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1、第二章第二章 操作系統(tǒng)用戶界面操作系統(tǒng)用戶界面作業(yè)組織和控制作業(yè)組織和控制系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用(SYSTEM CALL)(SYSTEM CALL)圖形用戶接口圖形用戶接口(GUI,GRAPHIC USER(GUI,GRAPHIC USER NTERFACE)NTERFACE)本章主要從用戶使用和系統(tǒng)管理兩方面出發(fā)，討章主要從用戶使用和系統(tǒng)管理兩方面出發(fā)，討論論OSOS為用戶提供的編程接口和命令控制接口，先討論為用戶提供的編程接口和命令控制接口，先討論命令控制接口。然后再討論系統(tǒng)調(diào)用與編程接口，首命令控制接口。然后再討論系統(tǒng)調(diào)用與編程接口，首先要了解作業(yè)和作業(yè)管理先要了解作業(yè)和作業(yè)管理。1一、作業(yè)的
2、基本概念一、作業(yè)的基本概念返回1、作業(yè)的定義、作業(yè)的定義 一個作業(yè)是指在一次應用業(yè)務處理過程中，從輸一個作業(yè)是指在一次應用業(yè)務處理過程中，從輸入開始到輸出結(jié)束，用戶要求計算機所做的有關(guān)該次入開始到輸出結(jié)束，用戶要求計算機所做的有關(guān)該次業(yè)務處理的全部工作。業(yè)務處理的全部工作。用戶的觀點：在一次業(yè)務處理過程中，從輸入程序用戶的觀點：在一次業(yè)務處理過程中，從輸入程序和數(shù)據(jù)到輸出結(jié)果的全過程。和數(shù)據(jù)到輸出結(jié)果的全過程。系統(tǒng)的觀點：作業(yè)是由程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書組系統(tǒng)的觀點：作業(yè)是由程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書組成。（作業(yè)說明書是由作業(yè)控制語言編寫）成。（作業(yè)說明書是由作業(yè)控制語言編寫）作業(yè)步是在一個作業(yè)的處
3、理過程中，計算機所做的相作業(yè)步是在一個作業(yè)的處理過程中，計算機所做的相對獨立的工作。對獨立的工作。22、作業(yè)的組成、作業(yè)的組成作業(yè)由作業(yè)由程序程序、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和和作業(yè)說明書作業(yè)說明書三部分組成。三部分組成。作業(yè)說明書包括作業(yè)基本情況、作業(yè)控制、作業(yè)資源作業(yè)說明書包括作業(yè)基本情況、作業(yè)控制、作業(yè)資源要求的描述；它體現(xiàn)用戶的控制意圖。如：預計運行要求的描述；它體現(xiàn)用戶的控制意圖。如：預計運行時間、要求的資源情況、執(zhí)行優(yōu)先級等。時間、要求的資源情況、執(zhí)行優(yōu)先級等。作業(yè)基本情況：作業(yè)基本情況：用戶名、作業(yè)名、編程語言等；用戶名、作業(yè)名、編程語言等；作業(yè)控制描述作業(yè)控制描述：作業(yè)控制方式、作業(yè)步的操作順序
4、、作業(yè)控制方式、作業(yè)步的操作順序、作業(yè)執(zhí)行出錯處理；作業(yè)執(zhí)行出錯處理；作業(yè)資源要求描述：作業(yè)資源要求描述：處理時間、優(yōu)先級、內(nèi)存空間、處理時間、優(yōu)先級、內(nèi)存空間、外設(shè)類型和數(shù)量等；外設(shè)類型和數(shù)量等；3二、作業(yè)的建立二、作業(yè)的建立 建立一個作業(yè)必須把該作業(yè)所包含全部程序和數(shù)建立一個作業(yè)必須把該作業(yè)所包含全部程序和數(shù)據(jù)輸入到計算機的外存據(jù)輸入到計算機的外存(或稱輔存或稱輔存)上。上。而且，還要由而且，還要由作業(yè)注冊程序在系統(tǒng)中為該作業(yè)申請建立一個相應的作業(yè)注冊程序在系統(tǒng)中為該作業(yè)申請建立一個相應的作業(yè)控制塊作業(yè)控制塊(JCB)(JCB)，當一個作業(yè)的全部程序和數(shù)據(jù)輸入當一個作業(yè)的全部程序和數(shù)據(jù)輸入
