9第九章操作系统接口第四版
计算机操作系统第四版
计算机操作系统第四版计算机操作系统是计算机科学中关注的重要领域之一。
操作系统是管理计算机系统硬件和软件资源的核心程序，它对计算机的运行、管理、维护和安全都扮演着至关重要的角色。
本文将介绍计算机操作系统第四版的概述和重点内容。
一、操作系统的定义操作系统是计算机系统中最基本的软件，它负责管理计算机系统的硬件和软件资源。
操作系统由内核和外壳两部分组成，内核是操作系统的核心部分，负责管理并控制系统硬件设备和资源的访问，而外壳则是操作系统提供给用户的各种接口、命令、程序和应用的集合。
操作系统的功能主要包括：管理系统资源，处理进程和线程，提供系统服务，实现文件管理、内存管理和存储管理功能，保障系统安全和稳定性。
二、计算机操作系统第四版的概述《计算机操作系统 - 第四版》是由美国加州大学伯克利分校的Andew S. Tanenbaum和荷兰阿姆斯特丹自由大学的Herbert Bos合作编写的一部经典教材，它在计算机操作系统领域被公认为是标志性著作之一。
该书于2014年第三次出版，对最新的操作系统技术和发展趋势进行了全面的梳理和介绍。
该书的主要内容涵盖了现代操作系统的体系结构、进程管理、内存管理、文件系统、磁盘管理、网络通信、安全等领域，同时涵盖了许多新兴技术和热门话题，如多核处理器、云计算、虚拟化等。
该书在全球范围内广泛应用于计算机科学和工程专业的教育和研究之中。
三、操作系统的体系结构在计算机操作系统中，体系结构是操作系统的核心部分，它决定了操作系统管理所有资源的结构和组织方式、数据结构、算法等。
操作系统的体系结构可以分为单体式和微内核两类。
单体式操作系统采用单一核心结构，所有的系统调用都由内核执行。
微内核操作系统则将操作系统分为较小的内核和更高层的服务进程，通过定义标准接口实现它们之间的通信。
微内核的优点是极大地提高了整个系统的可靠性和安全性，缺点是执行效率较低。
另外，还有一种叫做混合式操作系统的体系结构，它的设计是将单体式和微内核两种体系结构结合起来，以获得两者的优点，并克服缺点。
计算机操作系统第四版课后习题参考答案优选稿
计算机操作系统第四版课后习题参考答案集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-第一章1．设计现代OS的主要目标是什么？答：（1）有效性（2）方便性（3）可扩充性（4）开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）OS作为计算机系统资源的管理者（3）OS实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推劢多道批处理系统形成和収展的主要劢力是什么？答：主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展：（1）不断提高计算机资源的利用率；（2）方便用户；（3）器件的不断更新换代；（4）计算机体系结构的不断发展。
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。
而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。
6．试说明推劢分时系统形成和収展的主要劢力是什么？答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么应如何解决答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设臵多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配臵缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。
操作系统接口
操作系统接口在我们日常使用计算机或其他智能设备时，操作系统就如同一个默默工作的大管家，负责协调和管理各种硬件资源、软件应用以及用户的操作。
而操作系统接口，则是我们与这个大管家进行交流和互动的重要途径。
想象一下，当我们打开一个应用程序、保存一份文件或者调整屏幕的亮度，这一系列的操作都是通过操作系统接口来实现的。
那么，操作系统接口到底是什么呢？简单来说，操作系统接口是一组规则和机制，它允许应用程序和用户与操作系统进行通信和交互。
就好比我们去一家商店买东西，商店的售货员就是操作系统，而我们与售货员交流的方式，比如询问商品信息、提出购买需求等，就类似于操作系统接口。
操作系统接口可以分为两类：用户接口和程序接口。
