒng)調(diào)用。不同操作系統(tǒng)提供不同的系統(tǒng)調(diào)用。提供不同的系統(tǒng)調(diào)用。2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口47.2 命令接口命令接口n操作系統(tǒng)為用戶提供兩種接口：操作系統(tǒng)為用戶提供兩種接口：命令接口命令接口、系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用。用戶利用命令來組織和控制作業(yè)的執(zhí)行，或管理計算機系統(tǒng)。用戶利用命令來組織和控制作業(yè)的執(zhí)行，或管理計算機系統(tǒng)。編程人員使用系統(tǒng)調(diào)用來請求操作系統(tǒng)提供服務編程人員使用系統(tǒng)調(diào)用來請求操作系統(tǒng)提供服務。使用操作命令進行作業(yè)控制的主要方式有兩種：脫機方式和使用操作命令進行作業(yè)控制的主要方式有兩種：脫機方式和聯(lián)機方式。聯(lián)機方式。脫機方式脫機方式：利用作業(yè)控制語言（作業(yè)控制命令）來編寫作業(yè)說

5、明書，以：利用作業(yè)控制語言（作業(yè)控制命令）來編寫作業(yè)說明書，以控制作業(yè)的執(zhí)行和出錯處理。常用在批處理系統(tǒng)中，也稱它為控制作業(yè)的執(zhí)行和出錯處理。常用在批處理系統(tǒng)中，也稱它為“批處理批處理方式方式”，而把采用批處理控制方式的作業(yè)稱為，而把采用批處理控制方式的作業(yè)稱為“批處理作業(yè)批處理作業(yè)”。 聯(lián)機方式聯(lián)機方式：用戶利用系統(tǒng)為其提供的一組鍵盤或其他操作方式命令，交：用戶利用系統(tǒng)為其提供的一組鍵盤或其他操作方式命令，交互地控制程序執(zhí)行和管理計算機系統(tǒng)?；サ乜刂瞥绦驁?zhí)行和管理計算機系統(tǒng)。2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口5聯(lián)機控制方式命令分類聯(lián)機控制方式命令分類 環(huán)境設置：用來改變終端用戶所在位置、

6、執(zhí)行路徑環(huán)境設置：用來改變終端用戶所在位置、執(zhí)行路徑等等 執(zhí)行權限管理：用來控制用戶訪問系統(tǒng)和讀、寫、執(zhí)行權限管理：用來控制用戶訪問系統(tǒng)和讀、寫、執(zhí)行有關文件的權限。執(zhí)行有關文件的權限。 系統(tǒng)管理：用于系統(tǒng)維護、開機與關機、增加或減系統(tǒng)管理：用于系統(tǒng)維護、開機與關機、增加或減少終端用戶、計時收費等。大部分為系統(tǒng)管理員使用少終端用戶、計時收費等。大部分為系統(tǒng)管理員使用 文件管理：用來管理和控制終端用戶的文件。文件管理：用來管理和控制終端用戶的文件。 編輯、編譯、鏈接裝配和執(zhí)行編輯：用來幫助用戶編輯、編譯、鏈接裝配和執(zhí)行編輯：用來幫助用戶輸入用戶文件。輸入用戶文件。2022-3-24第七章 操作系

7、統(tǒng)接口6聯(lián)機控制方式命令分類聯(lián)機控制方式命令分類 通信：用來進行主機和遠程終端之間的呼叫、聯(lián)接以及斷通信：用來進行主機和遠程終端之間的呼叫、聯(lián)接以及斷開等，從而在主機和終端之間建立會話信道。開等，從而在主機和終端之間建立會話信道。 資源要求：資源要求： 用戶使用該類命令向系統(tǒng)申請資源。用戶使用該類命令向系統(tǒng)申請資源。 現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，大都提供批處理方式和聯(lián)機控制方式。現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，大都提供批處理方式和聯(lián)機控制方式。批處理方式既指傳統(tǒng)的作業(yè)控制語言編寫的作業(yè)說明書方式，批處理方式既指傳統(tǒng)的作業(yè)控制語言編寫的作業(yè)說明書方式，也指那些把不同的交互命令按一定格式組合后的命令文件方也指那些把不同的交互

8、命令按一定格式組合后的命令文件方式。式。2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口7 近年來，命令接口的人機交互方式發(fā)生了革命性變化。無近年來，命令接口的人機交互方式發(fā)生了革命性變化。無論是論是Windows系列，還是系列，還是UNIX系列的操作系統(tǒng)，它們的系列的操作系統(tǒng)，它們的命令接口都是由多窗口的按鈕式圖形界面組成。在這些系統(tǒng)命令接口都是由多窗口的按鈕式圖形界面組成。在這些系統(tǒng)中，命令已被開發(fā)成一條條能用鼠標點擊而執(zhí)行的簡單的菜中，命令已被開發(fā)成一條條能用鼠標點擊而執(zhí)行的簡單的菜單或小巧的圖標。而且，用戶也可以在提示符的提示下用普單或小巧的圖標。而且，用戶也可以在提示符的提示下用普通字符方式輸

