操作系统操作系统的用户界面-精
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第二章 操作系统用户界面
作业说明书包含：作业的基本描述、作业控 制描述和资源要求描述。体现用户的控制意 图。
图2.2 作业说明书的主要内容
2.2.3 一般用户的输入输出方式
联机输入输出方式
脱机输入输出方式 直接耦合方式
SPOOLING系统
网络联机方式
联机输入输出方式
用户和系统通过交互会话来输入作业。
外围设备直接和主机连接。由主机直接控制输入输 出；I/O与作业处理不能并行。降低了CPU效率 一台主机可以连接一台或多台外围设备。在单台设 备和主机相连接进行作业输入输出时，由于外围设 备的输入输出速度远远低于CPU处理速度，有可能 造成CPU资源的浪费。
联机作业控制的命令种类
环境设置 执行权限管理 系统管理 文件管理 编辑、编译、链接装配、执行命令 通信 资源要求
2.3 命令控制界面
现代操作系统，大都提供联机控制方式和批 处理方式。 批处理方式：指传统的作业控制语言编写的 作业说明书方式，也指那些把不同的交互命 令按一定格式组合后的命令文件方式。
陷阱处理机构、陷阱指令
必须为实现各种系统调用功能的子程序编造 入口地址表，每个入口地址都与相应的系统 子程序名对应。
由陷阱处理程序把陷阱指令中所包含的功能 号与该入口地址表中的有关项对应起来，从 而由系统调用功能号驱动有关系统子程序执 行。
陷阱处理机构、陷阱指令
在进入系统调用处理之前，陷阱处理机构要 保存处理机现场。在系统调用处理结束之后， 陷阱处理机构还要恢复处理机现场。
2.6 Linux与Windows的系统调用
2.6.1 Linux的系统调用
图2.2 作业说明书的主要内容
2.2.3 一般用户的输入输出方式
联机输入输出方式
脱机输入输出方式 直接耦合方式
SPOOLING系统
网络联机方式
联机输入输出方式
用户和系统通过交互会话来输入作业。
外围设备直接和主机连接。由主机直接控制输入输 出；I/O与作业处理不能并行。降低了CPU效率 一台主机可以连接一台或多台外围设备。在单台设 备和主机相连接进行作业输入输出时，由于外围设 备的输入输出速度远远低于CPU处理速度，有可能 造成CPU资源的浪费。
联机作业控制的命令种类
环境设置 执行权限管理 系统管理 文件管理 编辑、编译、链接装配、执行命令 通信 资源要求
2.3 命令控制界面
现代操作系统，大都提供联机控制方式和批 处理方式。 批处理方式：指传统的作业控制语言编写的 作业说明书方式，也指那些把不同的交互命 令按一定格式组合后的命令文件方式。
陷阱处理机构、陷阱指令
必须为实现各种系统调用功能的子程序编造 入口地址表，每个入口地址都与相应的系统 子程序名对应。
由陷阱处理程序把陷阱指令中所包含的功能 号与该入口地址表中的有关项对应起来，从 而由系统调用功能号驱动有关系统子程序执 行。
陷阱处理机构、陷阱指令
在进入系统调用处理之前，陷阱处理机构要 保存处理机现场。在系统调用处理结束之后， 陷阱处理机构还要恢复处理机现场。
2.6 Linux与Windows的系统调用
2.6.1 Linux的系统调用
第二章 操作系统用户界面
作业全部运行完毕，再由外设输出全部数据和信息，称为缓输出
实现了对作业输入、组织调度和输出的统一管理 使外设在CPU直接控制下，与CPU并行工作（假脱机）
第二章 用户接口与作业管理
Spooling技术举例
假设系统中全部打印机采用了虚拟设备技术（即 Spooling技术），当某进程要求打印输出时，输出 Spooling并不是将某台打印机分配给该进程，而是在某 共享设备（磁盘）上的输出井，为其分配一块存储区， 同时为该进程的输出数据建立一个文件，该进程的输出 数据实际上并未从打印机上输出，只是以文件形式输出， 并输出存放在输出井中。
第二章 用户接口与作业管理
Spooling技术举例
这个输出文件实际相当于虚拟的打印机。这些输出井中的文件 形成了一个输出队列，然后调度输出