5、到輸入到外存且在系統(tǒng)中建立了相應的到輸入到外存且在系統(tǒng)中建立了相應的JCBJCB之后之后，就說，就說一個作業(yè)已經(jīng)建立起來了。一個作業(yè)已經(jīng)建立起來了。建立一個作業(yè)包括兩個子過程建立一個作業(yè)包括兩個子過程 JCBJCB登記了和該作業(yè)的一些相關(guān)信息（具體以后介紹），登記了和該作業(yè)的一些相關(guān)信息（具體以后介紹），且且JCBJCB與作業(yè)之間具有一一對應關(guān)系。與作業(yè)之間具有一一對應關(guān)系。一個是作業(yè)的輸入過程一個是作業(yè)的輸入過程一個是建立一個是建立JCBJCB的過程的過程41、作業(yè)輸入方式、作業(yè)輸入方式 作業(yè)輸入方式可分為作業(yè)輸入方式可分為5種：種：聯(lián)機輸入方式聯(lián)機輸入方式 用戶和系統(tǒng)通過交互會話方式來輸入
6、作業(yè)。用戶和系統(tǒng)通過交互會話方式來輸入作業(yè)。脫機輸入方式（又稱預輸入方式）脫機輸入方式（又稱預輸入方式）利用低檔的個人計算機事先將作業(yè)輸入到外存利用低檔的個人計算機事先將作業(yè)輸入到外存 介質(zhì)上（如磁盤、磁帶等）介質(zhì)上（如磁盤、磁帶等）5主機主機公用存儲器公用存儲器低檔低檔PC機機1低檔低檔PC機機n 直接耦合輸入方式直接耦合輸入方式 直接耦合輸入方式是把主機和外圍低檔微機通過一直接耦合輸入方式是把主機和外圍低檔微機通過一個公用的大容量的外存直接耦合起來，保留了脫機輸個公用的大容量的外存直接耦合起來，保留了脫機輸入方式的快速輸入的優(yōu)點，又克服了聯(lián)機輸入方式浪入方式的快速輸入的優(yōu)點，又克服了聯(lián)機輸
7、入方式浪費費CPU資源的缺點。直接耦合輸入方式的工作原理如資源的缺點。直接耦合輸入方式的工作原理如下圖所示。下圖所示。直接耦合輸入方式工作原理圖直接耦合輸入方式工作原理圖6 SPOOLING系統(tǒng)系統(tǒng) SPOOLING又可譯作外圍設(shè)備同時聯(lián)機操作，其工又可譯作外圍設(shè)備同時聯(lián)機操作，其工作原理如下圖所示。作原理如下圖所示。輸入裝置輸入裝置輸入裝置輸入裝置通通 道道通通 道道輸出裝置輸出裝置輸出裝置輸出裝置通通 道道外存外存輸入井輸入井輸出井輸出井輸入管輸入管理模塊理模塊輸出管輸出管理模塊理模塊主機系統(tǒng)主機系統(tǒng)SPOOLING系統(tǒng)系統(tǒng)7 網(wǎng)絡輸入方式網(wǎng)絡輸入方式 網(wǎng)絡輸入方式以上述幾種方式為基礎(chǔ)，當
8、用戶需網(wǎng)絡輸入方式以上述幾種方式為基礎(chǔ)，當用戶需要把在計算機網(wǎng)絡中某一臺主機上輸入的信息傳輸?shù)揭言谟嬎銠C網(wǎng)絡中某一臺主機上輸入的信息傳輸?shù)酵痪W(wǎng)絡中另一臺主機上進行操作或執(zhí)行時，就構(gòu)成同一網(wǎng)絡中另一臺主機上進行操作或執(zhí)行時，就構(gòu)成了網(wǎng)絡輸入方式。了網(wǎng)絡輸入方式。82.2.作業(yè)控制表作業(yè)控制表(JCB)(JCB)的建立的建立作業(yè)名作業(yè)名 估計執(zhí)行時間估計執(zhí)行時間優(yōu)先數(shù)或優(yōu)先級（用于調(diào)度）優(yōu)先數(shù)或優(yōu)先級（用于調(diào)度）作業(yè)說明書文件名作業(yè)說明書文件名程序類型（需調(diào)用的系統(tǒng)程序）程序類型（需調(diào)用的系統(tǒng)程序）資源要求：靜態(tài)申請和動態(tài)申請資源要求：靜態(tài)申請和動態(tài)申請作業(yè)狀態(tài)：提交、后備、執(zhí)行、完成；作業(yè)狀
