操作系统提供的服务和用户接口.ppt

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1、主要内容：操作系统提供的基本服务 操作系统提供的用户接口 程序接口与系统调用 操作接口与操作命令,1.3操作系统的基本服务和用户接口,创建程序和执行程序 数据I/O 和信息存取：文件操作 通信服务：进程通信 差错检测和处理 还具有另外一些功能:1.资源分配2.统计3.保护,一、操作系统提供的基本服务,操作系统为用户提供两种调用其服务和功能的接口:程序接口：允许运行程序调用操作系统的服务和功能。许多操作系统的程序接口由一组系统调用（System Call)）组成，用户程序使用“系统调用”就可获得操作系统的底层服务，使用或访问系统的各种软硬件资源。操作接口：又称作业级接口，操作系统为用户提供的操作

2、控制计算机工作和提供服务手段的集合，通常有操作控制命令、图形操作界面(命令)、以及批处理系统提供的作业控制语言(命令)等实现手段。,二、操作系统提供的用户接口(1),用户和操作系统间的两种接口,二、操作系统提供的用户接口(2),系统调用,操作命令或JCL,操 作 系 统裸 机,(操作接口),(程序接口),系统调用：内核提供一系列具有预定功能的内核函数，通过一组接口（系统调用）提供给用户。系统调用把应用程序的请求传送至内核，调用相应的内核函数完成所需要的处理，把处理结果返回给应用程序。内核的主体是系统调用的集合，可以把内核看作特殊的公共子程序。系统调用是一种中介，把用户和硬件隔离开，程序只有通过

3、系统调用才能请求系统服务并且使用系统资源。系统调用的作用：内核可以基于权限和规则对资源访问进行裁决，可以保证系统的安全性；系统调用对资源进行抽象，提供一致性接口，避免用户在使用资源时发生错误，并且使编程效率提高。注意：系统调用是应用程序获得操作系统服务的唯一途径！,2.API、库函数和系统调用直接使用系统调用存在两个困难：第一，接口复杂、使用困难；第二，应用程序的跨平台可移植性受到很大限制。POSIX标准：规定内核的系统调用接口标准，应用程序在遵循此标准的不同操作系统之间具有可移植性。UNIX/Linux在标准C函数库中为每个系统调用构造一个同名的封装函数，屏蔽其下层的复杂性，负责把操作系统所

4、提供的服务接口系统调用封装成应用程序能够直接调用API（应用编程接口）。一个库函数就是一个API，它介于操作系统和应用程序之间。一个API可能使用一个系统调用，也可能使用多个系统调用；也可能若干API封装相同的系统调用。有的库函数可能与系统调用无关。,Windows操作系统也提供与POSIX兼容的子系统。Windows不公开系统调用，仅提供以库函数形式定义的API，叫做Win32API。在用户程序角度看，库函数和系统调用之间差别不大，但是在操作系统实现的角度看，两者存在重要差别：使用库函数可以隐藏访管指令的细节，使系统调用形式上类似函数调用；对用户隐藏系统调用，可以在操作系统内核改动时，应用程

5、序不需要改动。库函数属于用户程序，在CPU用户态工作，系统调用属于系统程序（操作系统），在核心态运行。用户可以替换库函数，但是不能替换系统调用。,3.系统调用的分类(1)进程管理：进程的创建、装入、执行、撤销、终止，进程属性的获取和设置。(2)文件操作：文件的建立、打开、读写、关闭、删除，文件属性的获取和设置。(3)设备管理：设备的申请、输入输出、释放、重定向，设备属性的获取和设置。(4)内存管理：内存的申请和释放。(5)进程通信：通信连接的建立、连接和断开、信息的发送和接受；传递状态信息；连接和断开远程设备。(6)信息维护：日期、时间及系统数据的获取和设置；获取和设置信息；生成诊断和统计数据