用户进程并未真正分到打印机， 用户进程被分配的只是共享设备中的一个存储区 在SPOOLING系统中，为了弥补独享设备与共享设 备间数据传输速度的差异，使用缓冲区技术。
2.3 作业的建立 2.3.1 作业输入方式 SPOOLING系统
输入装置
通 道
外 存
通
输出装置
输入装置
道
输入井 输出井
输出装置
通 道 输入管理 输出管理 模块 模块 主机系统
第二章 用户接口与作业管理
工作过程
在系统输入模块收到作业输入请求信号后，输入管理模 块中的读过程将信息从输入装置读入缓冲区; 当缓冲区满时，由写过程将信息写到外存输入井中。读 过程和写过程反复循环，直到一个作业输入完毕。 当读过程读到一个硬件结束标志之后，系统再次驱动写 过程把最后一批信息写入外存，并调用中断处理程序结 束该次输入。 然后，系统该该作业建立作业控制块JCB，从而使输入 井中的作业进入作业等待队列，等待作业调用程序选中 后进入内存。
第三章 用户界面
3.1.2 系统生成和系统启动
• 6、为0号进程初始化运行环境 、 号进程初始化运行环境 • 另一个startup_32 过程（arch/i386/kernel/head.S ） 过程（ 另一个 运行在内存地址0x00010000上。主要负责为 号 运行在内存地址 上 主要负责为0号 进程初始化运行环境， （idle process ）进程初始化运行环境，建立必 要的数据结构，包括了中断描述表的建立。 要的数据结构，包括了中断描述表的建立。
3.1.2 系统生成和系统启动
• 8、完成整个系统初始化 、 • 1号进程启动后，主要完 号进程启动后， 号进程启动后 成以下工作： 成以下工作： (1) 文件系统检查。 文件系统检查。 (2) 启动系统的守护进程。 启动系统的守护进程。 (3) 对每个联机终端建立一 进程。 个“getty”进程。 进程 (4) 执行“/etc/rc”下的命令 执行“ 下的命令 文件。 文件。
3.1.2 系统生成和系统启动
• Linux的启动过程： 的启动过程： 的启动过程 • 1、 BIOS加电自检 加电自检(POST，Power-On Self Test) 、 加电自检 ， • BIOS的全名是基本输入输出系统 的全名是基本输入输出系统(Basic Input Output 的全名是基本输入输出系统 System)。它的主要任务是提供 所需的启动指令。 。它的主要任务是提供CPU所需的启动指令。 所需的启动指令 • BIOS中启动程序的主要任务 首先是上电自检，然后是 中启动程序的主要任务:首先是上电自检 中启动程序的主要任务 首先是上电自检， 对系统内的硬件设备进行监测和连接， 对系统内的硬件设备进行监测和连接，并把测试所得的 数据存放到BIOS数据区，以便操作系统在启动时或启 数据区， 数据存放到 数据区 动后使用。 动后使用。 • POST程序包含的检测项目有：CPU处理器内部寄存器 程序包含的检测项目有： 程序包含的检测项目有 处理器内部寄存器 测试、 中断控制器测试、 定时器测试、 测试、8259中断控制器测试、8253定时器测试、硬盘设 中断控制器测试 定时器测试 备测试、键盘复位和测试。 备测试、键盘复位和测试。
操作系统原理-用户界面
用户界面
第3章 用户界面
教学内容 用户环境 用户界面概念 操作界面 系统调用
教学重点 操作界面 系统调用
教学难点
系统调用
Linux系统调用机制
3.1 用户环境
3.1 用户环境
用户环境 用户环境是指计算机用户工作的软件环境，包括命 令行环境，桌面环境，以及相关的用户使用手册。 用户环境的构造是指按照用户的要求和硬件特性， 安装和配置好操作系统，为用户提供必要的操作命 令或图形界面，并使其工作方式和交互方式合理高 效，方便用户使用计算机完成相应的工作。
教学重点
3.4.1 系统调用概念
3.4.1 系统调用概念
系统调用 系统调用（System Service Call，System Call)是操作 系统内核为应用程序提供的服务，是应用程序与操 作系统之间的接口。 系统调用一般涉及核心资源或硬件的操作，运行于 核态。 每个系统调用具有唯一的编号。 调用系统调用的过程会产生中断，这种中断是自愿 中断，即是软件中断，也是内部中断。