9、態(tài)：提交、后備、執(zhí)行、完成；在系統(tǒng)把作業(yè)信息輸入到外存輸入井之后，還要根據(jù)作業(yè)在系統(tǒng)把作業(yè)信息輸入到外存輸入井之后，還要根據(jù)作業(yè)說明書內(nèi)容和有關(guān)作業(yè)信息說明書內(nèi)容和有關(guān)作業(yè)信息在外存在外存建立相應的建立相應的作業(yè)控制塊作業(yè)控制塊(JCB)，JCB中包含了在作業(yè)運行過程中，系統(tǒng)對其進行調(diào)度和管理的中包含了在作業(yè)運行過程中，系統(tǒng)對其進行調(diào)度和管理的必要信息，以后由作業(yè)調(diào)度程序管理。作業(yè)結(jié)束時，必要信息，以后由作業(yè)調(diào)度程序管理。作業(yè)結(jié)束時，JCB也被撤也被撤銷。每個作業(yè)對應一個銷。每個作業(yè)對應一個JCB。JCB中包括如下信息：中包括如下信息：93.3.作業(yè)的處理過程（四種狀態(tài)作業(yè)的處理過程（四種狀態(tài)
10、）作業(yè)的四種狀態(tài)：作業(yè)的四種狀態(tài)：作業(yè)提交：一個作業(yè)被提交到機房或用戶通過終端鍵盤向計算機中鍵入其作業(yè)作業(yè)提交：一個作業(yè)被提交到機房或用戶通過終端鍵盤向計算機中鍵入其作業(yè) 時所處的狀況為提交狀態(tài)；時所處的狀況為提交狀態(tài)；作業(yè)收容：作業(yè)完全進入到外存，系統(tǒng)為其建立作業(yè)收容：作業(yè)完全進入到外存，系統(tǒng)為其建立JCB,JCB,等待調(diào)度運行等待調(diào)度運行(也稱后備狀態(tài)也稱后備狀態(tài))；作業(yè)執(zhí)行：分配資源，送入內(nèi)存，被調(diào)度運行；作業(yè)執(zhí)行：分配資源，送入內(nèi)存，被調(diào)度運行；作業(yè)完成：釋放資源，完成作業(yè)輸出作業(yè)完成：釋放資源，完成作業(yè)輸出；用戶用戶作業(yè)錄入作業(yè)錄入提交提交收容收容完成完成運行運行就緒就緒阻塞阻塞等待
11、等待I/OI/OI/OI/O完成完成進程進程調(diào)度調(diào)度作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度執(zhí)行執(zhí)行作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度10三、控制界面接口三、控制界面接口 OS為用戶提供兩個接口界面：為用戶提供兩個接口界面：命令接口界面和系統(tǒng)調(diào)用命令接口界面和系統(tǒng)調(diào)用 一個是程序級的接口一個是程序級的接口提供一組廣義指令提供一組廣義指令(或稱系統(tǒng)調(diào)用或稱系統(tǒng)調(diào)用)；一個是作業(yè)級的接口一個是作業(yè)級的接口提供一組控制操作命令提供一組控制操作命令(或稱作業(yè)控或稱作業(yè)控制語言制語言)。1、命令控制界面接口、命令控制界面接口 使用操作命令進行作業(yè)控制有兩種主要方式：使用操作命令進行作業(yè)控制有兩種主要方式：脫機方式：如批處理系統(tǒng)中的作業(yè)控制方式，