用户接口，顾名思义，是为了方便用户与操作系统进行交互而设计的。
它主要包括命令行接口和图形用户接口（GUI）。
命令行接口对于一些技术人员或者喜欢高效操作的用户来说可能并不陌生。
在这种接口中，用户通过输入特定的命令来执行各种操作。
比如说，在 Windows 系统中的命令提示符，或者在 Linux 系统中的终端，我们可以输入像“dir”（查看目录）、“cd”（改变目录）这样的命令来完成相应的任务。
虽然命令行接口看起来没有图形用户接口那么直观，但它在执行一些复杂和批量的操作时，往往具有更高的效率。
而图形用户接口则是我们大多数人在日常使用电脑时所熟悉的。
它通过图形化的元素，如窗口、图标、菜单和按钮等，让用户可以通过鼠标和键盘的操作来轻松完成各种任务。
比如我们点击桌面上的图标来启动应用程序，或者在菜单中选择保存文件的位置，这些都是通过图形用户接口来实现的。
图形用户接口的优点是直观、易于操作，对于普通用户来说非常友好。
程序接口则是为了让应用程序能够与操作系统进行交互而存在的。
它提供了一组函数和调用方式，让程序员可以在自己编写的程序中调用操作系统的功能。
比如说，一个应用程序需要读取硬盘上的文件，它就可以通过调用操作系统提供的文件读取函数来实现。
计算机操作系统（第四版）课后习题答案（完整版）
计算机操作系统（第四版）课后习题答案（完整版）第⼀章1．设计现代OS的主要⽬标是什么？答：（1）有效性（2）⽅便性（3）可扩充性（4）开放性2．OS的作⽤可表现在哪⼏个⽅⾯？答：（1）OS作为⽤户与计算机硬件系统之间的接⼝（2）OS作为计算机系统资源的管理者（3）OS实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS⾸先在裸机上覆盖⼀层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第⼀层次抽象；在第⼀层软件上再覆盖⽂件管理软件，实现了对硬件资源操作的第⼆层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动⼒是什么？答：主要动⼒来源于四个⽅⾯的社会需求与技术发展：（1）不断提⾼计算机资源的利⽤率；（2）⽅便⽤户；（3）器件的不断更新换代；（4）计算机体系结构的不断发展。
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O 是指事先将装有⽤户程序和数据的纸带或卡⽚装⼊纸带输⼊机或卡⽚机，在外围机的控制下，把纸带或卡⽚上的数据或程序输⼊到磁带上。
该⽅式下的输⼊输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进⾏的。
⽽联机I/O⽅式是指程序和数据的输⼊输出都是在主机的直接控制下进⾏的。
6．试说明推动分时系统形成和发展的主要动⼒是什么？答：推动分时系统形成和发展的主要动⼒是更好地满⾜⽤户的需要。
主要表现在：CPU 的分时使⽤缩短了作业的平均周转时间；⼈机交互能⼒使⽤户能直接控制⾃⼰的作业；主机的共享使多⽤户能同时使⽤同⼀台计算机，独⽴地处理⾃⼰的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当⽤户在⾃⼰的终端上键⼊命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在⽤户能接受的时延内将结果返回给⽤户。
解决⽅法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收⽤户从各个终端上输⼊的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存⽤户键⼊的命令或数据。
计算机操作系统第四版教案
(2) CPU等待人工操作。当用户进行装带(卡)、卸带(卡) 等人工操作时，CPU及内存等资源是空闲的。
整理课件 13
第一章 操作系统引论
2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式 为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛 盾，20世纪50年代末出现了脱机I/O技术。该技术是事先将 装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机，在一台外围机 的控制下，把纸带(卡片)上的数据(程序)输入到磁带上。当 CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。
