ch操作系统提供的服务和用户接口.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1.3操作系统提供服务和用户接口,1.3.1 操作系统提供基本服务,1.3.2 操作系统提供用户接口,1.3.3 程序接口与系统调用,1.3.4 操作接口与系统程序,第1页,1.3.1,操作系统提供基本服务,创建程序,执行程序,数据I/O,信息存取,通信服务,错误检测和处理,还含有另外一些功效:资源分配,统计,保护。,第2页,1.3.2操作系统提供用户接口,操作系统为用户提供两,种,接口,:,程序接口,操作接口,第3页,操作系统提供用户接口(1),用户和操作系统间两种接口,系统调用,操作命令或,JCL,操 作 系 统,裸 机,(操作接口),(程序接口),第4页,操作系统提供用户接口(2),程序接口又称应用编程接口,API,（,Application Programming Interface,），允许运行程序调用操作系统服务和功效。,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”就可取得操作系统底层服务，使用或访问系统各种软硬件资源。,第5页,操作系统提供用户接口(3),在程序设计语言,(,如,C,语言,),中，往往提供与各系统调用对应库函数，应用程序可经过对应库函数来使用系统调用，,库函数目标是隐藏访管指令细节，使系统调用更象过程调用，但普通地说，库函数属于用户程序而非系统程序。,第6页,操作系统提供用户接口(4),操作系统为用户提供系统调用也出于安全和效率考虑，使得用户态程序不能自由地访问内核关键数据结构或直接访问硬件资源。,第7页,操作系统提供用户接口(5),UNIX/Linux,系统程序、库函数、系统调用分层关系,操作系统,(进程管理、存放管理、文件管理、设备管理等),标准库函数,(打开、关闭、读、写、创建、撤消等),标准系统程序(实用程序),(汇编、编译、编辑、Shell等),用户,用户接口,库函数,接口,系统调用,接口,硬件,(处理器、存放器、磁盘、打印机、终端等),用,户,态,核,心,态,第8页,操作系统提供用户接口(6),操作接口又称作业级接口,，操作系统为用户提供操作控制计算机工作和提供服务伎俩集合，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作业控制语言(命令)等等。,第9页,操作系统提供用户接口(7),Windows,支持,API,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、撤消、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。,第10页,操作系统提供用户接口(8),Win32API,和,UNIX/Linux,系统调用粗略对应关系,UNIX/Linux Win32 说明,fork CreatProcess 创建进程,waitpid WaitForSingleObject 等候进程终止,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 取得文件属性,第11页,1.3.3,程序接口与系统调用,系统调用(1),1.,系统调用分类,(1),进程和作业管理：,(2),文件操作：,(3),设备管理：,(4),内存管理：,(5),信息维护：,(6),通信：,第12页,系统调用(2),2.,系统调用实现关键点,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处理程序，有系统还包含系统调用自带参数个数；,三.是陷入处理机制需开辟现场保护区，以保留发生系统调用时处理器现场。,第13页,系统调用(3),系统调用处理过程,System Call,用户程序,A,0,SUB,0,SUB,1,SUB,i,SUB,n,A,1,A,i,A,n,系统调用处理子程序,取系统功效号,找入口地址表,对应入口地址,结束处理,恢复现场,A,0,A,1,A,i,A,n,保护CPU现场,陷入指令,系统调用陷入机构,入口地址表,第14页,系统调用(4),系统调用参数传递,一是由访管指令或陷入指令自带参数，,直接参数,间接参数,二是经过CPU通用存放器传递参数，或,在内存一个块或表中存放参数，其首地址送入存放器，实现参数传递。,三是在内存中开辟专用堆栈区域传递参数。