6、。,三、程序接口与系统调用(3),实例：Windows支持API（应用编程接口）的三个组件：Kernel包含了多数操作系统函数，如内存管理、进程管理；User集中了窗口管理函数，如窗口创建、撤销、移动、对话等相关函数；GDI提供画图函数、打印函数。Windows将三个组件置于动态链接库DLL中。,三、程序接口与系统调用(4),Windows和UNIX/Linux的部分系统调用：,三、程序接口与系统调用(5),3.系统调用的实现要点(1)有关概念陷阱或异常处理机制-在操作系统中，实现系统调用功能的机制称为陷阱或异常处理机制。访管指令（陷阱指令或异常中断指令）-由于系统调用而引起处理器中断的机器指

7、令称为访管指令（陷入指令或异常中断指令）。(2)系统调用的实现要点：一.是编写系统调用处理程序；二.是设计一张系统调用入口地址表，每个入口地址都指向一个系统调用的处理程序，有的系统还包含系统调用自带参数的个数；三.是陷入处理机制需开辟现场保护区，以保存发生系统调用时的处理器现场。,(3)系统调用的处理过程,三、程序接口与系统调用(7),System Call Ai,用户程序,A0,SUB0,SUB1,SUBi,SUBn,A1,Ai,An,系统调用处理子程序,取系统功能号找入口地址表相应入口地址,结束处理恢复现场,A0,A1,Ai,An,保护CPU现场,陷入指令,系统调用陷入机构,入口地址表,(

8、4)系统调用的参数传递 不同的系统调用需传递给系统调用处理程序不同的参数，系统调用执行的结果也要以参数形式返回给用户程序。实现用户程序和系统调用之间的参数传递可用以下方法：一是由访管指令或陷入指令自带参数，可以规定指令之后的若干个单元存放的是参数，这称为直接参数；或者在指令之后紧靠的单元中存放参数的地址，这称为间接参数。二是通过CPU的通用寄存器传递参数，或在内存的一个块或表中存放参数，其首地址送入寄存器，实现参数传递。三是在内存中开辟专用堆栈区域传递参数。,4.系统调用与过程(函数)调用的区别(1)调用形式和实现方式不同。过程（函数）使用一般调用指令，其转向地址包含在跳转语句中，但系统调用不

9、包含处理程序入口，仅仅提供功能号，按功能号调用。(2)被调用代码的位置不同。在过程（函数）调用中，调用程序和被调用代码在同一程序内，经过连接编译后作为目标代码的一部分。当过程（函数）升级或修改时，必须重新编译连接。系统调用的处理代码在调用程序之外（在操作系统中），系统调用处理代码升级或修改时，与调用程序无关。（3）提供方式不同。过程（函数）往往由编译系统提供，不同编译系统提供的过程（函数）可以不同；系统调用由操作系统提供，一旦操作系统设计好，系统调用的功能、种类与数量就固定不变了。,四、操作接口与系统程序(1),1.作业控制方式用户如何来向操作系统提交作业和说明运行意图？操作系统提供了联机作业

10、控制方式和脱机作业控制方式两个作业级的接口，这两个接口的使用手段为：操作控制命令和作业控制语言（命令）。(1)联机用户接口-操作控制命令 这是为联机用户提供的调用操作系统功能，请求操作系统为其服务的手段，它由一组命令及命令解释程序组成，也称为命令接口。其工作方式为：用户在键盘上键入一条命令后，系统立即转入命令解释程序，对该命令进行处理和执行。,四、操作接口与系统程序(2),常用的用户界面有以下几种：1)字符显示用户界面 主要通过命令语言来实现，又可分成两种方式：命令行方式 它以命令为基本单位来完成预定的工作任务。每个命令以命令行的形式输入并提交给系统。一个命令行由命令动词和一组参数构成，其一般

11、形式如下：Command arg1 arg2.ArgnCommand-命令名，又称命令动词。arg1 arg2.argn-命令参数。Linux常用的五大类命令：第一类 文件管理类：cd、chmod、chgrp、comm、cp、crypt、diff、file、find、ln、ls、mkdir、mv、od、pr、pwd、rm、rmdir。,四、操作接口与系统程序(3),第二类 进程管理类：at、kill、mail、nice、nohup、ps、time、write、mesg。第三类 文本加工类：cat、crypt、grep、norff、uniq、wc、sort、spell、tail、troff。第四