9、入各種命令。用聲音控制的命令接口也已逐步通字符方式輸入各種命令。用聲音控制的命令接口也已逐步開發(fā)出來。計算機系統(tǒng)的命令接口將會越來越方便和越來越開發(fā)出來。計算機系統(tǒng)的命令接口將會越來越方便和越來越擬人化。擬人化。命令接口的發(fā)展2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口87.3 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用n系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的唯一接口。系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的唯一接口。n編程人員利用系統(tǒng)調(diào)用，在源程序一級動態(tài)請求和釋放系統(tǒng)編程人員利用系統(tǒng)調(diào)用，在源程序一級動態(tài)請求和釋放系統(tǒng)資源，調(diào)用系統(tǒng)中已有的系統(tǒng)功能來完成那些與機器硬件部資源，調(diào)用系統(tǒng)中已有的系統(tǒng)功能來完成那些與機器硬件部分相關的工

10、作以及控制程序的執(zhí)行速度等。分相關的工作以及控制程序的執(zhí)行速度等。n操作系統(tǒng)內(nèi)有事先編好的實現(xiàn)這些功能的子程序或過程。這操作系統(tǒng)內(nèi)有事先編好的實現(xiàn)這些功能的子程序或過程。這些程序或過程是操作系統(tǒng)程序模塊的一部分，為保證操作系些程序或過程是操作系統(tǒng)程序模塊的一部分，為保證操作系統(tǒng)程序不被用戶程序破壞，系統(tǒng)調(diào)用統(tǒng)程序不被用戶程序破壞，系統(tǒng)調(diào)用不能直接被用戶程序調(diào)不能直接被用戶程序調(diào)用，而只能通過訪管指令來申請調(diào)用它們用，而只能通過訪管指令來申請調(diào)用它們。n系統(tǒng)中控制系統(tǒng)調(diào)用服務的機構(gòu)稱為系統(tǒng)中控制系統(tǒng)調(diào)用服務的機構(gòu)稱為陷阱（陷阱（traptrap）處理機構(gòu)處理機構(gòu)。n由于系統(tǒng)調(diào)用引起處理機中斷的指

11、令稱為由于系統(tǒng)調(diào)用引起處理機中斷的指令稱為陷阱指令陷阱指令（訪管指（訪管指令）。令）。2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口9系統(tǒng)調(diào)用分類系統(tǒng)調(diào)用分類 設備管理設備管理：這類系統(tǒng)調(diào)用被用來請求和釋放設備，：這類系統(tǒng)調(diào)用被用來請求和釋放設備，以及啟動設備操作等。以及啟動設備操作等。 文件管理文件管理：這類系統(tǒng)調(diào)用包括創(chuàng)建、刪除文件，讀、：這類系統(tǒng)調(diào)用包括創(chuàng)建、刪除文件，讀、寫文件以及移動文件指針等。寫文件以及移動文件指針等。 進程控制進程控制：進程創(chuàng)建、進程執(zhí)行、進程撤銷、執(zhí)行：進程創(chuàng)建、進程執(zhí)行、進程撤銷、執(zhí)行等待和執(zhí)行優(yōu)先級控制等。等待和執(zhí)行優(yōu)先級控制等。2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接

12、口10 進程通信進程通信：進程間傳遞消息或信號的系統(tǒng)調(diào)用。：進程間傳遞消息或信號的系統(tǒng)調(diào)用。 存儲管理存儲管理：內(nèi)存塊的申請、釋放，獲取作業(yè)占用：內(nèi)存塊的申請、釋放，獲取作業(yè)占用內(nèi)存塊的首址、大小等。內(nèi)存塊的首址、大小等。 線程管理線程管理：線程的創(chuàng)建、調(diào)度、執(zhí)行、撤銷等。：線程的創(chuàng)建、調(diào)度、執(zhí)行、撤銷等。不同的系統(tǒng)提供不同的系統(tǒng)調(diào)用。不同的系統(tǒng)提供不同的系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用分類系統(tǒng)調(diào)用分類2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口11 用戶在源程序中使用系統(tǒng)調(diào)用，并給出系統(tǒng)用戶在源程序中使用系統(tǒng)調(diào)用，并給出系統(tǒng)調(diào)用名和參數(shù)，即產(chǎn)生一條相應的陷阱指令，處調(diào)用名和參數(shù)，即產(chǎn)生一條相應的陷阱指令，處理機

