第三章 用戶界面

1、 第三章第三章 用戶界面用戶界面23.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境o 1 用戶環(huán)境用戶環(huán)境n 用戶工作環(huán)境形成的主要工作o 設計合理的操作命令，它允許用戶處理由操作系統(tǒng)支持的各種目標。o 系統(tǒng)要提供各種硬件、軟件資源，并提供關于操作系統(tǒng)的實用說明。o 將操作系統(tǒng)裝入計算機，并對系統(tǒng)參數(shù)和控制結構進行初始化，使計算機系統(tǒng)能夠為用戶服務。 3o 2 系統(tǒng)生成和系統(tǒng)啟動系統(tǒng)生成和系統(tǒng)啟動n 系統(tǒng)生成（系統(tǒng)功能模塊、實用程序、系統(tǒng)生成（系統(tǒng)功能模塊、實用程序、SYSGEN）o 系統(tǒng)生成就是操作系統(tǒng)的生成過程。o 是指為了滿足物理設備的約束和需要的系統(tǒng)功能，通過組裝一批模塊來產(chǎn)生一個清晰的、使用方便的操

2、作系統(tǒng)的過程。o 系統(tǒng)生成包括：根據(jù)硬件部件確定系統(tǒng)構造的參數(shù)，編輯系統(tǒng)模塊的參數(shù)，并且連接系統(tǒng)模塊成為一個可執(zhí)行程序。 n 系統(tǒng)初啟系統(tǒng)初啟o 系統(tǒng)初啟又叫系統(tǒng)引導。其任務是把操作系統(tǒng)的必要部分裝入主存并使系統(tǒng)進行初始化工作，最終處于命令接收狀態(tài)。 3.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境43.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境o 系統(tǒng)引導分為三個階段：系統(tǒng)引導分為三個階段：n初始引導：把系統(tǒng)核心裝入內存中的指定位置，并在指定地址啟動；n核心初始化：執(zhí)行系統(tǒng)核心的初啟子程序，初始化系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)；n系統(tǒng)初始化：為用戶使用系統(tǒng)作準備。如建立文件系統(tǒng)、日歷時鐘等。o 系統(tǒng)引導的方式系統(tǒng)引導的方式n獨立引導（bo

3、otup）n輔助下裝（download）53.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境o 獨立引導方式獨立引導方式(滾雪球方式滾雪球方式)nOS核心文件存儲在系統(tǒng)本身的存儲設備中n由系統(tǒng)自己將OS核心程序讀入內存并運行n最后建立一個操作環(huán)境n適用于微機和大多數(shù)系統(tǒng)。o 輔助下裝方式輔助下裝方式nOS主要文件不放在系統(tǒng)本身的存儲設備中，而是在系統(tǒng)啟動后，執(zhí)行下裝操作，從另外的計算機系統(tǒng)中將操作系統(tǒng)常駐部分傳送到該計算機中，使它形成一個操作環(huán)境。n優(yōu)點：可節(jié)省較大存儲空間，下裝的OS并非全部代碼，只是常駐或專用部分，當這部分OS出現(xiàn)問題和故障時，可再請求下裝。n適于多計算機系統(tǒng)、由主控機與前端機構成的系統(tǒng)及分

4、布式系統(tǒng)。63.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境o 獨立引導方式獨立引導方式(滾雪球方式滾雪球方式) 的過程的過程n（1） 初始引導初始引導（也叫自舉）n初始引導的任務就是把核心送入主存并啟動它運行。系統(tǒng)核心是存放在輔存上的。需要通過引導程序來進行裝入。 o 系統(tǒng)加電，硬件電子線路便會自動地把 ROM 中這段初始引導程序（輔存固定位置），并將 CPU 控制權交給它；o 執(zhí)行初始引導程序，對系統(tǒng)硬件和配置進行自檢，保證系統(tǒng)沒有硬件錯誤；o 從硬盤中讀入操作系統(tǒng)引導程序，并將控制權交給該程序模塊。o 引導程序執(zhí)行，將操作系統(tǒng)核心文件讀入內存，并將控制交給核心的初始化程序。73.1 用戶工作環(huán)境用戶工作