12、交互性差。脫機方式：如批處理系統(tǒng)中的作業(yè)控制方式，交互性差。聯(lián)機方式：交互工作方式聯(lián)機方式：交互工作方式,“,“一問一答一問一答”。命令更豐富，使。命令更豐富，使用更方便，有時顯得繁瑣。用更方便，有時顯得繁瑣。脫機方式脫機方式聯(lián)機方式聯(lián)機方式11 操作命令主要分如下幾大類：操作命令主要分如下幾大類：（1 1）環(huán)境設(shè)置命令：用來改變終端用戶所在位）環(huán)境設(shè)置命令：用來改變終端用戶所在位 置、執(zhí)行路徑等；置、執(zhí)行路徑等；（2 2）執(zhí)行權(quán)限管理：用來控制用戶訪問和讀、）執(zhí)行權(quán)限管理：用來控制用戶訪問和讀、寫、執(zhí)行有關(guān)文件的權(quán)限；寫、執(zhí)行有關(guān)文件的權(quán)限；（3 3）系統(tǒng)管理：主要用于系統(tǒng)維護、開機或關(guān)）系
13、統(tǒng)管理：主要用于系統(tǒng)維護、開機或關(guān) 機、增加或減少終端用戶、計時收費等；機、增加或減少終端用戶、計時收費等；（4 4）文件管理：用來管理和控制終端用戶文件。）文件管理：用來管理和控制終端用戶文件。如：文件的復制、移動或刪除等。如：文件的復制、移動或刪除等。12（5 5）編輯、編譯、連接裝配和執(zhí)行命令等；）編輯、編譯、連接裝配和執(zhí)行命令等；（6 6）通信命令；）通信命令；（7 7）資源請求：用戶使用這些命令向系統(tǒng)申請資源）資源請求：用戶使用這些命令向系統(tǒng)申請資源（申請某外部設(shè)備等）。（申請某外部設(shè)備等）。132 2 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用(廣義指令廣義指令)系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給軟件開發(fā)人員的唯一接
14、口，開系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給軟件開發(fā)人員的唯一接口，開發(fā)人員可利用系統(tǒng)調(diào)用，在源程序一級動態(tài)請求和釋放系統(tǒng)資發(fā)人員可利用系統(tǒng)調(diào)用，在源程序一級動態(tài)請求和釋放系統(tǒng)資源，調(diào)用系統(tǒng)中已有的系統(tǒng)功能來完成那些與機器硬件部分相源，調(diào)用系統(tǒng)中已有的系統(tǒng)功能來完成那些與機器硬件部分相關(guān)的工作。關(guān)的工作。OS核心中都有一組事先編制好的、實現(xiàn)某些系統(tǒng)核心中都有一組事先編制好的、實現(xiàn)某些系統(tǒng)功能的過程（子程序）。功能的過程（子程序）。每個操作系統(tǒng)都提供幾百種系統(tǒng)調(diào)用，包括：外存文件與目每個操作系統(tǒng)都提供幾百種系統(tǒng)調(diào)用，包括：外存文件與目錄的讀寫，各種錄的讀寫，各種I/O設(shè)備的使用，在程序中啟動另一個程序，設(shè)備的
15、使用，在程序中啟動另一個程序，查詢和統(tǒng)計系統(tǒng)資源使用情況等。查詢和統(tǒng)計系統(tǒng)資源使用情況等。14 系統(tǒng)調(diào)用大致分為如下幾大類：系統(tǒng)調(diào)用大致分為如下幾大類：1)設(shè)備管理：設(shè)備的讀寫和控制；設(shè)備管理：設(shè)備的讀寫和控制；Ioctl 設(shè)備配置；設(shè)備配置；Open 設(shè)備打開；設(shè)備打開；Close 設(shè)備關(guān)閉設(shè)備關(guān)閉 Read 讀設(shè)備讀設(shè)備 ；Write 寫設(shè)備寫設(shè)備2)文件管理：文件讀寫和文件控制；文件管理：文件讀寫和文件控制；Open 文件打開；文件打開；Close 文件關(guān)閉；文件關(guān)閉；Read 讀文件讀文件 Write寫文件寫文件 ；Seek 讀寫指針定位；讀寫指針定位；Creat 文件創(chuàng)建文件創(chuàng)建 S
