1、1,第七章 操作系统接口,计算机操作系统,2,7.1 联机用户接口 7.2 Shell命令语言 7.3 系统调用 7.4 UNIX系统调用 7.5 图形用户接口,本章要点,3,一、联机用户接口即联机命令接口。不同操作系统的联机命令接口有所不同，提供了不同的用户界面，可分成以下两种： (1) 字符显示； (2) 图形化用户界面。,7.1 联机用户接口,4,1命令行方式以行为单位输入和显示不同的命令，命令的结束通常以回车符为标记。系统出现命令输入提示符后，用户才可以继续输入下一条命令。 例：DOS命令 2批命令方式批命令方式可以连续使用多条命令，或重复使用若干条命令，或选择性使用不同命令。用户预先
2、把一系列命令组织在一种称为批命令文件的文件中，之后可以多次执行。例：MS-DOS系统的 .BAT文件；LINUX中的Shell工具,一、联机用户接口,5,7.1 联机用户接口,二、联机命令的类型根据完成功能，联机命令可分成以下几类: 系统访问类； 如：Login 磁盘操作类； 如：format、Diskcopy 文件操作类； 如：type、copy、rename 目录操作类； 如：mkdir、rd、dir、tree、cd 通信类； 如： 其他命令。 如： 、批命令,6,三、键盘终端处理程序为了实现人机交互，在微机或终端上配置相应的键盘终端处理程序，它应具有下述几方面的功能： 1. 字符接收功能
3、；方式：面向字符方式 面向行方式 2. 字符缓冲功能；采用：专用缓冲区方式公用缓冲池方式 3. 回送显示； 可由硬件或软件实现 4. 屏幕编辑； 常用编辑有：删除、插入、移动、翻页等 5. 特殊字符处理。 如：中断字符、停止/恢复上卷,7.1 联机用户接口,7,四、命令解释程序对用户输入的命令进行解释，后转入相应处理程序执行1作用命令解释程序的主要作用是在屏幕上给出提示符，等待用户键入命令，然后读入该命令，识别命令，再转到相应命令处理程序的入口地址，把控制权交给该处理程序去执行，并将处理结果送屏幕上显示。若用户键入的命令有错，或在执行中间出现问题时，则显示这一出错信息。,7.1 联机用户接口,
4、8,2组成 (1) 常驻部分。这部分包括一些中断服务子程序。 (2) 初始化部分。它跟随在常驻内存部分之后，在启动时获得控制权。 (3) 暂存部分。这部分主要是命令解释程序，并包含了所有的内部命令处理程序、批文件处理程序，以及装入和执行外部命令的程序。,四、命令解释程序,9,3工作流程系统在接通电源或复位后，初始化部分获得控制权，完成初始化工作，并自动执行AUTOEXEC.BAT文件，之后将控制权交给暂存部分。暂存部分首先读入键盘缓冲区中的命令，识别该命令，执行该命令。,四、命令解释程序,10,COMMAND.COM的工作流程,11,Shell是UNIX操作系统的最外层，可以是命令语言接口，也
5、可以是一种程序设计语言。 一、简单命令 即目标程序的名字。 命令由小写字母构成(仅前8个字母有效)。 命令的格式如下：$ Command-option argument list 例如：$ LS file1 file2 ,7.2 Shell命令语言,12,1进入与退出系统(1) 进入系统，也称为注册。(2) 退出系统。 2文件操作命令(1) 显示文件内容命令cat。$ cat filename1 filename2 (2) 复制文件副本的命令cp。其格式为：cp source target(3) 对已有文件改名的命令mv。其格式为mv oldname newname(4) 撤消文件的命令rm。
6、(5) 确定文件类型的命令file。,一、简单命令,13,3目录操作命令 (1) 建立目录的命令mkdir(简称md)。 (2) 撤消目录的命令rmdir(简称rd)。用于删除一个或多个指定的下级空目录。 (3) 改变工作目录的命令cd。 (4) 改变对文件的存取方式的命令chmod。其格式为chmod op-code permission filename 其中，用于指明访问者的身份，可以是用户自己、用户组、所有其他用户及全部，分别用u、g、o和a表示；op-code是操作码，分别用 +、- 及 = 表示增加、消除及赋予访问者以某种权利；而permission则是分别用r、 w及x表示读、