,第15页,系统调用(5),传递参数一个方法,系统调用8处理子程序,操作系统,X:参数,LOAD AddR X,System Call 8,X,从表X取参数,存放器,第16页,系统调用(6),Linux系统调用,Linux系统调用由两部分组成：,关键函数,是实现系统调用功效(内核)代码。,接口函数,是提供给应用程序API,以库函数形式存在Linuxlib.a中。,第17页,系统调用(7),Linux系统调用入口程序entry.s,ENTRY(sys-call-table),.long SYMBOL-NAME(sys-ni-syscall)0,.long SYMBOL-NAME(sys-exit)1,.long SYMBOL-NAME(sys-fork)2,.long SYMBOL-NAME(sys-read)3,.long SYMBOL-NAME(sys-write)4,.long SYMBOL-NAME(sys-open)5,.long SYMBOL-NAME(sys-close)6,.long SYMBOL-NAME(sys-vfork)190,第18页,系统调用,(,8),Linux系统调用号就是系统调用入口表中位置序号，系统调用经过接口函数将调用号传给内核，内核转入系统调用控制程序再经过调用号位置来定位关键函数,Linux内核陷入由0 x80(int80h)中止实现。,第19页,系统调用,(,9),Linux系统调用控制程序功效,(1),取系统调用号，检验正当性；,(2),建立调用堆栈，保护现场信息；,(3),依据系统调用号定位关键函数地址；,(4),依据通用存放器内容，从用户栈中取入口参数；,(5),关键函数执行，把结果返回应用程序；,(6),执行退栈操作，判别调度程序,scheduler,是否要被执行。,第20页,系统调用(10),系统调用与过程,(,函数,),调用区分,一 是调用形式,二 是被调用代码位置,三 是提供方式,四 是调用实现,第21页,1.3.4 操作接口与系统程,序(1),操作接口,又称作业,(,或功效,),级接口，是操作系统为用户操作控制计算机工作和提供服务伎俩集合，通常可借助操作控制命令、图形操作界面,(,命令,),、以及作业控制语言,(,命令,),等来实现。,第22页,操作接口与系统程,序(2),1.作业控制方式,操作系统提供联机作业控制方式和脱机作业控制方式两个作业级接口，使用伎俩为操作命令：,操作控制命令,作业控制语言(命令),第23页,联机用户接口操作控制命令,命令行方式,批命令方式,图形化方式,第24页,命令行方式,While(TRUE)/*TRUE=1,无限循环*/,type-prompt();/*输出屏幕提醒符*/,read-command(command,parameters);/*从键盘读入参数*/,pid=fork();/*创建子进程*/,if(pid0,printf(“unable to fork!”);/*输出创建失败信息*/,continue;/*继续循环*/,if(pid!=0)/*创建成功*/,waitpid(-1,/*父进程等子进程结束*/,else,execve(command,prraters,0);/*子进程执行命令*/,第25页,批命令方式(1),在使用操作命令过程中，,有时需要连续使用多条命令；,有时需要屡次重复使用若干条命令；,有时需要选择地使用不一样命令,可用批命令实现。,第26页,批命令方式(2),批命令实现思想,要求尤其文件扩展名，用户先把一系列命令组织在该文件中，一次建立，屡次执行。,操作系统支持命令文件使用一套控制子命令，可写出带形式参数批命令文件。这么批命令文件可执行不一样命令序列，增强命令接口处理能力。,第27页,UNIX,Shell(1),Shell是交互型命令解释程序，也是命令级程序设计语言解释系统，比如，,Myrun,文件包含：,cat$1 /*,显示文件*/,cc$1 /*,编译源程序*/,mv a.out$2 /*,把目标程序改为,$2*/,$2 /*,运行,$2*/,执行,csh myrun prog1.c prog,，将对源程序,prog1.c,进行显示和编译，把目标程序更名为,prog,并运行。,第28页,UNIX,Shell(2),另一个UNIX Shell例子,从/user/user1/fei文件中，利用循环控制语句找出含单词：process、thread信息行。其Shell程序feipro为,for i do,grep$i/usr/usr1/fei,done,执行 csh feipro process thread依次打印出含process和thread信息行。