操作系统用户界面 (2).ppt
操作系统Operating System,北方工业大学计算机系North China University of TechnologyDepartment of Computer 授课教师：宋丽华Email：Tel:88803939 五教1102,第二章 操作系统用户界面,2.1 简介,2.2 一般用户的输入输出界面,2.3 命令控制界面,2.4 系统调用,2.1 简 介,用户界面的作用：负责用户与操作系统之间的交互用户通过界面向计算机系统提交服务需求计算机通过用户界面向用户提供其所需要的服务计算机系统用户分类使用和管理计算机应用程序的用户程序开发人员用户界面的类别 命令控制界面系统调用,第二章 操作系统用户界面,2.1 简介,2.2 一般用户的输入输出界面,2.3 命令控制界面,2.4 系统调用,2.2 一般用户的输入输出界面,2.2.1 作业的定义,作业:是指在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部过程称为一个作业。批处理系统中作业是抢占内存的基本单位。作业比程序的概念更广：它由程序、数据、作业说明书组成。作业流(Job Stream)：一批作业在系统控制下，依次输入到后援存储器中等待运行，就形成了一个作业流。,2.2.1 作业的定义,2.2.1 作业的定义,作业步：通常一个作业又可分为若干个顺序处理的步骤。作业步就是在一个作业处理的过程中计算机所做的相对独立的工作.作业步之间有一定的关联的,其关联关系:一个作业中的各作业步必须是顺序执行的；前一个作业步的输出是下一个作业步的输入；一个作业步能否正确执行,依赖于前一个作业步是否成功地完成。,2.2.1 作业的定义,典型的作业步：,2.2.1 作业的定义,该作业的作业步1,该作业的作业步2,该作业的作业步3,2.2.2 作业组织,作业的组成：作业由程序、数据和作业说明书组成。程序和数据：完成用户所要求的业务处理工作，作业说明书：则体现用户的控制意图。作业说明书在系统中生成一个作业控制块（JCB）的表格，包括作业所要求的资源情况，预计执行时间和执行优先级等。作业控制块是批处理作业存在的标志。保存系统对作业进行管理需要的全部信息位于磁盘中。,作业的基本描述作业控制描述作业资源要求描述,用户名作业名使用语言允许最大处理时间 控制方式操作顺序出错处理 要求处理时间内存空间外设的类型和数量处理机优先级库函数和实用程序,2.2.2 作业组织,作业说明书的主要内容,书写作业说明书的语言称为作业控制语言，是一种用于描述批处理作业处理过程的特殊程序。,作业的建立 当一个作业的全部程序和数据输入到磁盘上，并且建立了作业控制块之后，作业就建立起来了。作业控制块的初始信息大部分取自作业说明书。作业的建立的两个步骤：作业输入、作业控制块建立。,2.2.2 作业组织,作业控制表每个作业都有个作业控制块所有作业JCB构成一个作业表作业表存放在外存固定区域中，长度固定限制了系统所能同时容纳的作业数量,作业表,2.2.2 作业组织,一个作业从进入系统到运行结束，要经历四个不同的状态：“提交”：从请求到建立JCB“后备”：从JCB建立到被调入内存“执行”：进入内存到执行结束“完成”：执行结束到撤销之前,2.2.2 作业组织,需要访问作业控制块的程序作业输入程序作业调度程序作业控制程序作业输出程序等 作业完成后，其作业控制块由系统输出程序撤消作业控制块被撤消后其作业也不复存在。,2.2.2 作业组织,互斥,作业说明书方式主要用在批处理系统中;各个计算机厂家都对自己的系统定义有各自的作业说明书的格式和内容;在微机和工作站中人们常常用批处理命令文件或shell程序方式编写作业说明书。,2.2.2 作业组织,一般用户的输入输出方式,输入输出方式有：1.联机输入输出方式2.脱机输入输出方式3.直接耦合方式 4.SPOOLING系统5.网络联机方式,1)联机输入输出方式,用户和系统通过交互会话来输入作业.外围设备直接和主机连接.