重定向和管道命令都属于特殊的操作命令。 操作系统定义了两个标准输入和输出设备。
各种程序以键盘作为标准输入设备，以显示器作为 标准输出设备，即任何命令的输入默认来自“键盘”， 任何命令的输出（含错误）默认送往“显示器”。
重定向 重定向即把命令默认的输入来源或输出方向修改为 其他设备（或其他文件，设备视同文件）。 重定向分为输入重定向和输出重定向两种，分别用 “<”及“>”表示。
3.3.6 Shell脚本程序
脚本程序的运行方式 （1）将脚本程序作为程序运行，在命令行直接输入 脚本文件名字
在脚本中为当前脚本指定特定的Shell，需要在脚本文件的 开头增加如下一行代码： #!/bin/bash
第3章 用户界面
教学内容 用户环境 用户界面概念 操作界面 系统调用
教学重点 操作界面 系统调用
教学难点
系统调用
Linux系统调用机制
3.1 用户环境
3.1 用户环境
用户环境 用户环境是指计算机用户工作的软件环境，包括命 令行环境，桌面环境，以及相关的用户使用手册。 用户环境的构造是指按照用户的要求和硬件特性， 安装和配置好操作系统，为用户提供必要的操作命 令或图形界面，并使其工作方式和交互方式合理高 效，方便用户使用计算机完成相应的工作。
教学重点
3.4.1 系统调用概念
3.4.1 系统调用概念
系统调用 系统调用（System Service Call，System Call)是操作 系统内核为应用程序提供的服务，是应用程序与操 作系统之间的接口。 系统调用一般涉及核心资源或硬件的操作，运行于 核态。 每个系统调用具有唯一的编号。 调用系统调用的过程会产生中断，这种中断是自愿 中断，即是软件中断，也是内部中断。
重定向和管道命令都属于特殊的操作命令。 操作系统定义了两个标准输入和输出设备。
各种程序以键盘作为标准输入设备，以显示器作为 标准输出设备，即任何命令的输入默认来自“键盘”， 任何命令的输出（含错误）默认送往“显示器”。
重定向 重定向即把命令默认的输入来源或输出方向修改为 其他设备（或其他文件，设备视同文件）。 重定向分为输入重定向和输出重定向两种，分别用 “<”及“>”表示。
3.3.6 Shell脚本程序
脚本程序的运行方式 （1）将脚本程序作为程序运行，在命令行直接输入 脚本文件名字
在脚本中为当前脚本指定特定的Shell，需要在脚本文件的 开头增加如下一行代码： #!/bin/bash
操作系统用户界面
• 操作命令与系统调用关系（补充）
操作命令在执行后需转换为相应的系统调用函数去 完成相应的任务。
11
C库函数与系统调用关系
例：Linux下跟踪标准C库函数printf()的实现
步骤一：编写并编译代码 代码编写 ＃include <stdio.h>int main(void) { printf("hello world"); return 0; } 编译
/* 0 old "setup()" system /* 5 */
17
系统调用与过程（函数）的区别
系统调用：一组用于实现各种系统功能的程序段。 子程序调用：具有特定功能的和逻辑完整性的程序段。
系统调用
子程序调用
系统调用的程序是操作系统的程序，其操作 是针对系统资源的，执行时处理机处于管态 或核态。
如何识别正在运转的程序是内核态程序？
• 程序运行时，处理器态就是程序运行的态。
20
• 复习
作业
21
第2章 操作系统用户界面
1
本章重点
• 用户界面类型 • 系统调用
2
2.1 简介
• 用户界面作用
使用户方便、有效地使用计算机软、硬件。
3
2.2 一般用户的输入输出界面
• 作业的定义与组织(见第4章) • 一般用户的输入输出方式(见第9章)
4
2.3 命令控制界面
• 复习
操作系统功能之一：提供良好的用户界面 用户界面类型
系统调用时会产生中断，并通过中断使CPU 的态由目态转换为管态。
子程序调用的程序是用户的程序，其操作不 涉及系统资源，执行时处理机处于目态。