整理课件 9
第一章 操作系统引论
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
整理课件 10
第一章 操作系统引论
1.1.3 推动操作系统发展的主要动力 1．不断提高计算机资源利用率 2. 方便用户 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展 5. 不断提出新的应用需求
整理课件 11
整理课件
2
第一章 操作系统引论
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能 1.5 OS结构设计 习题
整理课件 3
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用
操作系统的目标与应用环境有关。例如在查询系统中所 用的OS，希望能提供良好的人—机交互性；对于应用于工 业控制、武器控制以及多媒体环境下的OS，要求其具有实 时性；而对于微机上配置的OS，则更看重的是其使用的方 便性。
(1) 人—机交互。 (2) 共享主机。
整理课件 26
第一Байду номын сангаас 操作系统引论
操作系统接口
操作系统接口操作系统是“用户与计算机之间的接口”操作系统又向用户提供了“用户与操作系统的接口”支持用户和操作系统之间进行交互用户与操作系统的接口通常是由“命令”和“系统调用”的形式表现出来的。
命令：提供给用户在键盘终端上使用（命令接口）系统调用:用户在编程时使用（程序接口）近些年来推出的新型的操作系统，有增加了基于图像的“图形用户接口”。
Windows95、98、2000、WindowsNT一、命令接口(作业一级的接口)联机命令接口脱机命令接口1.联机命令接口：在分时系统和个人计算机中。
OS向用户提供了一组联机命令，用户可以通过终端键入命令，获取OS服务，并控制系统的运行，我们把分是系统中的接口称为联机命令接口。
为了使用联机命令接口，以实现用户与机器的交互，用户可以通过键盘打入需要的命令，由中断处理程序接收该命令，并把它显示在终端屏幕上。
当一条命令输入完成后，由命令解释程序对命令进行分析，然后执行相应的命令处理程序。
可见，联机命令接口应该包含一组联机命令：大多数命令都是通过运行某一个特定的程序来完成的。
用户键入一条命令的时候还需要提供若干个参数：例如：dir/p/w 终端处理程序:配置在终端上的处理程序，主要用于人机交互。
应该具有接收用户键入的字符、字符缓冲，暂存所有接收的字符；回送显示、屏幕编辑，特殊字符处理命令解释程序：通常处于OS的最外层，用户直接与它打交道。
主要功能是对用户输入的命令进行解释，并转入相应的命令处理程序区执行。
联机命令的类型：系统访问类:在单用户微机中,一般没有系访问命令;在多用户系统中,为了保证系统的安全性,通常都设置了系统访问命令、即注册命令login磁盘操作类：比如：磁盘格式化命令format、复制软盘命令Diskcopy、备份命令backup文件操作类：现实文件type、拷贝文件copy、删除文件erase目录操作类：建立子目录、显示目录命令等其他命令：例如管道连接命令（吧一个命令的输出作为第二个命令的输入，两条以上的命令可以形成一条管道）2.脱机命令接口在批处理中，用户一旦把作业提交给系统后，便失去了自己直接与作业交互的能力，只有利用作业控制语言JCL ，写成作业说明书，提交给系统后，由系统按照作业说明书的命令，逐条解释执行。
汤子瀛《计算机操作系统》(第4版)章节题库(9-12章)【圣才出品】
4．用户接口包括______、______、______。 【答案】命令接口、程序接口、图形接口 【解析】用户接口包括：命令接口、程序接口、图形接口。
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5．键盘终端处理程序有______和______这两种方式来实现字符接收功能。 【答案】面向字符方式、面向行方式 【解析】键盘终端处理程序有面向字符方式和面向行方式这两种方式来实现字符接收 功能。
3．联机命令的接口主要是由______、______、______三个部分组成。 【答案】键盘终端处理程序、MS-DOS 解释程序、Shell 解释程序 【解析】联机命令的接口主要是由键盘终端处理程序、MS-DOS 解释程序、Shell 解释 程序三个部分组成。终端处理程序，就是人机交互中计算机与人的一个界面或者交流的通道。 其功能为对输入和输出的支持以及自身的业务逻辑。MS-DOS 用于实现文件管理，包括文 件管理、目录管理、内存管理等功能。它以功能调用的形式实现用户和 MS-DOS 之间的程 序级接口。Shell 解释程序是用户用来进行操作系统内核和其它命令之间交互的程序。