5、環(huán)境o （2）核心初始化）核心初始化n初始化系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構及參數(shù)：o 建立進程有關的數(shù)據(jù)結構 o 獲得自由存儲空間的容量，建立存儲管理的數(shù)據(jù)結構 o 建立系統(tǒng)設備和文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構 o 初始化時鐘 o （3）系統(tǒng)初始化）系統(tǒng)初始化n完善OS的操作環(huán)境，裝載命令處理程序（或圖形用戶界面），并初始化； n在多用戶系統(tǒng)中，為每個終端建立命令解釋進程，使系統(tǒng)處于命令接收狀態(tài)。8o WINDOWS 系統(tǒng)的引導系統(tǒng)的引導1. 打開機器電源2. ROM中引導程序運行，裝入系統(tǒng)盤中的主引導程序3. 主引導塊程序執(zhí)行，讀入操作系統(tǒng)核心程序。4. 系統(tǒng)初始化的工作：包括系統(tǒng)資源初始狀態(tài)的設置、系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)結構初始

6、化、引導圖形用戶界面程序。5. 圖形用戶界面運行，生成用戶的圖形用戶界面，系統(tǒng)初啟工作完成。3.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境9o UNIX系統(tǒng)初啟系統(tǒng)初啟1. UNIX操作系統(tǒng)執(zhí)行代碼裝入內存2. 存儲空間及其管理機構初始化3. 與設備有關的初始化4. 與文件系統(tǒng)有關的初始化5. 創(chuàng)建0和1進程6. 1進程創(chuàng)建各終端進程7. 終端進程運行shell8. 各用戶終端上出現(xiàn) login3.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境10n 作業(yè)作業(yè)o 計算機系統(tǒng)按指定步驟對初始數(shù)據(jù)進行處理并得到計算結果的加工工作。 o 作業(yè)有其對應的程序和數(shù)據(jù)。將作業(yè)裝入主存，指的就是將該作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)裝入主存。 n 作業(yè)步作

7、業(yè)步o 加工工作中的一個步驟稱為作業(yè)步。3.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境11o 作業(yè)處理步驟作業(yè)處理步驟1. 編輯：編輯：建立一個新文件，或對已有的文件中的錯誤進行修改。2. 編譯：編譯：將源程序翻譯成浮動的目標代碼。 3. 連接：連接：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，使之成為一個可執(zhí)行的、完整的主存映像文件。4. 運行：運行：將主存映像文件調入主存，并啟動運行，最后得出計算結果。o 作業(yè)步是相互關聯(lián)、順序地執(zhí)行3.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境123.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境o 用戶程序的處理步驟13o 作業(yè)步之間的關系作業(yè)步之間的關系 user.c user.obj

8、user.exe 編輯 編譯 連接 運行 第一個 第二個 第三個 第四個 作業(yè)步 作業(yè)步 作業(yè)步 作業(yè)步n 每個作業(yè)步運行的結果產(chǎn)生下一個作業(yè)步所需要的文件；n 一個作業(yè)步能否正確地執(zhí)行，依賴于前一個作業(yè)步是否成功地完成。3.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境143.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境o 編譯過程中，要為連接裝配工作準備，形成內部符號表和外部調用表。n 內部符號表：本模塊可以被其他程序調用的入口點； n 外部調用表：本模塊要調用的外部的程序模塊名。o 連接的主要工作是確定本模塊和其他所需要的目標模塊之間的調用關系，并進行地址連接，形成浮動的主存映像文件。當該程序要進入主存運行時，由裝載程序

9、負責加載。15o2 靜態(tài)連接和動態(tài)鏈接靜態(tài)連接和動態(tài)鏈接 n靜態(tài)連接靜態(tài)連接 ：將所需的外部調用函數(shù)鏈接到目標文件中形成為一個完整的主存映像文件。 n靜態(tài)連接的缺點 o若多個應用程序都調用了同一個庫函數(shù)，那么，這些應用程序的目標文件中都包含了這個外部函數(shù)對應的代碼，造成主存極大的浪費n動態(tài)連接動態(tài)連接：不需要將外部函數(shù)代碼從庫中提取出來并連接到目標文件中，而是在應用程序中需要調用外部函數(shù)的地方作記錄，并說明要使用的外部函數(shù)名和引用入口號，形成函數(shù)調用鏈表。o所需支持DLL(動態(tài)連接庫) o當 Windows的裝載程序將應用程序和DLL裝入內存后，裝載程序會遍歷形成函數(shù)調用鏈表，將DLL中函數(shù)在

10、內存的入口(段：偏移)填入鏈表中的每個結點。3.1 用戶工作環(huán)境用戶工作環(huán)境163.2 操作系統(tǒng)的用戶界面操作系統(tǒng)的用戶界面o 1 用戶界面的概念用戶界面的概念n 操作系統(tǒng)的用戶界面 (或稱接口) 是操作系統(tǒng)提供給用戶與計算機打交道的外部機制。用戶能夠借助這種機制和系統(tǒng)提供的手段來控制用戶所在的系統(tǒng)。n 操作系統(tǒng)的用戶界面分兩個方面：o 操作界面：又稱操作命令，用戶通過這個操作界面來組織自己的工作流程和控制程序的運行。o 程序界面：又稱系統(tǒng)功能調用，任何一個用戶程序在其運行過程中，可以使用操作系統(tǒng)提供的功能調用來請求操作系統(tǒng)的服務（申請主存、使用外設、創(chuàng)建進程或線程）。173.2 操作系統(tǒng)的用