子程序调用时不会产生中断，CPU的态也不 会改变，都是目态。
操作命令在执行后需转换为相应的系统调用函数去 完成相应的任务。
11
C库函数与系统调用关系
例：Linux下跟踪标准C库函数printf()的实现
步骤一：编写并编译代码 代码编写 ＃include <stdio.h>int main(void) { printf("hello world"); return 0; } 编译
/* 0 old "setup()" system /* 5 */
17
系统调用与过程（函数）的区别
系统调用：一组用于实现各种系统功能的程序段。 子程序调用：具有特定功能的和逻辑完整性的程序段。
系统调用
子程序调用
系统调用的程序是操作系统的程序，其操作 是针对系统资源的，执行时处理机处于管态 或核态。
如何识别正在运转的程序是内核态程序？
• 程序运行时，处理器态就是程序运行的态。
20
• 复习
作业
21
第2章 操作系统用户界面
1
本章重点
• 用户界面类型 • 系统调用
2
2.1 简介
• 用户界面作用
使用户方便、有效地使用计算机软、硬件。
3
2.2 一般用户的输入输出界面
• 作业的定义与组织(见第4章) • 一般用户的输入输出方式(见第9章)
4
2.3 命令控制界面
• 复习
操作系统功能之一：提供良好的用户界面 用户界面类型
系统调用时会产生中断，并通过中断使CPU 的态由目态转换为管态。
子程序调用的程序是用户的程序，其操作不 涉及系统资源，执行时处理机处于目态。
子程序调用时不会产生中断，CPU的态也不 会改变，都是目态。
《计算机概述》PPT课件
理论计算机的奠基人： 阿兰·图灵〔Alan Mathison Turing〕，1912年6月
23日出生于英国伦敦，是20世纪最著名的数学家之 一 。 1931 年 图 灵 进 入 剑 桥 大 学 国 王 学 院 〔King’s College〕，毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学 位，二战爆发后回到剑桥。图灵于1954年6月7日去 世，当时年仅41岁。
计算机的诞生与开展
世界上第一台计算机是在1946年诞生的，该 机一共使用了18 000个电子管、1 500个继电器、 机重约30 t、占地约170 m2、耗电150 kW、每秒钟 可做5 000次加减法或400次乘法运算。当这个庞然 大物诞生时，人们可能没有想到计算时机有如此 迅猛的开展和如此巨大的作用。
大/中型机又称大/中型计算机。广泛地应用于科学和工程计算、信息的加工 处理、企事业单位的事务处理等方面。这类计算机具有极强的综合处理能 力和极广泛的性能覆盖面，通用性强。
〔3〕小型机
小型机规模较小，构造简单、价格廉价、维修使用方便、易于操作维护、设 计试制周期短、软件开发本钱低、便于及时采用先进工艺技术。它们已广 泛应用于工业自动控制、大型分析仪器、测量设备、企业管理、大学和科 研机构等，同时也可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。
1.2 计算机的编码与数据
1. 数制及其转换 2. 计算机中信息的表示方法
计算机根底知识
数制及其转换
数字化信息编码的概念 进位计数制 不同进制之间的转换
编码就是采用少量的根本符号，选用一定的 组合原那么，以表示大量复杂多样的信息。
根本符号的种类和这些符号的组合规那么是 一切信息编码的两大要素。
十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7
8421码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
23日出生于英国伦敦，是20世纪最著名的数学家之 一 。 1931 年 图 灵 进 入 剑 桥 大 学 国 王 学 院 〔King’s College〕，毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学 位，二战爆发后回到剑桥。图灵于1954年6月7日去 世，当时年仅41岁。