16、tat讀文件狀態(tài)；讀文件狀態(tài)；Mount 安裝文件系統(tǒng)；安裝文件系統(tǒng)；Chmod 修改文件屬性修改文件屬性153)3)進程控制：進程的創(chuàng)建、執(zhí)行、撤銷、暫停等控制；進程控制：進程的創(chuàng)建、執(zhí)行、撤銷、暫停等控制；Fork Fork 創(chuàng)建進程；創(chuàng)建進程；Exit Exit 進程自我終止；進程自我終止；Wait Wait 阻塞當前進程阻塞當前進程SleepSleep進程睡眠；進程睡眠；Getpid Getpid 讀讀父進程標識。父進程標識。4)4)進程通信：該類系統(tǒng)調(diào)用被用來在進程之間傳遞消息進程通信：該類系統(tǒng)調(diào)用被用來在進程之間傳遞消息 或信號?；蛐盘枴?)5)存儲管理：內(nèi)存的申請和釋放；存儲管理
17、：內(nèi)存的申請和釋放；6)6)系統(tǒng)管理：設(shè)置和讀取時間、讀取用戶和主機標識系統(tǒng)管理：設(shè)置和讀取時間、讀取用戶和主機標識 等；等；GtimeGtime 讀取時間；讀取時間；StimeStime 設(shè)置時間；設(shè)置時間；GetuidGetuid 讀取用戶標識讀取用戶標識7)7)線程管理：線程的創(chuàng)建、調(diào)度、執(zhí)行、撤銷等。線程管理：線程的創(chuàng)建、調(diào)度、執(zhí)行、撤銷等。16系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)過程系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)過程陷入指令陷入指令系統(tǒng)子程序系統(tǒng)子程序sub 0A0sub 1A1sub nAnsub iAi.陷入處理機構(gòu)陷入處理機構(gòu)1)保護處理保護處理機現(xiàn)場機現(xiàn)場2)取系統(tǒng)調(diào)取系統(tǒng)調(diào)用功能號并用功能號并尋找子程序?qū)ふ易映?/p>
18、序入口入口3)3)恢復處理恢復處理機現(xiàn)場并機現(xiàn)場并返回返回入口地址表入口地址表A0A2Ai.An.系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用.用戶程序用戶程序17 在命令行方式下，用戶與操作系統(tǒng)的交互要求用戶記憶命在命令行方式下，用戶與操作系統(tǒng)的交互要求用戶記憶命令格式。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，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。方便用戶使用。它的技術(shù)基礎(chǔ)是高分辯顯示器和鼠標。四、四、圖形用戶接口圖形用戶接口18圖形用戶接口特
19、點圖形用戶接口特點 利用圖形元素表示功能利用圖形元素表示功能：將各種圖形元素顯示在屏幕上，：將各種圖形元素顯示在屏幕上，用戶可以通過操縱圖形元素（如菜單、圖標）來執(zhí)行相用戶可以通過操縱圖形元素（如菜單、圖標）來執(zhí)行相應的功能；應的功能；同屏多窗口與并發(fā)進程相對應同屏多窗口與并發(fā)進程相對應：屏幕上同時顯示多個窗：屏幕上同時顯示多個窗口；一個進程可以對應一個或多個窗口；窗口動態(tài)創(chuàng)建、口；一個進程可以對應一個或多個窗口；窗口動態(tài)創(chuàng)建、改變、撤銷等；改變、撤銷等；輸入方式：鼠標指針點擊（或其他定位設(shè)備）和鍵盤輸輸入方式：鼠標指針點擊（或其他定位設(shè)備）和鍵盤輸入；通常是即時交互；入；通常是即時交互；19 一致的圖形元素風格可方便用戶學習和使用：如按鈕、一致的圖形元素風格可方便用戶學習和使用：如按鈕、滾動條等；滾動條等；優(yōu)點：操作直觀（不必記命令行參數(shù)），可與多個進優(yōu)點：操作直觀（不必記命令行參數(shù)），可與多個進程交互，便于進行多媒體處理簡而言之：交互的程交互，便于進行多媒體處理簡而言之：交互的并發(fā)性好、傳遞信息量大。并發(fā)性好、傳遞信息量大。（完）（完）20
02第二章 操作系統(tǒng)用戶界面