13、在執(zhí)行到這條指令后，引起處理機中斷，并理機在執(zhí)行到這條指令后，引起處理機中斷，并發(fā)出有關信號給陷阱處理機構(gòu)，該處理機構(gòu)收到發(fā)出有關信號給陷阱處理機構(gòu)，該處理機構(gòu)收到信號后，啟動相關程序保護處理機現(xiàn)場，取系統(tǒng)信號后，啟動相關程序保護處理機現(xiàn)場，取系統(tǒng)調(diào)用功能號并尋找子程序入口，通過入口地址表調(diào)用功能號并尋找子程序入口，通過入口地址表找到該系統(tǒng)子程序并執(zhí)行。執(zhí)行完畢后，退出中找到該系統(tǒng)子程序并執(zhí)行。執(zhí)行完畢后，退出中斷，返回到用戶程序的斷點，恢復現(xiàn)場，繼續(xù)執(zhí)斷，返回到用戶程序的斷點，恢復現(xiàn)場，繼續(xù)執(zhí)行用戶程序。行用戶程序。系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)過程系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)過程2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口1

14、2陷入指令系統(tǒng)子程序sub 0A0sub 1A1sub nAnsub iAi.陷入處理機構(gòu)1)保護處理機現(xiàn)場2)取系統(tǒng)調(diào)用功能號并尋找子程序入口3)恢復處理機現(xiàn)場并返回入口地址表A0A2Ai.An.系統(tǒng)調(diào)用.用戶程序系統(tǒng)調(diào)用的處理過程系統(tǒng)調(diào)用的處理過程2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口13系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)傳遞問題系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)傳遞問題 系統(tǒng)調(diào)用有時需要傳遞給系統(tǒng)子程序以不同的參數(shù)。而且系統(tǒng)調(diào)用有時需要傳遞給系統(tǒng)子程序以不同的參數(shù)。而且系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行結(jié)果也要以參數(shù)形式返回給用戶程序。那么，系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行結(jié)果也要以參數(shù)形式返回給用戶程序。那么，怎樣實現(xiàn)用戶程序和系統(tǒng)程序之間的參數(shù)傳遞呢？怎樣實現(xiàn)

15、用戶程序和系統(tǒng)程序之間的參數(shù)傳遞呢？ 由陷阱指令自帶參數(shù)。一般來說，一條陷阱指令的長度總由陷阱指令自帶參數(shù)。一般來說，一條陷阱指令的長度總是有限的，而且，該指令還要攜帶一個系統(tǒng)調(diào)用的功能號，是有限的，而且，該指令還要攜帶一個系統(tǒng)調(diào)用的功能號，因此，陷阱指令只能自帶極有限的幾個參數(shù)進入系統(tǒng)內(nèi)部。因此，陷阱指令只能自帶極有限的幾個參數(shù)進入系統(tǒng)內(nèi)部。 通過有關通用寄存器來傳遞參數(shù)。這些寄存器應是系統(tǒng)程通過有關通用寄存器來傳遞參數(shù)。這些寄存器應是系統(tǒng)程序和用戶程序都能訪問的。不過，寄存器長度也是較短的。序和用戶程序都能訪問的。不過，寄存器長度也是較短的。從而無法傳遞較多的參數(shù)。因此，在系統(tǒng)調(diào)用較多的系

16、統(tǒng)中，從而無法傳遞較多的參數(shù)。因此，在系統(tǒng)調(diào)用較多的系統(tǒng)中，大多在內(nèi)存中開辟專用堆棧區(qū)來傳遞參數(shù)。大多在內(nèi)存中開辟專用堆棧區(qū)來傳遞參數(shù)。2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口14用戶態(tài)和系統(tǒng)態(tài)用戶態(tài)和系統(tǒng)態(tài) 在系統(tǒng)發(fā)生訪管中斷時，為了不讓用戶程序直接訪問系在系統(tǒng)發(fā)生訪管中斷時，為了不讓用戶程序直接訪問系統(tǒng)程序，反映處理機硬件狀態(tài)的處理機狀態(tài)字統(tǒng)程序，反映處理機硬件狀態(tài)的處理機狀態(tài)字PSWPSW中相應位中相應位要從用戶執(zhí)行模式轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)執(zhí)行模式。這一轉(zhuǎn)換在發(fā)生要從用戶執(zhí)行模式轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)執(zhí)行模式。這一轉(zhuǎn)換在發(fā)生訪管中斷時由硬件自動實現(xiàn)。訪管中斷時由硬件自動實現(xiàn)。 處理機在用戶程序中執(zhí)行稱為處理機在

