02第二章 操作系统用户界面

第二章第二章 操作系统用户界面操作系统用户界面作业组织和控制作业组织和控制系统调用系统调用(SYSTEM CALL)(SYSTEM CALL)图形用户接口图形用户接口(GUI,GRAPHIC USER(GUI,GRAPHIC USER NTERFACE)NTERFACE)本章主要从用户使用和系统管理两方面出发，讨章主要从用户使用和系统管理两方面出发，讨论论OSOS为用户提供的编程接口和命令控制接口，先讨论为用户提供的编程接口和命令控制接口，先讨论命令控制接口。然后再讨论系统调用与编程接口，首命令控制接口。然后再讨论系统调用与编程接口，首先要了解作业和作业管理先要了解作业和作业管理。1一、作业的基本概念一、作业的基本概念返回1、作业的定义、作业的定义 一个作业是指在一次应用业务处理过程中，从输一个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工作。业务处理的全部工作。用户的观点：在一次业务处理过程中，从输入程序用户的观点：在一次业务处理过程中，从输入程序和数据到输出结果的全过程。和数据到输出结果的全过程。系统的观点：作业是由程序、数据和作业说明书组系统的观点：作业是由程序、数据和作业说明书组成。（作业说明书是由作业控制语言编写）成。（作业说明书是由作业控制语言编写）作业步是在一个作业的处理过程中，计算机所做的相作业步是在一个作业的处理过程中，计算机所做的相对独立的工作。对独立的工作。22、作业的组成、作业的组成作业由作业由程序程序、数据数据和和作业说明书作业说明书三部分组成。三部分组成。作业说明书包括作业基本情况、作业控制、作业资源作业说明书包括作业基本情况、作业控制、作业资源要求的描述；它体现用户的控制意图。如：预计运行要求的描述；它体现用户的控制意图。如：预计运行时间、要求的资源情况、执行优先级等。时间、要求的资源情况、执行优先级等。作业基本情况：作业基本情况：用户名、作业名、编程语言等；用户名、作业名、编程语言等；作业控制描述作业控制描述：作业控制方式、作业步的操作顺序、作业控制方式、作业步的操作顺序、作业执行出错处理；作业执行出错处理；作业资源要求描述：作业资源要求描述：处理时间、优先级、内存空间、处理时间、优先级、内存空间、外设类型和数量等；外设类型和数量等；3二、作业的建立二、作业的建立 建立一个作业必须把该作业所包含全部程序和数建立一个作业必须把该作业所包含全部程序和数据输入到计算机的外存据输入到计算机的外存(或称辅存或称辅存)上。上。而且，还要由而且，还要由作业注册程序在系统中为该作业申请建立一个相应的作业注册程序在系统中为该作业申请建立一个相应的作业控制块作业控制块(JCB)(JCB)，当一个作业的全部程序和数据输入当一个作业的全部程序和数据输入到输入到外存且在系统中建立了相应的到输入到外存且在系统中建立了相应的JCBJCB之后之后，就说，就说一个作业已经建立起来了。一个作业已经建立起来了。建立一个作业包括两个子过程建立一个作业包括两个子过程 JCBJCB登记了和该作业的一些相关信息（具体以后介绍），登记了和该作业的一些相关信息（具体以后介绍），且且JCBJCB与作业之间具有一一对应关系。与作业之间具有一一对应关系。一个是作业的输入过程一个是作业的输入过程一个是建立一个是建立JCBJCB的过程的过程41、作业输入方式、作业输入方式 作业输入方式可分为作业输入方式可分为5种：种：联机输入方式联机输入方式 用户和系统通过交互会话方式来输入作业。用户和系统通过交互会话方式来输入作业。脱机输入方式（又称预输入方式）脱机输入方式（又称预输入方式）利用低档的个人计算机事先将作业输入到外存利用低档的个人计算机事先将作业输入到外存 介质上（如磁盘、磁带等）介质上（如磁盘、磁带等）5主机主机公用存储器公用存储器低档低档PC机机1低档低档PC机机n 直接耦合输入方式直接耦合输入方式 直接耦合输入方式是把主机和外围低档微机通过一直接耦合输入方式是把主机和外围低档微机通过一个公用的大容量的外存直接耦合起来，保留了脱机输个公用的大容量的外存直接耦合起来，保留了脱机输入方式的快速输入的优点，又克服了联机输入方式浪入方式的快速输入的优点，又克服了联机输入方式浪费费CPU资源的缺点。直接耦合输入方式的工作原理如资源的缺点。直接耦合输入方式的工作原理如下图所示。下图所示。直接耦合输入方式工作原理图直接耦合输入方式工作原理图6 SPOOLING系统系统 SPOOLING又可译作外围设备同时联机操作，其工又可译作外围设备同时联机操作，其工作原理如下图所示。作原理如下图所示。