计算机的诞生与开展
世界上第一台计算机是在1946年诞生的，该 机一共使用了18 000个电子管、1 500个继电器、 机重约30 t、占地约170 m2、耗电150 kW、每秒钟 可做5 000次加减法或400次乘法运算。当这个庞然 大物诞生时，人们可能没有想到计算时机有如此 迅猛的开展和如此巨大的作用。
大/中型机又称大/中型计算机。广泛地应用于科学和工程计算、信息的加工 处理、企事业单位的事务处理等方面。这类计算机具有极强的综合处理能 力和极广泛的性能覆盖面，通用性强。
〔3〕小型机
小型机规模较小，构造简单、价格廉价、维修使用方便、易于操作维护、设 计试制周期短、软件开发本钱低、便于及时采用先进工艺技术。它们已广 泛应用于工业自动控制、大型分析仪器、测量设备、企业管理、大学和科 研机构等，同时也可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。
1.2 计算机的编码与数据
1. 数制及其转换 2. 计算机中信息的表示方法
计算机根底知识
数制及其转换
数字化信息编码的概念 进位计数制 不同进制之间的转换
编码就是采用少量的根本符号，选用一定的 组合原那么，以表示大量复杂多样的信息。
根本符号的种类和这些符号的组合规那么是 一切信息编码的两大要素。
十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7
8421码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
第2章 操作系统用户界面
2.4 Linux 和Windows的命令控制界 面2.4.2 Windows的命令控制界面
使用方式： （1）直接在命令行输入命令，如 systeminfo&mem 显示当前系统的属性、配置等，然后显示当前内存 使用情况。 新建exam1.bat （2）使用批处理
@echo off mkdir test echo hello pause
低档PC机
主机
公用存储器 低档PC机 直接耦合方式
2.2 一般用户的输入输出界面 2.2.3 一般用户的输入输出方式
4.SPOOLING系统 又可译为外围设备同时联机操作。 在SPOOLING系统中，多台外围设备通过通道或 DMA器件和主机与外存连接起来。 作业的输入输出过程由主机中的OS控制。OS中 的输入程序包含两个独立过程： 从外部设备把信息读入缓冲区； 写过程，负责把缓冲区的信息送到外存输入井中。 外围设备——各种终端、其他输入设备，如读卡 机等。
# vi file.c # gcc -o file file.c #vi infile (输入需复制的内存) # ./file
#ls
2.6 Linux 和Windows的系统调用 2.6.2Windows的系统调用
系统调用被进一步编写成不同的库函数后放入动 态链接库DLL中。 这些库函数构成了Windows操作系统提供给程序 员的编程界面。这个编程界面被称为应用编程接 口API。 常用的API函数调用分为5类： 窗口管理类 图形设备接口（GDI）类 系统服务类 国际特性类 网络服务类
2.4 Linux 和Windows的命令控制界面 2.4.1 Linux的命令控制界面
操作系统——3用户界面
15
三. 操作命令的发展 —— 图形用户界面 1. 什么是图形化的用户界面 图形化用户界面是良好的用户交互界面， 它将菜单驱动、图符驱动、面向对象技术 等集成在一起，形成一个图文并茂的视窗 操作环境。
16
（1） 菜单驱动方式
是面向屏幕的交互方式，它将键盘命令以屏幕 方式来体现。 命令和系统能完成的操作，用菜单函数连接到目标文件中。而是在应用程 序中需要调用外部函数的地方作记录，并说明要使用的外 部函数名和引用入口号。 DLL（动态链接库）
7
（二） 操作系统的用户界面
操 作 系 统
8
（二）操作系统的用户界面
一.