例如：键盘、鼠标,2)脱机输入输出方式,脱机输入方式（预输入方式）利用低档个人计算机作为外围处理机进行处理。脱机输入解决了快速输入输出的问题，提高了资源利用率，但是要以牺牲低档机为代价,还需要用户干预脱机输入输出方式是为了解决单台设备联机输入时的CPU浪费问题,3)直接耦合方式,把主机和外围机通过一个公用大容量外存直接耦合起来慢速的输入输出过程由外围低档机管理;公用存储器中的大量数据的高速读写由主机完成.省略脱机方式中的人工干预,适用于大型计算机.,4)SPOOLING技术,问题一：系统中的独占设备有限，往往不能满足需要，成为系统中的瓶颈，使许多进程因等待它们而阻塞。问题二：得到独占设备的进程在整个运行期间占有该设备，但却不经常使用，导致设备的利用率低下。解决：通过虚拟独占设备实现设备共享，提高设备的利用率和系统的效率。将独占设备改造为共享设备。SPOOLING（simultaneous peripheral operations on-line）假脱机技术是策略之一。,SPOOLING 技术实现,组成：（磁盘上）开辟“输入井”和“输出井”，用于收容输入和输出数据；（内存）输入缓冲区和输出缓冲区，接收输入设备来的数据并送往输入井。暂存输出井来的输出数据，送给输出设备。输入进程和输出进程（输入管理模块、输出管理模块）：将输入数据从输入设备暂存在输入缓冲区，再送到输入井。输出进程同理。,输入缓冲区,输出缓冲区,SPOOLING 技术实现,输入过程:当系统收到作业输入请求信号后，输入进程的读过程负责将信息从输入装置中读入输入缓冲区。当缓冲区满时，由写过程将信息从缓冲区写到输入井中，读过程和写过程反复循环，直到一个作业输入完毕。当读过程读到一个硬件结束标志之后，系统再次驱动写过程把最后一批信息写入外存输入井并调用中断处理程序结束该次输入然后，系统为作业建立作业控制块，使输入井中的作业进入作业等待队列，作业被选中后进入内存。,SPOOLING 技术实现,输出过程:系统将输出信息先放到输出井，然后由输出进程中读过程从输出井读数据到缓冲区，写过程将缓冲区的数据写到输出设备上。,SPOOLING系统的特点提高了I/O速度将独占设备改造为共享设备实现了虚拟设备功能,SPOOLING系统的特点,5)网络输入方式,网络输入方式用户需要把在计算机网络中某一台主机上输入的信息传送到同一网中另一台主机上进行操作执行，构成了网络输入方式,思 考,在采用SPOOLing技术的系统中,用户作业的打印输出结果首先被存放在（）A)磁盘固定区域 B)内存固定区域 C)终端 D)打印机,A,SPOOLing技术如何使一台打印机虚拟成多台打印机?答:打印机属于独享设备，用SPOOLing技术可将该独享设备虚拟成多台打印机。当用户请求打印后，具体执行过程如下：将打印数据输出到输出井申请的空闲盘块中；将打印请求登记后排到打印队列；打印机空闲时,首取第一张请求表将数据从输出井传送到内存缓冲区,进行打印。,思 考,思 考,作业管理的任务？方便用户建立作业；组织调用系统内部资源；在作业完成后将其撤消。,第二章 操作系统用户界面,2.1 简介,2.2 一般用户的输入输出界面,2.3 命令控制界面,2.4 系统调用,2.3 命令控制界面,操作系统的命令控制界面就是用来组织和控制作业运行的.使用操作命令进行作业控制有两种主要方式脱机控制：用户将作业的执行顺序和出错处理方法一并以作业控制说明书的方式或命令文件方式提交给系统，由系统按照其规定的顺序控制作业执行，执行过程中，用户无法干涉。联机控制：用户使用系统提供的操作命令和系统会话，交互的控制程序的执行和管理计算机系统。,2.3 命令控制界面,命令控制界面的发展：命令界面：DOS、UNIX图形界面：Linux、Windows操作系统。虚拟现实：拟人化方向发展，例如计算机对人（语音、视点、姿势）作出反应。