输入装置输入装置输入装置输入装置通通 道道通通 道道输出装置输出装置输出装置输出装置通通 道道外存外存输入井输入井输出井输出井输入管输入管理模块理模块输出管输出管理模块理模块主机系统主机系统SPOOLING系统系统7 网络输入方式网络输入方式 网络输入方式以上述几种方式为基础，当用户需网络输入方式以上述几种方式为基础，当用户需要把在计算机网络中某一台主机上输入的信息传输到要把在计算机网络中某一台主机上输入的信息传输到同一网络中另一台主机上进行操作或执行时，就构成同一网络中另一台主机上进行操作或执行时，就构成了网络输入方式。了网络输入方式。82.2.作业控制表作业控制表(JCB)(JCB)的建立的建立作业名作业名 估计执行时间估计执行时间优先数或优先级（用于调度）优先数或优先级（用于调度）作业说明书文件名作业说明书文件名程序类型（需调用的系统程序）程序类型（需调用的系统程序）资源要求：静态申请和动态申请资源要求：静态申请和动态申请作业状态：提交、后备、执行、完成；作业状态：提交、后备、执行、完成；在系统把作业信息输入到外存输入井之后，还要根据作业在系统把作业信息输入到外存输入井之后，还要根据作业说明书内容和有关作业信息说明书内容和有关作业信息在外存在外存建立相应的建立相应的作业控制块作业控制块(JCB)，JCB中包含了在作业运行过程中，系统对其进行调度和管理的中包含了在作业运行过程中，系统对其进行调度和管理的必要信息，以后由作业调度程序管理。作业结束时，必要信息，以后由作业调度程序管理。作业结束时，JCB也被撤也被撤销。每个作业对应一个销。每个作业对应一个JCB。JCB中包括如下信息：中包括如下信息：93.3.作业的处理过程（四种状态作业的处理过程（四种状态）作业的四种状态：作业的四种状态：作业提交：一个作业被提交到机房或用户通过终端键盘向计算机中键入其作业作业提交：一个作业被提交到机房或用户通过终端键盘向计算机中键入其作业 时所处的状况为提交状态；时所处的状况为提交状态；作业收容：作业完全进入到外存，系统为其建立作业收容：作业完全进入到外存，系统为其建立JCB,JCB,等待调度运行等待调度运行(也称后备状态也称后备状态)；作业执行：分配资源，送入内存，被调度运行；作业执行：分配资源，送入内存，被调度运行；作业完成：释放资源，完成作业输出作业完成：释放资源，完成作业输出；用户用户作业录入作业录入提交提交收容收容完成完成运行运行就绪就绪阻塞阻塞等待等待I/OI/OI/OI/O完成完成进程进程调度调度作业调度作业调度执行执行作业调度作业调度10三、控制界面接口三、控制界面接口 OS为用户提供两个接口界面：为用户提供两个接口界面：命令接口界面和系统调用命令接口界面和系统调用 一个是程序级的接口一个是程序级的接口提供一组广义指令提供一组广义指令(或称系统调用或称系统调用)；一个是作业级的接口一个是作业级的接口提供一组控制操作命令提供一组控制操作命令(或称作业控或称作业控制语言制语言)。1、命令控制界面接口、命令控制界面接口 使用操作命令进行作业控制有两种主要方式：使用操作命令进行作业控制有两种主要方式：脱机方式：如批处理系统中的作业控制方式，交互性差。脱机方式：如批处理系统中的作业控制方式，交互性差。联机方式：交互工作方式联机方式：交互工作方式,“,“一问一答一问一答”。命令更丰富，使。命令更丰富，使用更方便，有时显得繁琐。用更方便，有时显得繁琐。脱机方式脱机方式联机方式联机方式11 操作命令主要分如下几大类：操作命令主要分如下几大类：（1 1）环境设置命令：用来改变终端用户所在位）环境设置命令：用来改变终端用户所在位 置、执行路径等；置、执行路径等；（2 2）执行权限管理：用来控制用户访问和读、）执行权限管理：用来控制用户访问和读、写、执行有关文件的权限；写、执行有关文件的权限；（3 3）系统管理：主要用于系统维护、开机或关）系统管理：主要用于系统维护、开机或关 机、增加或减少终端用户、计时收费等；机、增加或减少终端用户、计时收费等；（4 4）文件管理：用来管理和控制终端用户文件。）文件管理：用来管理和控制终端用户文件。如：文件的复制、移动或删除等。如：文件的复制、移动或删除等。12（5 5）编辑、编译、连接装配和执行命令等；）编辑、编译、连接装配和执行命令等；（6 6）通信命令；）通信命令；（7 7）资源请求：用户使用这些命令向系统申请资源）资源请求：用户使用这些命令向系统申请资源（申请某外部设备等）。（申请某外部设备等）。