6．比起 UMA 结构，NUMA 结构的最明显的优点是（ ）。 A．访问内存更快 B．管理更简单 C．扩展能力更强 D．资源利用率更高 【答案】C 【解析】在 UMA 结构的多处理机系统中，处理机对于每个存储器单元的读写速度是相 同的。而在 NUMA 多处理机系统中，拥有多个处理器模块（也称为节点），各节点之间通 过一条公用总线或互连模块进行连接和信息交互。但每个处理机对本地存储器、公共存储器 以及远程存储器的读写速度是不同的。
U029计算机操作系统教程_第四版_(张尧学著)_清华大学出版社_第9章
9.1.2 设备管理的功能和任务
• 设备管理程序的功能：
– 提供和进程管理系统的接口。当进程要求设备资源时，该接口将进程 要求转达给设备管理程序； – 进行设备分配。按照设备类型和相应的分配算法把设备和其他有关的 硬件分配给请求该设备的进程，并把未分配到所请求设备或其他有关 硬件的进程放入等待队列； – 实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作。除控制状态寄存器 、数据缓冲寄存器等的控制器之外，对应于不同的I/O控制方式，还要 DMA( Directed Memory Access)通道等硬件支持。在设备分配程序根 据进程要求分配设备、控制器和通道或DMA等之后，通道或DMA将 自动完成设备和内存之间的数据传送工作，从而完成并行操作。在无 通道或DMA时，由设备管理程序利用中断技术来完成操作； – 进行缓冲区管理。一般CPU的执行速度和访问内存速度都比较高，而 外设的数据流通速度则低得多(如键盘)，为减少外设和内存与CPU之 间的数据速度不匹配的问题，系统中一般设有缓冲区(器)来暂放数据。 设备管理程序负责进行缓冲区分配、释放及有关的管理工作。
• 当用户进程需要数据时，它通过CPU发出启动设备准备数据的启动命 令“Start”，然后，用户进程进入测试等待状态。在等待时间内，CPU 不断地用一条测试指令检查描述外围设备的工作状态的控制状态寄存 器。而外围设备只有将数据传送的准备工作作好之后，才将该寄存器 置为完成状态。从而，当CPU检测到控制状态寄存器为完成状态，也 就是该寄存器发出“Done”信号之后，设备开始往内存或CPU传送数据 。反之，当用户进程需要向设备输出数据时，也必须同样发启动命令 启动设备和等待设备准备好之后才能输出数据。除了控制状态寄存器 之外，在I/O控制器中还有一类称为数据缓冲寄存器的寄存器。在CPU 与外围设备之间传送数据时，输入设备每进行一次操作，首先把所输 入的数据送入该寄存器，然后，CPU再把其中数据取走。反之，当 CPU输出数据时，也是先把数据输出到该寄存器之后，再由输出设备 将其取走。只有数据装入该寄存器之后，控制状态寄存器的值才会发 生变化。如图9.2所示。
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直接影响命令接口的一些问题
（a）回送显示（Echoing） （b）提前打入（Type ahead）
（c）字符变换 （d）行缓冲
（e）中断字符（Break Characters）
命令解释程序
• 交互式命令的接口复杂：含功能结构，可 能问题的处理，如各种约定、前端处理、 命令日志、命令注解、宏命令及命令组等
• 交互式控制灵活方便，可以随时进行各种 处理，排除问题，方便调试；系统利用率 低
• 命令接口类型:作业控制语言, 键盘操作 命令
• 接口包括：一组联机命令，终端处理程序， 命令解释程序
命令接口的结构
（a）作为OS的一个部分 如，OS/MVT或VAX/VMS
（b）作为OS的一个独特模块，能方便地修 改或替换 如，RT-11或CP/M
（c）作为一易于被替换的普通程序 如，UNIX操作系统
(d) 在某些系统中，可能用专门设计的命 令接口替代标准的命令接口
如，多用户UNIX，用户可有不同命令 接口
• 9.2.2 简单命令的类型 1、进入退出系统
Login Logout 2、文件操作命令 显示文件内容：cat 复制文件：cp 文件重命名：mv 撤销文件：rm 确定文件类型：file
• 3、目录操作命令 建立目录：mkdir 撤销目录：rmdir 改变目录：cd 4、系统询问类命令 询问日期：date 询问当前用户：who
命令接口结构
命令语言
命令语言规定由OS执行的一系列操作 • 在一般的命令语言中，用户通过打入称为命
