操作系统提供的服务和用户接口

《操作系统提供的服务和用户接口》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统提供的服务和用户接口（24页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、主 要 内 容 ：n操作系统提供的基本服务 n操作系统提供的用户接口 n程序接口与系统调用 n操作接口与操作命令 1. 创 建 程 序 和 执 行 程 序 2. 数 据 I/O 和 信 息 存 取 ： 文 件 操 作 3. 通 信 服 务 ： 进 程 通 信 4. 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 操 作 系 统 为 用 户 提 供 两 种 调 用 其 服 务 和 功 能 的 接 口 : 1. 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

2、 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 。 2. 操 作 接 口 ： 又 称 作 业 级 接 口 ， 操 作 系 统 为 用 户 提 供 的 操 作控 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 。 用

3、 户 和 操 作 系 统 间 的 两 种 接 口 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

4、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 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

5、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

6、数 ， 屏 蔽 其 下 层 的 复 杂 性 ， 负 责 把 操 作 系 统 所 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 PO

7、SIX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 序 不 需 要 改 动

8、 。 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

9、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 。 实 例 ： Windows支 持 API（ 应 用 编 程 接 口 ） 的 三

10、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 。 Windows和 UNIX/Linux的 部 分 系 统 调 用 ： UNIX/Linux Win32 说 明fork CreatProcess 创 建 进 程waitpid WaitForSingleObject 等 待

11、进 程 终 止open/close CreatFile/CloseHandle 创 建 或 打 开 /关 闭 文 件read/write ReadFile/WriteFile 读 /写 文 件lseek SetFilePointer 移 动 文 件 指 针mkdir/rmdir Creat/Remove Directory 建 立 /删 除 目 录stat GetFileAttributesEx 获 得 文 件 属 性 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

12、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 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

13、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 System Call A i用 户 程 序 A0 SUB0SUB1SUBiSUBnA1AiAn 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 A0A1AiAn保 护 CPU现 场陷 入 指 令 系 统 调 用 陷 入 机 构入 口 地 址 表 (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

14、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

15、 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 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

16、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 （

17、 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 。 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 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

18、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 。 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

19、 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 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、dif

20、f、 file、 find、 ln、 ls、 mkdir、 mv、 od、 pr、 pwd、 rm、rmdir。 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 类 软 件 开 发 类 ： cc、 f77、 login、 logout、 size、 yacc、 vi、emacs、 dbs、 lex、 make、 lint、 ld。 第 五 类

21、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

22、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 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

23、 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

24、组 作 业 控 制 卡 ， 或 作 业 控 制 语 句 ，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

25、 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/ SYSPRINT DD SYSOUT=A/ SYSIN DD* . . /* / GO EXEC PGM=FORTLINK/ SYSPRINT

26、 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

27、 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 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

28、 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 。