7、写及执行许可。例如，命令chmod go-w temp 表示消除用户组及所有其他用户对文件temp的写许可。,一、简单命令,14,4系统询问命令 (1) 访问当前日期和时间命令date。$ date (2) 询问系统当前用户的命令who。who命令可列出当前每一个处在系统中的用户的注册名、终端名和注册进入时间，并按终端标志的字母顺序排序。 (3) 显示当前目录路径名的命令pwd。,一、简单命令,15,二、重定向与管道命令 1重定向命令标准输入和标准输出的文件，对应于终端键盘输入和终端屏幕输出。当用户不要求从键盘输入，而是从某个指定文件上读取信息供程序使用；用户可能希望把程序执行时所产生的结果数
8、据，写到某个指定文件中而非屏幕上时就需要改变输入与输出文件。 重定向符“”分别表示输入转向与输出转向。$ cat file1file2 $ wc file2 a.outfile0 2管道命令用前一条命令的输出作为后一条命令的输入。cat file|wc ,7.2 Shell命令语言,16,三、通信命令 1信箱通信命令mailmail命令被作为在UNIX的各用户之间进行非交互式通信的工具。 2对话通信命令write可以与当前在系统中的其他用户进行联机通信。write serttyname 3允许或拒绝接收消息命令mesgmesg命令的格式为： mesg-n-y 四、后台命令在命令后面再加上“&”
9、号,7.2 Shell命令语言,17,补充：vi编辑器的使用,vi简介 VI（Visual interface）。它只是一个文本编辑程序，没有菜单，只有命令，且命令繁多。它可以执行输出、删除、查找、替换、块操作等众多文本操作。 Vi有3种基本工作模式：命令行模式、文本输入模式和末行模式。 VIM是VI的加强版，比vi更容易使用。,18,补充：vi编辑器的使用,2、vi的基本操作 a) 进入vi ：在系统提示符号输入vi及文件名称后，就进入vi全屏幕编辑画面： $ vi myfile 进入vi之后，是处于【命令行模式】，要切换到【插入模式】才能够输入文字。b) 编辑文件 在【命令行模式】下按一下
10、字母i就可以进入【插入模式】，就可以开始输入文字了。 c) Insert 的切换 处于【插入模式】时就只能一直输入文字，如果想做删除等编辑操作，就要先按一下ESC键转到【命令行模式】再删除文字。 d) 退出vi及保存文件 在【命令行模式】下，按一下冒号键进入【Last line mode】，例如： : w filename: wq (存盘并退出vi) : q! (不存盘强制退出vi),19,2、vi的基本操作 删除文字 x：每按一次，删除光标所在位置的“后面”一个字符。 #x：例如，6x表示删除光标所在位置的“后面”6个字符。 X：大写的X，每按一次，删除光标所在位置的“前面”一个字符。 #X
11、：例如，20X表示删除光标所在位置的“前面”20个字符。 dd：删除光标所在行。 #dd：从光标所在行开始删除#行,补充：vi编辑器的使用,20,系统调用提供了用户程序与操作系统之间的接口 一、系统调用的基本概念在OS的核心中都设置了一组用于实现各种系统功能的子程序(过程)，一般都不允许用户程序直接调用这些过程,而是向应用程序提供了一系列的系统调用命令，让应用程序通过系统调用去调用所需的系统过程。,7.3 系 统 调 用,21,1系统态和用户态为了保证系统程序不被应用程序有意或无意地破坏，为计算机设置了两种状态：系统态(也称为管态或核心态)和用户态(也称为目态)。操作系统在系统态运行，而应用程
12、序只能在用户态运行。现代多数操作系统将CPU的指令集分为特权指令和非特权指令两类。,一、系统调用的基本概念,22,1) 特权指令所谓特权指令，就是在系统态时运行的指令，是关系到系统全局的指令。如：设置系统时间、关中断 2) 非特权指令非特权指令是在用户态时运行的指令，完成一般性的任务。 这种限制是由硬件实现的。,1系统态和用户态,23,2系统调用 操作系统提供了系统调用，使应用程序可以通过系统调用的方法，间接调用操作系统的相关过程，取得相应的服务。 系统调用与一般的过程调用的区别主要是： (1) 运行在不同的系统状态 (2) 通过软中断进入一般的过程调用可直接转向 (3) 返回问题 (4) 嵌
