1.3操作系统提供的服务和用户接口

三、程序接口与系统调用 (2)
用户接口 用户 标准系统程序(实用程序) (汇编、编译、编辑、Shell等) 用 户 态 核 心 态 库函数接口
标准库函数 (打开、关闭、读、写、创建、撤销等) 操作系统 (进程管理、存储管理、文件管理、设备管理等) 硬件 (处理器、存储器、磁盘、打印机、终端等)
系统调用接口
三、程序接口与系统调用 (7)
(3) 系统调用的处理过程
系统调用陷入机构 保护CPU现场 入口地址表 A0 A1 … A0 A1 SUB0 SUB1 … 系统调用处理子程序
用户程序
陷入指令
取系统功能号 找入口地址表 相应入口地址
System Call Ai
Ai … An 结束处理恢 复现场
Ai
SUBi …
1.3 操作系统提供的服务和用户接口
主要内容： 主要内容：
操作系统提供的基本服务 操作系统提供的用户接口 程序接口与系统调用 操作接口与系统程序
一、操作系统提供的基本服务
1. 创建程序：提供程序的编辑、调试、编译等生成工具。 2. 执行程序 3. 数据I/O 4. 信息存取：文件操作 5. 通信服务：进程通信 6. 错误检测和处理
三、程序接口与系统调用 (4)
实例： Windows支持API（应用编程接口）的三个组件： • 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。
还具有另外一些功能:资源分配，统计，保护。
二、操作系统提供的用户接口 (1)
操作系统为用户提供两种调用其服务和功能的接口: 程序接口：又称应用编程接口 应用编程接口API（Application 1. 程序接口 应用编程接口 （ Programming Interface），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。 操作接口：又称作业级接口 作业级接口，操作系统为用户提供的操作 2. 操作接口 作业级接口 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。
An
SUBn
三、程序接口与系统调用 (8)
(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。
三、程序接口与系统调用 (9)
操作系统
X: 参数 LOAD AddR X System Call 8
X 从表X取参数 寄存器 系统调用8的 处理子程序
传递参数的一种方法
三、程序接口与系统调用 (10)
4.系统调用与过程(函数) 4.系统调用与过程(函数) 调用的区别 系统调用与过程 (1)调用形式不同。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（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。
四、操作接口与系统程序(4) 四、操作接口与系统程序(4)
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 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 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。
四、操作接口与系统程序(6) 四、操作接口与系统程序(6)
实例： 一个需要编译、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* • . • <Source Program Card> • . •/*
UNIX/Linux系统程序、库函数、系统调用的分层关系 系统程序、库函数、 系统程序
三、程序接口与系统调用 (3)
2.系统调用的分类 2.系统调用的分类 (1)进程和作业管理：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)信息维护：日期、时间及系统数据的获取和设置。 (6)通信：通信连接的建立、连接和断开、信息的发送和接受。
三、程序接口与系统调用 (11)
(4)调用的实现不同。程序使用一般机器指令（跳转指令）来 调用过程（函数），是在用户态运行的；程序执行系统调 用，是通过中断机构来实现的，需要从用户态转变到核心 态，在管理态执行。
四、操作接口与系统程序(1) 四、操作接口与系统程序(1)
1.作业控制方式 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 脱机作业控制方式 联机作业控制方式和脱机作业控制方式 联机作业控制方式 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 作业控制 ：操作控制命令和作业控制 语言（命令）。 语言（命令）。 (1)联机用户接口 联机用户接口-----操作控制命令 联机用户接口 操作控制命令 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)
系统调用
操作命令或JCL 操作命令或
(操作接口)
操 作 系 统 裸 机
用户和操作系统间的两种接口
三、程序接口与系统调用 (1)
1.系统调用 1.系统调用 (1)概念 (1)概念 系统调用是为了扩充机器功能、增强系统能力、方便用户使用 系统调用 而在内核中建立的过程（函数），它是用户程序或其它系统程 序获得操作系统服务的唯一途径，系统调用也称为广义指令 广义指令。 广义指令 机器指令由硬件实现，广义指令（系统调用）是由操作系统在 机器指令基础上实现的过程或子程序。 (2)实现形式 (2)实现形式 早期操作系统的系统调用使用汇编语言编写。最新推出的一些 操作系统，如UNIX新版本、Linux、Windows、OS2等，其系 统调用用C语言编写，并以库函数形式提供。（有些库函数与 系统调用无关，一般地说，库函数属于用户程序而非系统程 序）。
四、操作接口与系统程序(2) 四、操作接口与系统程序(2)
常用的用户界面有以下几种： 常用的用户界面 1)字符显示用户界面 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： ①命令行方式 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 . . . Argn Command-----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、 diff、file、find、ln、ls、mkdir、mv、od、pr、pwd、rm、 rmdir。
四、操作接口与系统程序(3) 四、操作接口与系统程序(3)
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 系统维护类：date、man、passwd、stty、tty、who。 ②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 思想 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不同的命令序 列，增强命令接口的处理能力。
三、程序接口与系统调用 (5)
Windows和UNIX/Linux的部分系统调用： UNIX/Linux fork waitpid open/close read/write lseek mkdir/rmdir stat Win32 CreatProcess WaitForSingleObject CreatFile/CloseHandle ReadFile/WriteFile SetFilePointer Creat/Remove Directory GetFileAttributesEx 说明 创建进程 等待进程终止 创建或打开/关闭文件 读/写文件 移动文件指针 建立/删除目录 获得文件属性