,Linux命令类型：1、有关文件和目录的管理（ls，chmod等）2、文件的处理和编辑（vi等）3、文件系统的装卸（mount等）4、有关系统管理和工作状态（password，kill等）5、有关通讯个人工具（mail等）6、有关硬件设备处理（stty对设备设置某些 I/O 选项）7、有关程序开发（make,ld编译、链接程序等）8、其他杂项（man手册、游戏等）,2.3.1 Linux命令控制界面,Redhat Linux 9.0的窗口界面示例,2.3.1 Linux命令控制界面,Linux shell为用户提供使用操作系统的接口。它是命令语言、命令解释程序及程序设计语言的统称。Shell环境中的命令提示符号 rootsmth root#用户名 主机名 目录名 提示符 shell的提示符有二种：“#”：表示当前用户是超级用户。“$”：表示当前用户是普通用户。,2.3.1 Linux命令控制界面,$ls-l total 2-rw-r-r-2 wzh book 22 Apr 20 20:37 motd-rw-r-r-2 wzh book 796 Apr 20 20:37 passwd,第二章 操作系统用户界面,2.1 简介,2.2 一般用户的输入输出界面,2.3 命令控制界面,2.4 系统调用,系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口，它通知内核为调用程序做各种操作，并在内核与调用程序之间交换数据。对用户屏蔽了操作系统的具体动作。,2.4 系统调用,系统调用的分类 1.设备管理：这类系统调用被用来请求和释放设备，以及启动设备操作等。2.文件管理：这类系统调用包括创建、删除文件，读、写文件操作以及移动文件指针等。3.进程控制：当多个用户程序在系统内执行时引出了一个新的概念，称为进程。4.进程通信：进程间传递消息或信号的系统调用。5.存储管理：内存块的申请、释放，获取作业占用内存块的首址、大小等。6.线程管理：包括线程的创建、调度、执行、撤销等,2.4 系统调用,用户态和系统态在计算机系统中存在两类不同的程序：一类是用户程序，一类是系统程序。用户工作的状态称为目态或用户态。系统程序工作的状态称为管态或系统态。,2.4 系统调用,特权指令与访管指令只允许管态下使用的指令，称之为特权指令。常用的特权指令有：有关对外设使用的指令。启动外设指令、测试外设工作的状态和控制外设动作的指令。有关访问程序状态的指令存取特殊寄存器指令其它指令,2.4 系统调用,特权指令与访管指令用户程序在目态下运行，只能使用目态指令，而操作系统是系统程序，在管态下运行，它既可使用目态指令，也能使用特权指令，而用户要使用外设，必须在管态下完成，所以就引入了访管指令，其主要功能为：实现从目态到管态的改变在管态下由操作系统代替用户完成其请求操作系统工作完成后由管态返回到目态。访管指令又称为陷阱指令，执行访管指令后就产生访管中断，使微处理机转入管态工作方式，在管态下由中断处理程序完成用户的请求，中断完成后再返回至用户态工作。,2.4 系统调用,系统调用的处理过程,系统调用的处理过程,系统调用处理过程,read(fd,buffer,nbytes),参数传递过程问题,怎样实现用户程序和系统程序间的参数传递？常用的实现方法：由陷入指令自带参数：陷入指令的长度有限的，且还要携带系统调用功能号，只能自带有限的参数通过有关通用寄存器来传递参数：这些寄存器应是系统程序和用户程序都能访问，由于寄存器长度较短，从而无法传递较多的参数大多在内存中开辟专用堆栈区来传递参数,库函数和系统调用的区别,库函数可被修改、替换、增加，系统调用则不能；系统调用是在管态模式下执行，在内核地址空间中运行；库函数是在目态模式下执行，在用户地址空间运行。从时间片计时来看，系统调用的运行属于内核时间，而库函数调用运行属于用户时间。从执行过程来看，系统功能调用需要切换到进程上下文的内核态，是通过中断机构来实现的，结束后再切换回去，安全性好；库函数则只是过程调用而已。,t,2.4.1 Linux 系统调用,进程管理,目录管理,2.4.1 Linux 系统调用,其它,2.4.1 Linux 系统调用,作 业,P36:2.1、2.4、2.7,