操作系统用户界面的概念
1. 什么是操作系统的用户界面
操作系统的用户界面（或称接口）是操 作系统提供给用户与计算机打交道的外 部机制。用户能够借助这种机制和系统 提供的手段来控制用户所在的系统。
Microsoft公司的Windows系列就是这种图形化 用户界面的代表。
19
2. 图形化的用户界面的特点
所有程序以统一的窗口形式出现 提供统一的菜单格式 系统资源、系统命令、操作功能以图标表示 统一的操作方法
（一） 用户工作环境
一. 用户工作环境的形成 1. 系统要提供各种硬件、软件资源 2. 设计合理的操作命令 3. 形成一个可供使用的工作环境 将操作系统装入计算机并初始化
1
二. 操作系统的引导 系统生成
系统生成是指在一台裸机上（或者安装新的操作 系统）安装操作系统的过程。
系统引导（系统初启）
适用于微机和大多数系统
辅助下装（download）方式：
操作系统的主要文件并不放在系统本身的存储设备中，而是在系统 启动后，执行下装操作，从另外的计算机系统或者主机系统中将操 作系统常驻部分传送到该计算机中，使它形成一个操作环境 优点：可以节省较大的存储空间，下装的操作系统也并非是全部程 序代码，只是常驻部分或者专用部分，当这部分操作系统出现问题 和故障时，可以再请求下装
操作系统的核心功能
操作系统的核心功能操作系统（Operating System）是一种软件系统，它是计算机软硬件之间的中间层，负责管理和控制计算机的各种资源，提供良好的用户界面，并有效地组织和协调计算机程序的运行。
操作系统的核心功能是为用户提供方便的操作环境和高效的资源管理。
本文将详细介绍操作系统的核心功能。
一、进程管理进程是指在计算机上执行的程序。
操作系统负责创建、调度和终止进程，以实现多个程序同时运行的能力。
进程管理的核心功能包括进程的创建与撤销、进程的调度与切换、进程的通信与同步等。
通过合理的进程管理，操作系统能够使多个程序并发执行，提高计算机的利用率和用户的响应速度。
二、内存管理内存是计算机用于存储程序和数据的地方。
操作系统负责管理计算机的内存资源，包括内存的分配与回收、内存的保护与共享、虚拟内存的管理等。
内存管理的核心功能是为程序提供合适的内存空间，并确保不同程序之间的地址空间互相隔离，防止程序之间的干扰和冲突。
三、文件管理文件是计算机中存储信息的基本单位。
操作系统通过文件管理的功能，使得用户能够方便地创建、修改、删除和查找文件。
文件管理的核心功能包括文件的存储与访问控制、文件的目录结构与管理、文件的共享与保护等。
通过文件管理，操作系统能够提供良好的文件系统，便于用户对文件的管理和使用。
四、设备管理设备是计算机系统中用于输入、输出和存储数据的物理设备，如硬盘、打印机、键盘等。
操作系统负责管理计算机的各种设备资源，包括设备的分配与释放、设备的控制与调度、设备的错误处理等。
设备管理的核心功能是为用户提供方便的设备访问接口，使得用户能够方便地进行设备的操作和管理。
五、用户界面用户界面是用户与操作系统进行交互的接口。
操作系统通过合适的用户界面，使得用户能够方便地操作和使用计算机资源。
传统的操作系统用户界面主要有命令行界面和图形用户界面两种形式，近年来还出现了触摸屏、语音识别等新型用户界面。
用户界面的核心功能是为用户提供方便、直观的操作方式，提高用户的操作效率和体验。
操作系统02操作系统用户界面
有输入数据的后援存储器拿到主机的高速外
围设备上和主机连接，从而在较短的时间内
完成作业的输入工作。
脱机输入解决了快速输入输出问题，提高 了主机的资源利用率，但脱机输入需要用
户进行干预或进行一定的操作，存在灵活
性差的缺点，即遇到紧急任务需要处理
时，无法直接交给主机以便优先处理。
3. 直接耦合方式
把主机和外围低档机通过一个公用的
础。当用户需要把在计算机网络中某一台主
机上输入的信息传送到同一网中另一台主机 上进行操作或执行时，就构成了网络输入方 式。
2.3 命令控制界面接口
命令行界面（command-line interface， CLI）：采用文本命令，并用一定的方法 输入。
批界面：其中控制这些命令和命令的指 令被输入文件中，通过执行文件来实现。 如：图形用户界面（graphical user interface，GUI）
该表格登记该作业所要求的资源情况、预计 执行时间和执行优先级等。从而，操作系统 通过该表了解到作业要求，并分配资源和控 制作业中程序和数据的编译、链接、装入和 执行等
图 2-2 作业说明书的主要内容
作业的建立
两个子过程:
(1)必须把该作业所包含的全部程序和数 据输入到计算机的外存或辅存(作业的输入) (2)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 JCB(控制块的建立) 作业控制块和作业之间具有一一对应关系。
• 系统调用是用户在程序中调用操作系统所提 供的一些子程序。 • 系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一 接口
系统调用分为如下几类:
(1) 设备管理。
(2) 文件管理。
(3) 进程控制。 (4) 进程通信。 (5) 存储管理。 (6) 线程管理。