17、用戶程序中執(zhí)行稱為用戶態(tài)用戶態(tài)。 處理機在系統(tǒng)程序中執(zhí)行稱為處理機在系統(tǒng)程序中執(zhí)行稱為系統(tǒng)態(tài)系統(tǒng)態(tài)。2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口15系統(tǒng)調(diào)用與過程調(diào)用的系統(tǒng)調(diào)用與過程調(diào)用的相同點相同點 改變指令流程改變指令流程 重復執(zhí)行和公用重復執(zhí)行和公用 改變指令流程后需要返回原處改變指令流程后需要返回原處2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口16系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的區(qū)別系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的區(qū)別n運行在不同的系統(tǒng)狀態(tài)運行在不同的系統(tǒng)狀態(tài) n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)態(tài)：核心態(tài)或用戶態(tài)n系統(tǒng)調(diào)用：調(diào)用

18、程序在用戶態(tài)，被調(diào)用程序在系統(tǒng)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)n狀態(tài)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)的轉(zhuǎn)換n一般的過程調(diào)用不涉及系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，可直接由調(diào)用過一般的過程調(diào)用不涉及系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，可直接由調(diào)用過程轉(zhuǎn)向被調(diào)用過程程轉(zhuǎn)向被調(diào)用過程n運行系統(tǒng)調(diào)用時，調(diào)用和被調(diào)用過程在不同系統(tǒng)狀態(tài)，不運行系統(tǒng)調(diào)用時，調(diào)用和被調(diào)用過程在不同系統(tǒng)狀態(tài)，不允許由調(diào)用過程直接轉(zhuǎn)向被調(diào)用過程允許由調(diào)用過程直接轉(zhuǎn)向被調(diào)用過程n通過軟中斷機制先由用戶態(tài)轉(zhuǎn)換為核心態(tài)通過軟中斷機制先由用戶態(tài)轉(zhuǎn)換為核心態(tài)n在在OSOS核心分析后，轉(zhuǎn)向相應的系統(tǒng)調(diào)用處理子程序核心分析后，轉(zhuǎn)向相應的系統(tǒng)調(diào)用處理子程序2022-3-24第七章 操作系

19、統(tǒng)接口17n同一程序中不包含被調(diào)用代碼同一程序中不包含被調(diào)用代碼n系統(tǒng)調(diào)用是動態(tài)調(diào)用，程序中不包含被調(diào)用代碼，好處：系統(tǒng)調(diào)用是動態(tài)調(diào)用，程序中不包含被調(diào)用代碼，好處：n（1 1）用戶程序長度縮短）用戶程序長度縮短n（2 2）當）當OSOS升級時，調(diào)用方不必改變升級時，調(diào)用方不必改變n系統(tǒng)調(diào)用方式的調(diào)用地址和返回地址都是不固定的（系系統(tǒng)調(diào)用方式的調(diào)用地址和返回地址都是不固定的（系統(tǒng)調(diào)用指令中不包含調(diào)用地址，只包含功能號；系統(tǒng)調(diào)統(tǒng)調(diào)用指令中不包含調(diào)用地址，只包含功能號；系統(tǒng)調(diào)用返回指令中不包括返回地址，通過棧保存和彈出返回用返回指令中不包括返回地址，通過棧保存和彈出返回地址，系統(tǒng)調(diào)用返回地址不固定

20、）地址，系統(tǒng)調(diào)用返回地址不固定）系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的區(qū)別系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的區(qū)別2022-3-24第七章 操作系統(tǒng)接口18返回問題返回問題n一般過程調(diào)用在被調(diào)用過程執(zhí)行完后，回調(diào)用過程一般過程調(diào)用在被調(diào)用過程執(zhí)行完后，回調(diào)用過程n搶占式調(diào)度的系統(tǒng)中，被調(diào)用過程執(zhí)行完后，系統(tǒng)將對所有搶占式調(diào)度的系統(tǒng)中，被調(diào)用過程執(zhí)行完后，系統(tǒng)將對所有要求運行的進程進行優(yōu)先級分析。如果調(diào)用進程仍有最高優(yōu)要求運行的進程進行優(yōu)先級分析。如果調(diào)用進程仍有最高優(yōu)先級，則返回到調(diào)用進程執(zhí)行；否則，引起重新調(diào)度，讓優(yōu)先級，則返回到調(diào)用進程執(zhí)行；否則，引起重新調(diào)度，讓優(yōu)先級最高的進程優(yōu)先執(zhí)行。此時，系統(tǒng)把調(diào)用進程放入就緒先級最高的進