11、戶界面操作系統(tǒng)的用戶界面o 操作系統(tǒng)提供的用戶界面o 操作命令類型及與操作系統(tǒng)類型的關系：n 鍵盤命令分時操作系統(tǒng)、個人計算機操作系統(tǒng)n 圖形化用戶界面分時操作系統(tǒng)、個人計算機操作系統(tǒng)n 作業(yè)控制語言批處理操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)系統(tǒng)功能調用 操作命令： 作業(yè)控制語言 鍵盤命令 圖形界面183.2 操作系統(tǒng)的用戶界面操作系統(tǒng)的用戶界面o 鍵盤命令鍵盤命令n 系統(tǒng)為聯(lián)機用戶(交互作用的用戶)提供鍵盤命令。n 什么是鍵盤命令o 是操作系統(tǒng)為聯(lián)機用戶提供的一種操作命令，用戶通過這一組命令直接控制和干預程序的運行 。n 鍵盤命令的功能o 分時操作系統(tǒng) 用于注冊、通信、注銷的各類命令。 o 個人計算機操作系統(tǒng)

12、用于通信的各類命令。193.2 操作系統(tǒng)的用戶界面操作系統(tǒng)的用戶界面o 圖形用戶界面圖形用戶界面n 什么是圖形化的用戶界面什么是圖形化的用戶界面o 圖形化用戶界面是良好的用戶交互界面，它將菜單驅動、圖符驅動、面向對象技術等集成在一起，形成一個圖文并茂的視窗操作環(huán)境。n 菜單驅動方式菜單驅動方式o 是面向屏幕的交互方式，它將鍵盤命令以屏幕方式來體現(xiàn)。o 命令和系統(tǒng)能完成的操作，用菜單分類分窗口在屏幕上列出。o 用戶像點菜一樣選擇命令或某種操作，以控制系統(tǒng)去完成指定的工作。o 菜單系統(tǒng)的類型有多種，如下拉式菜單，上推式菜單和隨機彈出式菜單。203.2 操作系統(tǒng)的用戶界面操作系統(tǒng)的用戶界面n圖符驅動

13、方式圖符驅動方式o 是一種面向屏幕的圖形菜單選擇方式。 o 圖符圖符(Icon)也稱圖標，是一個小小的圖符符號。它代表操作系統(tǒng)中的命令、系統(tǒng)服務、操作功能、各種資源。 o 圖形化的命令驅動方式圖形化的命令驅動方式: 當需要啟動系統(tǒng)命令、請求系統(tǒng)資源或操作功能時，可以選擇代表它的圖符，并借助標記輸入設備(鼠標器)，采用鼠標器的點擊和拖拽功能，完成命令和操作選擇及執(zhí)行。n圖形化用戶界面圖形化用戶界面o 是良好的用戶交互界面，它將菜單驅動、圖符驅動、面向對象技術等集成在一起，形成一個圖文并茂的視窗操作環(huán)境。o Windows 系統(tǒng)就是這種圖形化用戶界面的代表。213.2 操作系統(tǒng)的用戶界面操作系統(tǒng)的

14、用戶界面o 圖形化的用戶界面的特點圖形化的用戶界面的特點n 所有程序以統(tǒng)一的窗口形式出現(xiàn)n 提供統(tǒng)一的菜單格式n 系統(tǒng)資源、系統(tǒng)命令、操作功能以圖標表示n 統(tǒng)一的操作方法223.2 操作系統(tǒng)的用戶界面操作系統(tǒng)的用戶界面o 作業(yè)控制語言作業(yè)控制語言n 在脫機方式下系統(tǒng)提供作業(yè)控制語言(JCL)。n 什么是作業(yè)控制語言什么是作業(yè)控制語言o 是一種命令語言，包括了對作業(yè)處理的命令和資源請求命令。n 批處理系統(tǒng)中作業(yè)的組織批處理系統(tǒng)中作業(yè)的組織o 作業(yè)申請：作業(yè)名、需用CPU時間，最遲完成時間、資源請求(主存、外部)等。o 操作說明書：編譯命令、連接命令、運行命令等。o 程序與數(shù)據(jù)233.3 系統(tǒng)功能