令行的一行指令来规定每一个动作 • 每一命令行以命令开始，它标识所要执行的
操作 • 大多ห้องสมุดไป่ตู้命令是用运行一个程序来执行所请求
的操作 • 命令的附加功能（参数与变量，通配符，重
定向，管道与过滤器等） • 命令结构： （命令前缀）命令名（命令参数）（命令选项）
程序尾指令执行
下一个命令提示符出现 （在前一个命令提示符的下一行首）
2.批命令方式
.BAT 文件 例子：启动中文环境需要多条命令：
装入字库 启动主程序 装入汉字输入法 AUTOEXEC.BAT
以命令方式启动执行批文件
批 操作系统调入批文件，读进其中第一条命令
方
式
下
装入并启动该命令要执行的程序
的
装
9.2.3 重定向与管道命令
• 1、重定向：改变输入输出的重定向 • “<”“>”表示输入重定向和输出重定向 2、管道命令： Cat file | wc 将文件file的数据作为命令wc的计数输入
9.3 联机命令接口的实现
• 命令接口在操作系统与计算机用户之间提 供易于理解的双向通信机制
• 基本任务：解释命令，传送命令以便执行 接受系统信息，提交给用户
终端处理程序
• 交互式命令接口用户同操作系统的通信是通过 一个输入/输出装置来实现的
• I/O装置一般是显示终端 通过键盘或鼠标输入,系统输入呈现在显示屏 幕上，一次显示若干正文行,某些系统中，提 供图形显示功能
• 不管哪种I/O方式，这个终端装置是由一个终 端处理程序来管理和控制的。
• 终端处理程序提供的输入输出方式对整个用户 命令接口有重大影响,也确定了用户与其应用 程序之间的通信方式
命令解释程序有两种处理方法： （a）由终端命令解释程序直接处理
在没有创建子进程功能的系统中，终端命令通常 由对应的命令解释程序处理(一个进程对应一个 终端用户) （b）由子进程代为处理 • 在具有创建子进程功能的系统中，对于较为单纯 的命令，由命令解释程序直接处理 • 对较复杂命令，如对于PASCAL源程序进行编译， 命令解释程序本身不能处理，此时创建一个子进 程，并由该子进程运行PASCAL编译程序
• 七十、八十年代：图形用户界面时代，形成WIMP标准， 以窗口（windows）、图标（icon）、菜单（menu）、 指点装置（pointing device）为基础的交互式系统， 实际行动代替复杂语法
• 多媒体界面是WIMP另一种风格，是单通道的
• 未来的交互式系统必将是多通道的
通过各种不同的人体通道，如语音、手势、身体语言 等交互，大大提高交互的自然性和高效性
9.2 Shell 命令语言
9.2.1 简单命令简介 1. 简单命令格式 命令名 选项 参数 2. 简单命令的分类 （1）系统提供的标准命令 （2）用户自定义的命令 （1）内部命令 （2）外部命令 3. Shell的种类 （1）B Shell $作为提示符
（2）C Shell %作为提示符 （3）K Shell
遵循以人为中心的自然交互特点，实现人与系统的无 障碍自然交互
联机命令的类型
（1）系统访问命令 登录命令，如，login等 撤离命令，如，logout等
（2）文件管理命令 （3）目录操作命令 （4）其它命令
典型命令实例
（1）UNIX系统： who ls -l
（2）DOS系统 dir c:\
（3）VAX/VMS run mypro
第九章 操作系统接口
9.1 用户接口 9.2 Shell命令接口 9.3 联机命令接口 9.4 系统调用的概念和类型 9.5 UNIX系统调用 9.6 系统调用的实现
第七章 作业管理与OS接口
9.1 用户接口
9.1.1 字符显示式联机用户接口
1.命令行方式
开机
命令提示符出现
打入命令
打回车 程序首指令执行
入 启
该程序执行完毕
动
过 程
回到操作系统，
操作系统从该批文件中读下一条命令
9.1.2 图形化联机用户接口
• 1、图形用户接口GUI • 2、使用WIMP技术 • 3、Windows的GUI 采用事件驱动的方式，用户通过动作产生
事件，驱动程序工作。
• 六十年代中期：问答式对话、文本菜单或命令语言， 基于命令行界面的交互式系统
命令文件
• 提前写出命令并存入文件，称之为命令文件 • 命令文件提供了一种把一系列命令组装成文件的方
法，然后用文件名作为命令名执行另外一系列命令。 • 特点： （1）接受参数、变量，宏变量替换 （2）允许嵌套形式调用其他命令文件 （3）允许参数来自终端的命令文件本身 （4）允许执行显示到终端、存入文件或送入打印机 （5）允许命令加入注释 （6）出错时允许用户干预 （7）可把输入传给程序，可有循环、分支、转移等