12、类 软件开发类：cc、f77、login、logout、size、yacc、vi、emacs、dbs、lex、make、lint、ld。第五类 系统维护类：date、man、passwd、stty、tty、who。批命令方式 思想：规定一种特别的文件称批命令文件，通常该类文件具有特殊的文件扩展名（如MS-DOS约定为BAT），用户可预先把一系列命令组织在该类文件中，一次建立，多次执行。操作系统还支持命令文件使用一套控制子命令，可写出带形式参数的批命令文件。这样的批命令文件可执行不同的命令序列，增强命令接口的处理能力。,UNIX和Linux的Shell不但是一种交互型命令解释程序，也是命令级程序

13、设计语言解释系统。2)图形化用户界面 图形化用户接口GUI（Graphics User Interface）使用窗口、图标、菜单和鼠标等技术，将系统的功能、各种应用程序和文件用图形符号直观、逼真地表示出来，用户可通过选择窗口、菜单、对话框和滚动条完成对它们的作业的各种控制和操作。3)新一代用户界面 虚拟现实技术的研究和应用，多感知通道用户接口，自然化用户接口，智能化用户接口的研究。,(2)脱机用户接口-作业控制语言(命令)这种接口是专为批处理作业用户提供的，也称批处理用户接口。操作系统提供了一个作业控制语言JCL（Job Control Language），它由一组作业控制卡，或作业控制语句，

14、或作业控制操作命令组成。其工作方式如下：用户使用JCL语句，把运行意图(需要对作业进行的控制和干予)写在作业说明书上，将作业连同作业说明书一起提交给系统。批处理作业被调度执行时，系统调用JCL语句处理程序或命令解释程序对作业说明书进行解释处理，完成对作业的运行和控制。,实例：一个需要编译、连结编辑的作业，源程序和数据穿在卡片上，编译、连结编辑的结果需在行式打印机上输出，编译结果要存盘，连结编辑结果还要从穿孔机输出，此作业用JCL语句组织如下:/HAROLD JOB,WILSON,MSGLEVEL=(2,0),PRTY=6,CLASS=b/COMP EXEC PGM=IEYFORT/SYSPRI

15、NT DD SYSOUT=A/SYSIN DD*./*,/GO EXEC PGM=FORTLINK/SYSPRINT DD SYSOUT=A/FTOTF001 DD UNIT=SYSCP/GO SYSIN DD*./*/UNIX/Linux中的Shell也可以认为是一种作业控制语言JCL。,2.命令解释程序(1)命令解释程序的主要功能是：接受和执行一条用户从键盘输入的命令，它通常保存一张命令名字（动词）表，其中记录着所有操作命令及其处理程序的入口地址或有关信息。当新的批作业被启动，或新的交互型用户登录时，系统就自动地执行命令解释程序，它负责读入控制卡或命令行，并作出相应解释和执行。(2)命令解

16、释程序实现的两种方式 一种是它自身包含了命令的执行代码。另一种是由专门的“系统程序”实现，自身不含命令处理代码，也不进行处理，仅仅把这条命令对应的命令文件装入内存执行。,3.实用程序(1)概念 系统程序又称标准程序或实用程序（Utilities），虽非操作系统的核心，但却必不可少，为用户程序的开发、调试、执行、和维护解决带有共性的问题或执行公共操作，操作系统常以外部操作命令形式向用户提供许多系统程序。它的功能和性能很大程度上反映了操作系统的功能和性能。用户看待操作系统，不是看系统调用怎么样，而是看系统程序怎么样。,(2)系统程序的分类 文件管理、语言支持、状态修改、支持程序执行、通信：程序调试和排错、分类和合并、复制和存储。电子邮件、远程登录、Web浏览、文字处理、电子表格管理、数据库管理、画图软件包、汇编、编译等。,