計算機軟件及應(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,如設(shè)備、文件、進程提供各種硬件資源，并要提供關(guān)于操作系統(tǒng)的使用說明將操作系統(tǒng)裝入計算機，并對系統(tǒng)參數(shù)和控制結(jié)構(gòu)進行初始化，以使計算機系統(tǒng)能夠為用戶工作3.1.2系統(tǒng)生成與系統(tǒng)啟動系統(tǒng)生成系統(tǒng)生成是指在一臺裸機上（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產(chǎn)生一個清晰的、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)模塊成為一個可執(zhí)行的程序以文件的形式存儲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)程序員來完成的，在系統(tǒng)生成的過程中涉及到機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，用戶每次使用機器時必須啟動系統(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)運行，最終處于命令接收狀態(tài)。分為三個階段：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)做準備對于大、中、小型計算機來說，系統(tǒng)啟動的工作是由系統(tǒng)程序員（或系統(tǒng)管理員來完成的），對于微機來說，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、打開機器電源；2、ROM中“引導(dǎo)程序”運行，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，啟動主引導(dǎo)程序運行；

b.主引導(dǎo)程序在系統(tǒng)盤上找到UNIX文件，裝入內(nèi)存，并啟動其初啟程序；2、存儲空間及其管理機構(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＃進程；（0#進程是系統(tǒng)建立的第一個且永遠處于核心態(tài)的唯一的進程，1#進程是初始進程）6、1＃進程創(chuàng)建各終端進程；7、終端進程運行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運行一個用戶程序的過程使用計算機來計算來運行用戶程序有三個步驟：

（1）用某種語言（例如FORTRAN語言）編制一個程序，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）按照一定要求來控制計算機工作，并經(jīng)過加工最后算出結(jié)果。作業(yè)和作業(yè)步作業(yè)：是要求計算機系統(tǒng)按指定步驟對應(yīng)用程序進行處理并得到計算結(jié)果的加工工作。在多道程序運行環(huán)境下，一個作業(yè)是一個單位，是一個用戶的計算任務(wù)區(qū)別于其他用戶的計算任務(wù)的一個單位。動態(tài)觀點：作業(yè)是對算題任務(wù)進行處理的一個動態(tài)過程靜態(tài)觀點：作業(yè)對應(yīng)的程序和數(shù)據(jù)。作業(yè)步：對應(yīng)用程序進行處理的步驟稱為作業(yè)步。

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

(2)編譯：將源程序翻譯成浮動的目標代碼。(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，使之成為一個可執(zhí)行的、完整的主存映像文件。(4)運行：將主存映像文件調(diào)入主存，并啟動運行，最后得出計算結(jié)果。作業(yè)步之間的關(guān)系表現(xiàn)（1）每個作業(yè)步運行的結(jié)果產(chǎn)生下一個作業(yè)步所需要的文件。如圖所示。（2）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。3.2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)。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組織作業(yè)的工作流程和控制作業(yè)的運行；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使用這些系統(tǒng)調(diào)用，請求操作系統(tǒng)提供的服務(wù)（如，請求使用各種外部設(shè)備進行信息傳輸、向系統(tǒng)申請資源等）。操作界面的分類與發(fā)展作業(yè)控制語言鍵盤命令圖形化用戶界面

具有脫機操作方式的系統(tǒng)提供作業(yè)控制語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鍵盤命令分時操作系統(tǒng)誕生后，用戶可以通過用戶終端直接使用計算機，并且可與計算機“對話”，這就是所謂的交互式計算機。用戶可通過鍵盤直接向計算機發(fā)布各種命令，計算機可接受、執(zhí)行用戶命令。按命令的功能分為：注冊、通信、注銷鍵盤命令按命令的功能分類,一般終端與主機通信的過程可以分為注冊、通信、注銷幾步。

(1)注冊

目的：驗證用戶使用系統(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)會顯示“l(fā)ogin：”，用戶輸入注冊名，系統(tǒng)核對正確后顯示“passwod：”，用戶輸入口令，系統(tǒng)檢驗正確后顯示提示符，準備接受用戶的命令。

(2)通信

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

(3)注銷

當用戶使用完了或暫時不使用系統(tǒng)時，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、時間、系統(tǒng)設(shè)置（DATE、TIME、VER、VOL）運行用戶程序(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，用戶可利用鼠標對屏幕上的圖標進行操作，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。圖形化用戶界面菜單驅(qū)動方式是面向屏幕的交互方式，將鍵盤命令以屏幕方式來體現(xiàn)。圖符驅(qū)動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)動方式、圖符驅(qū)動方式、面向?qū)ο蠹夹g(shù)等集成在一起，形成一個圖文并茂的視窗操作環(huán)境3作業(yè)控制語言