13、套调用,一、系统调用的基本概念,24,系统功能的调用,25,3中断机制系统调用是通过中断机制实现的，并且一个操作系统的所有系统调用都通过同一个中断入口来实现。如MS-DOS提供了INT 21H。,一、系统调用的基本概念,26,二、系统调用的类型 一个OS的功能通常可通过它所提供的系统调用体现出来 系统调用大致上可分为： 1进程控制类系统调用用于对进程的控制，如创建一个新的进程和终止一个进程的运行，获得和设置进程属性，等待某事件出现等。 2文件操纵类系统调用创建文件、删除文件、打开文件、关闭文件、读文件、写文件、建立目录、移动文件的读/写指针、改变文件的属性等。 3进程通信类系统调用用来在进程间
14、传递消息和信号，包括建立连接、关闭连接、发送消息、接收消息等，以及建立共享存储区、读/写共享存储区等系统调用。 .系统维护类系统调用,7.3 系 统 调 用,27,三、POSIX标准实现应用程序与操作系统平台的无关性。 国际标准化组织ISO给出的有关系统调用的国际标准POSIX1003.1(Portable Operating System IX)，也称为“基于UNIX 的可移植操作系统接口”。POSIX 定义了标准应用程序接口(API)，用于保证编制的应用程序可以在源代码一级上在多种操作系统上移植运行。,7.3 系 统 调 用,28,系统程序、库函数、系统调用的分层关系,29,四、系统调用的
15、实现 1系统调用指令 1) 中断和陷入的概念 中断是指CPU对系统发生某事件时的一种响应。 外中断：是指由于外部设备事件所引起的中断 内中断(“捕获”或“陷入”)：是指由于CPU内部事件所引起的中断，如程序出错(非法指令、地址越界)、电源故障等。 通常，陷入是由于执行了现行指令所引起的；而中断则是由于系统中某事件引起的，该事件与现行指令无关。由于系统调用引起的中断属于内中断，因此把由于系统调用引起中断的指令称为陷入指令。,7.3 系 统 调 用,30,2) 中断和陷入向量 不同的中断处理程序的入口地址被放在某特定的内存单元中，与入口指针相邻接的特定单元中存放相应的处理机状态字PSW，形成中断向
16、量。由所有的中断向量和陷入向量构成了中断和陷入向量表，如图所示。,1系统调用指令,31,中断向量与陷入向量,(a) 中断向量,(b) 陷入向量,32,2系统调用号和参数的设置系统赋予每条系统调用一个唯一的系统调用号。而每条系统调用又允许带若干个参数。 将系统调用号和参数传递给系统，取决于系统调用指令的格式和具体操作系统的实现。可以： a.作为操作数直接包含在系统调用指令中 b.存放在指定的寄存器中传给系统 c.将参数放在一张参数表中,四、系统调用的实现,33,3系统调用的处理步骤 系统调用的处理过程可分成以下三步： 首先，系统产生软中断(或陷入)，通过中断向量转向系统调用总控程序，将处理机状态
17、由用户态转为系统态；之后，由硬件和内核程序进行系统调用的一般性处理，即首先保护被中断进程的CPU环境，将处理机状态字PSW、程序计数器PC、系统调用号、用户栈指针以及通用寄存器内容等，压入堆栈；然后，将用户定义的参数传送到指定的地址保存起来。 其次，是分析系统调用类型，转入相应的系统调用处理子程序。 最后，在系统调用处理子程序执行完后，应恢复被中断的或设置新进程的CPU现场，然后返回被中断进程或新进程，继续往下执行。,四、系统调用的实现,34,4系统调用处理子程序的处理过程系统调用的功能主要是由系统调用子程序来完成的。例：文件操纵中常用的Creat命令的处理过程 进入Creat的处理子程序后，