,第29页,MS-DOS,操作系统批文件,testbat是查找某文件是否存在批文件：,echo off,if exist%1 goto lab1,echo%1 not found!,goto lab2,：lab1,echo%1 is found!,：lab2,用户键入命令：test wpsexe 执行批文件，若找到 文 件 显 示 wpsexe is found!；否 则 显 示 wps.exe not found!,第30页,脱机用户接口作业控制语言,批处理接口：作业控制语言JCL（,Job Control Language,）,用户使用,JCL,语句，把运行意图(需要对作业进行控制和干予)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,批处理作业调度,执行过程,，系统调用,JCL,语句处理程序或命令解释程序,第31页,IBM,JCL,一个例子(1),一个需要编译、连结编辑作业，源程序和数据穿在卡片上，编译、连结编辑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,以下:,第32页,IBM,JCL,一个例子(2),/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 DD SYSOUT=A,/FTOTF001 DD UNIT=SYSCP,/GO SYSIN DD*,.,.,/*,/,第33页,2.,命令解释程序,命令解释程序主要功效是：接收和执行下一条用户从键盘输入命令。当新批作业被开启，或新交互型用户登录时，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，并作出对应解释和执行。,第34页,命令解释程序实现两种方式,一个是它本身包含了命令执行代码。,另一个是由专门“系统程序”,实现，本身不含命令处理代码，也不进行处理，仅仅把这条命令对应命令文件装入内存执行。,第35页,命令解释程序处理过程,系统开启命令解释程序，输出命令提醒符，等候键盘中止。用户打入命令并按回车换行，申请键盘中止。,CPU响应后，控制权交给命令解释程序，,它,读入命令缓冲区内容，分析命令、接收参数。,若为简单命令马上转向命令处理代码执行。不然查找命令处理文件，装入主存，传递参数，将控制权交给其执行。,命令处理结束后，再次输出命令提醒符，等候下一条命令。,第36页,3系统程序(1),系统程序,又称标准程序或实用程序（,Utilities,），虽非操作系统关键，但却必不可少，为用户程序开发、调试、执行、和维护处理带有共性问题或执行公共操作，,操作系统以外部操作命令形式向用户提供系统程序。它功效和性能很大程度上反应了操作系统功效和性能。,第37页,系统程序(2),系统程序分类：,文件管理,状态信息,程序设计语言支持,程序装入和执行支持,通信,其它软件工具,第38页,UNIX系统调用,系统调用符合可移植操作系统POSIX1003.1标准，每个兼容UNIX都必须支持它。,UNIX标准系统调用分进程管理、文件管理、设备管理、及状态控制等五十余条，系统调用是软件开发者进入UNIX内核入口。,第39页,UNIX标准函数,UNIX提供标准函数，POSIX1003.1标准定义了库过程集合,组成了标准函数库，其中较主要是I/O库函数。,库函数用汇编语言编写,却能够在C语言中调用,比如C程序可经过执行一个Read库过程来实现Read系统调用。,标准函数库建立在系统调用上层，它提供功效较系统调用强，使用也较方便。,第40页,UNIX系统程序(1),UNIX含有丰富系统程序(语言处理、文件编辑和种种软件开发及维护工具)。POSIX1003.2标准，描述了近百个系统程序语义，集中在文件管理、目录管理、编译和程序开发工具方面。,第41页,UNIX系统程序(2),各种UNIX版本均实现了最惯用系统程序约五十多条，UNIX下运行微机软件包己有1000多个，这些应用程序大大加强了UNIX功效。,第42页,系统调用(6),UNIX系统调用处理过程,源程序,函数替换,目标程序,nw=write(fd,buf,count),Load r0,fd,Trap 04,Buf,count,xxxxx,8904(H),*,$,Trap中止,处理程序,C,编译,装,配,系统调用入口表,Write地址,查表,Write调用处理程序,处理程序,中,断,带参数返回,第43页,