132 2 系统调用系统调用(广义指令广义指令)系统调用是操作系统提供给软件开发人员的唯一接口，开系统调用是操作系统提供给软件开发人员的唯一接口，开发人员可利用系统调用，在源程序一级动态请求和释放系统资发人员可利用系统调用，在源程序一级动态请求和释放系统资源，调用系统中已有的系统功能来完成那些与机器硬件部分相源，调用系统中已有的系统功能来完成那些与机器硬件部分相关的工作。关的工作。OS核心中都有一组事先编制好的、实现某些系统核心中都有一组事先编制好的、实现某些系统功能的过程（子程序）。功能的过程（子程序）。每个操作系统都提供几百种系统调用，包括：外存文件与目每个操作系统都提供几百种系统调用，包括：外存文件与目录的读写，各种录的读写，各种I/O设备的使用，在程序中启动另一个程序，设备的使用，在程序中启动另一个程序，查询和统计系统资源使用情况等。查询和统计系统资源使用情况等。14 系统调用大致分为如下几大类：系统调用大致分为如下几大类：1)设备管理：设备的读写和控制；设备管理：设备的读写和控制；Ioctl 设备配置；设备配置；Open 设备打开；设备打开；Close 设备关闭设备关闭 Read 读设备读设备 ；Write 写设备写设备2)文件管理：文件读写和文件控制；文件管理：文件读写和文件控制；Open 文件打开；文件打开；Close 文件关闭；文件关闭；Read 读文件读文件 Write写文件写文件 ；Seek 读写指针定位；读写指针定位；Creat 文件创建文件创建 Stat读文件状态；读文件状态；Mount 安装文件系统；安装文件系统；Chmod 修改文件属性修改文件属性153)3)进程控制：进程的创建、执行、撤销、暂停等控制；进程控制：进程的创建、执行、撤销、暂停等控制；Fork Fork 创建进程；创建进程；Exit Exit 进程自我终止；进程自我终止；Wait Wait 阻塞当前进程阻塞当前进程SleepSleep进程睡眠；进程睡眠；Getpid Getpid 读读父进程标识。父进程标识。4)4)进程通信：该类系统调用被用来在进程之间传递消息进程通信：该类系统调用被用来在进程之间传递消息 或信号。或信号。5)5)存储管理：内存的申请和释放；存储管理：内存的申请和释放；6)6)系统管理：设置和读取时间、读取用户和主机标识系统管理：设置和读取时间、读取用户和主机标识 等；等；GtimeGtime 读取时间；读取时间；StimeStime 设置时间；设置时间；GetuidGetuid 读取用户标识读取用户标识7)7)线程管理：线程的创建、调度、执行、撤销等。线程管理：线程的创建、调度、执行、撤销等。16系统调用的实现过程系统调用的实现过程陷入指令陷入指令系统子程序系统子程序sub 0A0sub 1A1sub nAnsub iAi.陷入处理机构陷入处理机构1)保护处理保护处理机现场机现场2)取系统调取系统调用功能号并用功能号并寻找子程序寻找子程序入口入口3)3)恢复处理恢复处理机现场并机现场并返回返回入口地址表入口地址表A0A2Ai.An.系统调用系统调用.用户程序用户程序17 在命令行方式下，用户与操作系统的交互要求用户记忆命在命令行方式下，用户与操作系统的交互要求用户记忆命令格式。在图形用户接口方式下，用户可利用鼠标对屏幕上的令格式。在图形用户接口方式下，用户可利用鼠标对屏幕上的图标进行操作，完成与操作系统的交互，从而减少记忆内容，图标进行操作，完成与操作系统的交互，从而减少记忆内容，方便用户使用。它的技术基础是高分辩显示器和鼠标。方便用户使用。它的技术基础是高分辩显示器和鼠标。四、四、图形用户接口图形用户接口18图形用户接口特点图形用户接口特点 利用图形元素表示功能利用图形元素表示功能：将各种图形元素显示在屏幕上，：将各种图形元素显示在屏幕上，用户可以通过操纵图形元素（如菜单、图标）来执行相用户可以通过操纵图形元素（如菜单、图标）来执行相应的功能；应的功能；同屏多窗口与并发进程相对应同屏多窗口与并发进程相对应：屏幕上同时显示多个窗：屏幕上同时显示多个窗口；一个进程可以对应一个或多个窗口；窗口动态创建、口；一个进程可以对应一个或多个窗口；窗口动态创建、改变、撤销等；改变、撤销等；输入方式：鼠标指针点击（或其他定位设备）和键盘输输入方式：鼠标指针点击（或其他定位设备）和键盘输入；通常是即时交互；入；通常是即时交互；19 一致的图形元素风格可方便用户学习和使用：如按钮、一致的图形元素风格可方便用户学习和使用：如按钮、滚动条等；滚动条等；优点：操作直观（不必记命令行参数），可与多个进优点：操作直观（不必记命令行参数），可与多个进程交互，便于进行多媒体处理简而言之：交互的程交互，便于进行多媒体处理简而言之：交互的并发性好、传递信息量大。并发性好、传递信息量大。（完）（完）20