18、核心将根据用户给定的文件路径名Path，利用目录检索过程去查找指定文件的目录项。如果在文件目录中找到了指定文件的目录项，表示用户要利用一个已有文件来建立一个新文件。但如果在该已有(存)文件的属性中有不允许写属性，或者创建者不具有对该文件进行修改的权限，便认为是出错而做出错处理；若不存在访问权限问题，便将已存文件的数据盘块释放掉，准备写入新的数据文件。如未找到指名文件，则表示要创建一个新文件，核心便从其目录文件中找出一个空目录项，并初始化该目录项，包括填写文件名、文件属性、文件建立日期等，然后将新建文件打开。,四、系统调用的实现,35,一、UNIX系统调用的类型1进程控制 包括：创建进程(for
19、k)、终止进程(exit) 、等待子进程结束(wait) 、执行一个文件(exec) 、获得进程ID 、获得用户ID 、进程暂停(pause) 等十多条。2文件操纵 创建文件(creat)、打开文件(open)、关闭文件(close)、读和写文件read和write、连接和去连接(link和unlink),7.4 UNIX系统调用,36,3进程间的通信 消息机制 共享存储器机制 信号量机制 4信息维护 设置和获得时间 获得进程和子进程时间(times) 设置文件访问和修改时间(utime) 获得当前UNIX系统的名称(uname),一、UNIX系统调用的类型,37,二、被中断进程的环境保护 1
20、CPU环境保护 2AP和FP指针 系统调用参数表指针AP、调用栈帧指针FP,7.4 UNIX系统调用,38,三、系统调用陷入后需处理的公共问题 1确定系统调用号 2参数传送 3利用系统调用定义表转入相应的处理程序 4系统调用返回前的公共处理,7.4 UNIX系统调用,39,一、图形化用户界面 可以看出是命令接口的图形化 图形化用户界面(GUI)是近年来最为流行的联机用户接口形式，并已制定了国际GUI 标准。20世纪90年代推出的主流操作系统都提供了GUI。 GUI使用WIMP 技术，将窗口(Window)、图标(Icon)、菜单(Menu)、鼠标(Pointing device)和面向对象技术
21、等集成在一起，引入形象的各种图符将系统的各项功能、各种应用程序和文件，直观、逼真地表示出来。用户通过图标、菜单、对话框以及鼠标和键盘，轻松地完成对作业和文件的操作。,7.5 图形用户接口,40,二、桌面、图标和任务栏 1桌面与图标的初步概念 桌面，是指整个屏幕空间，即在运行Windows时用户所看到的屏幕。该桌面是由多个任务共享的。Windows允许在桌面上同时出现多个窗口。 图标，是代表一个对象的小图像，是最小化的窗口。 2桌面上常见的图标 (1) “我的电脑” (2) “回收站”(3) “我的文档” (4) “Internet Explorer”(简称为IE) (5) “Outlook E
22、xpress” (6) “网上邻居” (7) 收件箱 (8) “我的公文包”,7.5 图形用户接口,41,桌面与图标,42,3“开始”按钮和任务栏 (1) “开始”按钮。可打开一个开始菜单，其中包括了用户常用的工具软件和应用程序 (2) 任务栏。设置任务栏的目的是帮助用户快速启动常用的程序，方便地切换当前的程序 (3) 任务栏的隐藏方式 (4) 任务子栏,二、桌面、图标和任务栏,43,三、窗口 1窗口的组成 (1) 标题栏和窗口标题 (2) 菜单栏 (3) 工具栏 (4) 控制菜单按钮 (5) 最大化、 最小化和关闭按钮 (6) 滚动条 (7) 窗口边框 (8) 工作区域 2窗口的性质1) 窗口的状态激活状态,非激活状态（打开状态）。2) 窗口的改变,7.5 图形用户接口,44,图7-10 “我的电脑”窗口的组成,45,四、对话框 1对话框的用途-实现人机对话 2对话框的组成 标题栏 2) 输入框两类: 文本框和列表框。 列表框有三种形式：简单列表框，滚动式列表框下拉式列表框 3) 按钮 (1) 命令按钮 用来启动一个立即响应的动作 (2) 选择按钮 可分为单选按钮和复选按钮两种 (3) 滑块式按钮 在一定范围内进行连续调节的属性 (4) 数字式增减按钮 在一定范围内调节被数字化的属性,7.5 图形用户接口,46,(a) “另存为”对话框,47,(b) “格式化”对话框,