15、調用系統(tǒng)功能調用o 什么是系統(tǒng)功能調用什么是系統(tǒng)功能調用n 系統(tǒng)功能調用是用戶在程序一級請求操作系統(tǒng)服務的一種手段，它不是一條簡單的硬指令，而是帶有一定功能號的“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，即由軟件方法實現(xiàn)的。應用程序 i 系統(tǒng)調用 中央處理機 存儲器應用程序外部設備 24o 操作系統(tǒng)如何為用戶程序提供服務操作系統(tǒng)如何為用戶程序提供服務n 操作系統(tǒng)提供實現(xiàn)各種功能的例行子程序 顯示一個字符串打印一個字符串 應用程序 j printf( ); 3.3 系統(tǒng)功能調用系統(tǒng)功能調用25o 如何調用操作系統(tǒng)服務功能如何調用操作系統(tǒng)服務功能 ?n采用統(tǒng)一的方式

16、o 訪管指令o 訪管中斷 o 訪管指令（自愿進管指令）訪管指令（自愿進管指令） svc n o svc表示機器訪管指令的操作碼記憶符o n為地址碼（功能號）o 訪管中斷訪管中斷n當處理機執(zhí)行到訪管指令時就發(fā)生中斷，該中斷稱為訪管中斷，它表示正在運行的程序對操作系統(tǒng)的某種需求。 3.3 系統(tǒng)功能調用系統(tǒng)功能調用26o 操作系統(tǒng)基本服務是通過系統(tǒng)調用來處理的，實現(xiàn)這些服務是通過系統(tǒng)服務請求機構提供的。o 系統(tǒng)服務請求（SSR）機構本質上是一個自陷門，它的執(zhí)行要發(fā)生訪管中斷。o 系統(tǒng)功能調用的格式和功能號的解釋因機器的不同而異，但任何不同的機器都有以下共同的特點：n每個系統(tǒng)調用對應一個功能號，要調用

17、操作系統(tǒng)的某一特定例程，必須在訪管時給出對應的功能號。n按功能號實現(xiàn)調用的過程大體相同，都是由軟件通過對功能號的解釋分別轉入對應的例行子程序。3.3系統(tǒng)功能調用系統(tǒng)功能調用27o 系統(tǒng)功能調用的實現(xiàn)系統(tǒng)功能調用的實現(xiàn) a1a0ai例行子程序入口地址表A+0A+1A+i保護現(xiàn)場；取i值；按i值轉移； 恢復現(xiàn)場；訪管中斷處理程序 svc i 用戶程序+A例行子程序Sub 0Sub 1Sub iSubma0a1anam3.3 系統(tǒng)功能調用系統(tǒng)功能調用283.4 UNIX系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用o UNIX系統(tǒng)調用分類n與進程管理有關的系統(tǒng)調用(P57)n與文件和外設管理有關的系統(tǒng)調用(P57)n與系統(tǒng)狀態(tài)有

18、關的系統(tǒng)調用(P58)o UNIX系統(tǒng)調用的實現(xiàn)n操作系統(tǒng)的系統(tǒng)服務是由訪管指令引起的。UNIX中，這一訪管指令就是自陷指令trap。n系統(tǒng)通過trap借助硬件中斷機構為用戶提供系統(tǒng)核心的接口。29o 自陷指令與自陷向量自陷指令與自陷向量ntrap向量 o034 trap總控程序入口地址 o036 trap總控程序處理機狀態(tài)字 340+6ntrap指令 格式 trap n otrap 為操作碼記憶符，n為系統(tǒng)調用的類型，用指令碼最后6位表示 n自陷過程 (sp) ps (sp) pc pc (034) ps (036)1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 * * * * * *3.4 UNI

19、X系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用30o 系統(tǒng)調用入口地址表系統(tǒng)調用入口地址表 n 系統(tǒng)調用程序的自帶參數(shù)個數(shù)和程序入口地址均按系統(tǒng)調用編號次序存入系統(tǒng)調用入口地址表中。該表記為systent。 struct sysent int count; int (*call)()； sysent64n count：系統(tǒng)調用自帶參數(shù)個數(shù)n (*call)() ：函數(shù)指針，該系統(tǒng)調用例程的入口地址3.4 UNIX系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用31表表10.2 系統(tǒng)調用入口地址表系統(tǒng)調用入口地址表 編號編號 自帶參數(shù)自帶參數(shù) 程序入口地址程序入口地址 系統(tǒng)調用名稱系統(tǒng)調用名稱 0 0 & nullsys indir 1 0 & rexit exit 2 0 & fork fork 3 2 & read read 4 2 & write write 63 無定義 &nosys 無定義3.4 UNIX系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用32n 對應