操作系统第二章

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重庆大学计算机学院 《操作系统》教程
制 作 者 ： 郭 平 、 王 在 模 、 何 静 媛
• 使用命令的方式 – 联机方式：单个命令，以交互方式通过OS与计算机系统进行会 话 • 优点：用户直接参与控制，灵活 • 不足：重复输入命令，繁琐且效率低 – 脱机方式：批命令，使用批处理命令或由命令编写的批处理文 件 • 优点：系统按批处理要求自动执行，用户不干预，效率高 • 不足：不便于及时调整要执行的命令集合，灵活性差 – 直接耦合方式：保留脱机的速度优势，通过公共存储器耦合主 机和外围，不用人工干预 – SPOOLING方式：通过DMA或通道技术连接外设和主机的外存（输 入输出井，磁盘上开辟的缓存区），由OS控制，读写过程独立
• 系统调用的含义 – 系统调用是操作系统为编程人员提供的接口，各种操作系统的 核心中都设计有一组一组的用于实现各种系统功能的子程序作 为机器指令的扩充。系统将这些子程序“开放”给用户，方便 用户可靠地调用系统有关的资源，而用户不必从头熟悉或重新 编写子程序。每当用户在程序中需要操作系统提供某种服务是 ，便可利用一条条相应的系统调用命令，去调用所需的系统过 程。 • 例 – DOS：库函数，…… – Windows:API，……
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• 命令分类
–环境设置 –执行权限管理 –系统管理 –文件管理 –执行管理 –通信 –资源要求
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系统调用
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用户程序
陷入处理机构
系统子程序
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系统调用的原则 • 必须为实现系统调用功能的子程序编造入口地址表 • 每个入口地址与相应的系统程序名对应 • 陷入处理程序把陷入指令包含功能号与入口地址表有 关项对应, 系统调用功能号驱动有关子程序执行 • 在系统调用处理结束之后，用户程序需利用系统调用 返回结果继续执行 保护现场： • 在进入系统调用处理之前，陷入处理机构还需保存处 理机现场 • 在系统调用处理结束之后，要恢复处理机现场，现场 被保护在特定的内存区或寄存器中
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直接耦合系统
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SPOOLING方式
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• 系统调用的分类 – 设备管理 – 文件管理 – 进程管理 – 进程通信 – 存储管理 • 调用中的几个概念 – 陷入（访管）指令—把由于系统调用引起的处理机中断的指令称 为陷入（访管）指令。 – 广义指令(或称管理程序调用)—利用陷入指令来实现特殊过程调 用的指令称为广义指令。是通过执行相应的程序模块来实现的， 它是机器指令的扩充。采用访管方式来实现。通过产生一个访管 中断，使处理机由目态（用户态）转为管态（系统态）。（当中 央处理器处于目态时不允许执行特殊指令；而处于管态时可这些 包括特殊指令在内的一切机器指令） – 用户态（目态）——处理机在用户程序中执行 – 系统态（管态）——处理机在系统程序中执行 精品课程系列-计算机学院版权所有
命令调用方式
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• 命令形式 – 内部命令 • 系统启动时与操作系统一起装入内存——OS的一部分 •例 –DOS：Type,Dir,copy,…… –Windows:资源管理器中的菜单、按钮，…… – 外部命令 • 以文件形式存放，调用时装入内存 •例 –DOS：Edit,…… –Windows:桌面上的图标，快捷方式（图标），……
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用户接口（界面）的发展
• 用户界面的发展 – 第一代用户界面为一维界面，主要有命令行界面和编程人员在程 序中的系统调用，如DOS及UNIX 均采用此种界面方式。 – 第二代用户界面为二维界面又称为图形界面，以窗口（windows ）,图标（icon）、菜单（menu）为典型特征，由APPLE 公司开 创，以Microsoft 公司的MS-Windows为里程碑，在UNIX系统下有 X-window。 – 第 三 代 用 户 界 面 为 三 维 界 面 ， 又 称 为 虚 拟 现 实 （ virtual reality），如三维动画设计、可视电话及网络视频会议等。 • 界面管理的任务 – 作为面向最终用户的“作业”管理来看，用户界面已经成为计算 机系统的一个重要组成部分，是计算机科学与心理学、图形艺术 和人类学的交叉研究领域。寻求最佳的人机通信方式已是多媒体 、虚 现实和科学计算、可视化等技术所追求的目标，也是界面 管理的、最终任务。
–桌面虚拟现实系统 –沉浸虚拟现实系统 –分布式虚拟现实系统 –增强现实
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Vista的三维可视化界面
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• 界面管理的功能 – 实现高效的人机通信 • 将人的听、说、手和眼等协同动作，采用多通道、以自然 的方式交互，可以实现高效的人机通信 – 改善计算机的可用性、可学性和有效性 • 要求计算机能理解人的要求，甚至能纠正人的错误，智能 化的界面是一个重要方向 – 支持三维及多媒体技术 • 需要有语音、图像和动画等多媒体支持 – 为广大用户提供适应不同应用的众多界面构造工具及语言 • 现 有 的 GUI 的 开 发 工 具 有 Visual Basic、Visual C++、 Visual FoxPro、X-window等
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系统调用原则 – 为了保障操作系统的安全性，使得操作系统的程序不被用户程序破坏 ，一般操作系统都不允许用户程序访问操作系统的系统程序及数据。 在机器的指令系统中有一条称为陷入（访管）指令，编程人员可以利 用这条指令来向操作系统提出对系统程序及数据访问要求。 – 用户程序与陷入（访管）指令访问系统程序及数据的区别 • 调用中若发生错误，用户程序的错误不影响系统，系统程序的错 误可能引起系统崩溃 • 系统数据用于管理系统状态与系统资源，用户程序调用中若被修 改可能引起系统管理的混乱 • 用户程序调用时现场的保护用户区内——系统资源的变化不能修 改其中的数据。系统调用时现场保护在OS的内存区内或特定的寄 存器中——系统资源的变化不能修改其中的数据。 • 用户程序调用时控制权属于用户，OS调用时控制权属于OS。
定的存储单元。访管指令有“参数区”、“参数”和“操 作数”组成。“操作数”用来表示请求操作系统所要干的 工作，并说明是否要有参数区和具体参数。 • 根据系统调用的编号，访问系统调用入口表，找到相应子 程序的入口地址，然后转去执行。 • 系统调用命令执行完后的处理。这包括恢复“现场”，并把 系统调用的返回参数或参数区首址放入指定的通用寄存器 中，以供用户程序使用。
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– X-window • X-window 是1986年由美国MIT的雅典娜工程开发小组为了提供 一个独立于硬件的用户图形界面而开发成功的，广为流行的是 1988年3月发行的X11.2版本。尤其与UNIX操作系统结合，可运 行于IBM-PC到各种大中型机以及巨型机上，它又可运行在X终 端上。同时它也给程序员提供了工具箱（toolkit）和事件驱 动型编程模型。 – 虚拟现实 • 虚拟现实（virtual reality,VR）是用计算机技术来生成一个 逼真的三维视觉、听觉、触觉、嗅觉等感觉世界，让用户可以 从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的 虚拟世界进行浏览和交互考察。实际应用的虚拟现实系统大体 可分为：
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第二章
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作业管理
从宏观上研究一个程序从录入到运行，最后获得运行结 果的全过程 •用户接口 •作业的概念 •作业的建立 •作业的状态和调度 •作业管理在OS中的地位
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沉浸系统（摘自电影《少数派报告》）
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沉浸虚拟现实系统的原型
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脑电波感知系统的原型
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