在批處理操作系統(tǒng)時代，用戶使用機是采用脫機方式，即用戶將自己的程序、數(shù)據(jù)和用作業(yè)控制語言編寫的上機操作的步驟的程序一起提交給計算中心（或機房），隔一段時間去機房取結(jié)果。作業(yè)控制語言是一種語言，用來寫程序操作步驟的程序。3作業(yè)控制語言作業(yè)說明書:用戶用于描述批處理作業(yè)處理過程書寫作業(yè)說明書的語言稱為作業(yè)控制語言（JCL）在脫機工作方式下系統(tǒng)提供作業(yè)控制語言（JCL，JobControlLanguage），它既可以寫成操作說明書的形式，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)申請表來分配作業(yè)所需的資源并注冊該作業(yè)；通過作業(yè)說明書（或作業(yè)控制卡）對作業(yè)實施運行控制。一般在批處理系統(tǒng)中都提供JCL語言。作業(yè)說明書表達用戶對作業(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實現(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，對于這樣一類功能，也需有相應(yīng)的控制程序來實現(xiàn)。例如，在程序中要求顯示某個子目錄，這時就不能讓正在運行的程序退出，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(自愿進管指令)： 為了實現(xiàn)對這些事先編制好的、具有特定功能的例行子程序的調(diào)用，現(xiàn)代計算機系統(tǒng)一般提供自愿進管指令，其指令形式為：SVCN其中，SVC表示機器自愿進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求操作系統(tǒng)服務(wù)的，

PDP－11系統(tǒng)計算機的UNIX系統(tǒng)

TRAPn

微機系統(tǒng)windows95/98,NTMS-DOSINTN

系統(tǒng)調(diào)用是通過訪管指令實現(xiàn)的。在程序中，如果希望請求操作系統(tǒng)的服務(wù)（例如，打開一個文件，顯示某個目錄的內(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。在高級語言中（C語言）是隱式使用訪管指令。

訪管中斷當處理機執(zhí)行到這一條指令時就發(fā)生中斷，該中斷稱為訪管中斷，它表示正在運行的程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)的某種需求。借助中斷可使機器狀態(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)提供實現(xiàn)各種功能的例行子程序，其中的每一個功能對應(yīng)訪管指令的一個功能號。

例如：

svc0顯示一個字符

svc1打印一個字符串

......

系統(tǒng)功能調(diào)用是用戶在程序一級請求操作系統(tǒng)服務(wù)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。系統(tǒng)調(diào)用功能分類1．設(shè)備管理：這類系統(tǒng)調(diào)用被用來請求和釋放設(shè)備，以及啟動設(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文件指針等。3．進程控制：當多個用戶程序在系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行時引出了一個新的概念，稱為進程。4．進程通信：進程間傳遞消息或信號的系統(tǒng)調(diào)用。5．存儲管理：內(nèi)存塊的申請、釋放，獲取作業(yè)占用內(nèi)存塊的首址、大小等。3.3.2系統(tǒng)功能調(diào)用的實現(xiàn)操作系統(tǒng)的基本服務(wù)是通過系統(tǒng)功能調(diào)用來實現(xiàn)的，系統(tǒng)功能調(diào)用提供運行程序和操作系統(tǒng)之間的界面。系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)取決于計算機的結(jié)構(gòu)，它是由特定的硬件指令實現(xiàn)對操作系統(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)用實現(xiàn)的具體方法有所不同，但其實質(zhì)的特點是相同的：1、每個系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)一個系統(tǒng)調(diào)用號；2、每個系統(tǒng)調(diào)用有一個對應(yīng)的執(zhí)行程序段；

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

4、整個系統(tǒng)有一個系統(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)用號和參數(shù)，然后執(zhí)行trap指令。調(diào)用號作為指令的一部分（如早期UNIX），或裝入到特定寄存器里（如：DOSint21h，AH=調(diào)用號。）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CPU現(xiàn)場，改變CPU執(zhí)行狀態(tài)（處理機狀態(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，將執(zhí)行結(jié)果裝入適當位置（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)進程管理的系統(tǒng)調(diào)用

fork

創(chuàng)建一個進程

exec

執(zhí)行一個可執(zhí)行的文件

wait

等待子進程終止