OS01-1绪论(补充内容)
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7
硬件相关 应用无关
涉及物理地址、 设备接口寄存器、 设备接口缓冲区
代码量大，需硬 件知识
需随硬件的变化 而变化
提供所有应用 及用户共需的东 西
与应用无直接 关系
第一章 绪论
8
操作系统的定义
操作系统（operating system，简称 OS）是一个大型的程序系统，它负责计 算机的全部软、硬件资源的分配、调度 工作，控制并协调多个任务的活动，实 现信息的存取和保护。它提供用户接口， 使用户获得良好的工作环境。
OS的作用
用户与计算机硬件之间的接口 计算机系统资源的管理者
四类资源：处理器、存储器、I/O设备、信息
第一章 绪论
11
1.2 操作系统如何工作
1.2.1 OS的第1个工作：启动和结束程序 1.2.2 OS的第2个工作：用户程序对OS的调用 1.2.3 OS的第3个工作：为常用操作提供程序 1.2.4 OS的第4个工作：解决效率和安全问题
把现有的程序组合起来实现更复杂的功能
第一章 绪论
21
批方式的用途
自动批处理文件(放在根目录下或用户主目录下), 用来自动执行每次开机或登录时的例行工作（见 例1）
启动诸如中文环境这样的集成软件或一些参数复 杂的软件，简单方便，不必要求用户了解相应启 动步骤(装字库/启动程序/装输入法等）和参数 (见例2)
Windows的资源管理器 现代UNIX和LINUX提供上千条命令
第一章 绪论
52
1.2.4 OS工作4：解决效率和安全问题
操作系统采用了大量技术来提高机器效率和 人的效率，并确保安全问题
并发，多任务，多用户，分时 多道，虚存， 文件或设备的共享技术，链接，假脱机，等
这些技术将在以后各章中逐步学习
C:\UCDOS\KNL %2
C:\UCDOS\PY
C:\UCDOS\WB 启动SPDOS中文环境
CD\SPDOS
SPLIB/1
SPDOS
WBX
第一章 绪论
24
程序第4种启动方式：程序中启动方式
在一个程序中启动另一程序 如：编译器、并发程序设计、窗口程序等
第一章 绪论
25
程序中启动方式的工作过程
第一章 绪论
9
操作系统是以下系统程序的集成
用户程序的启动、中止
系统功能调用——用户程序运行过程中对
操作系统的调用 为常用基本操作提供实用程序 改善基本使用中的效率和安全问题
第一章 绪论
10
操作系统的目标和作用
OS的目标
方便性：使计算机易学易用、共享资源 有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量 可扩充性：能适应硬件的发展，容易升级 开放性：使应用程序具备可移植性和互操作性
开始 程序 命令提示符：命令行窗口
第一章 绪论
15
命令启动方式的工作过程
第一章 绪论
16
命令方式的特点
过去最常用的启动程序的方式 需记程序名和位置 交互性较强 有时操作比鼠标方式快
第一章 绪论
17
程序第3种启动方式：批方式
批方式是指将若干条命令放在一个文件中， 该文件可以在需要时象程序一样被启动执行 （命令方式或鼠标方式） 其执行过程是由计算机自动连续顺序地执行 该文件中的这组命令。
自启与自动批处理、独立程序启动方程序结束
正常结束 非正常结束
第一章 绪论
36
正常结束与非正常结束对比分析
解释
结束时机 结束处理 结束方式
正常结束
非正常结束
程序在按本身的逻 发生了某些预料
辑有效地完成预定功 之外的错误而导致
能后结束，或者预料之 程 序 在 没 有 完 成 预
第一章 绪论
18
批方式举例
批文件sh1的内容： cd /usr/man/man1 ls>/home/dragon/scls mjn=1 while test $mjn != 236 do mjflong=`head -n $mjn /home/dragon/scls|tail -n 1` mjf=`basename $mjflong \.2`
不同的系统调用用同一条SC指令,但 指令参数(功能号或寄存器)不同
第一章 绪论
47
2、系统调用指令的实现机制
CALL/RET指令内部执行过程 INT/IRET指令内部执行过程
第一章 绪论
48
CALL/RET内部执行过程(函数调用)
第一章 绪论
49
INT/IRET指令内部执行过程
第一章 绪论
50
man -S 2 $mjf|cat -s|head -n 2|tail -n 1 >>/home/dragon/sclist
mjn=$[mjn+1]
第一章 绪论
19
批方式的实现(通常由命令解释器实现)
第一章 绪论
20
批方式的特点
程序间可以连续执行，不经人工干涉。
命令可以设计成有顺序、分支和循环控制 的形式，称为作业控制语言，使程序可以 组合执行。
第一章 绪论
22
例1：自动批处理文件
MSDOS下自动批文件AUTOEXEC.BAT在开 机时命令提示符出现前自动执行。
path c:\dos prompt $p$g
第一章 绪论
23
例2：通过批文件启动中文环境
MSDOS下通过ucdos.bat文件启动一个中文环境。
C:\UCDOS\RD16 %1
第一章 绪论
53
1.3 从各种角度看OS
1.3.1 操作系统的结构 1.3.2 操作系统的接口（使用方式） 1.3.3 操作系统工作过程 1.3.4 操作系统的特点 1.3.5 操作系统的类型 1.3.6现代操作系统的特点
第一章 绪论
54
1.3.1 操作系统结构
整体式结构 层次式结构 虚拟机结构 客户服务器及微内核结构
42
为什么我很少接触系统调用?
高级语言程序员观点 通常仅汇编程序员才会接触到系统调用,而高 级语言程序员通常接触不到系统调用,只接触 库函数
第一章 绪论
43
函数与系统调用（OS）的层次关系
第一章 绪论
44
高级语言中对操作系统的“间接”调用
第一章 绪论
45
1.2.2.2 系统调用指令的实现及其特点
40
系统调用例（汇编程序员观点）：打印字符
程序段1:利用系统调用 程序段2:不用系统调用， 打印（用INT指令调用 而用IN/OUT指令直接读 DOS的功能来完成） 写打印机的接口寄存器
MOVE I,0 L1:MOVE I,I+1
MOVE AH,05H
CMP I,5
MOVE DL，Char
JNC L3
QQ 、 DOS 、 LINUX WINDOWS 、TURBO-C 、 WORD FOXPRO 、 UNIX 、 TURBO-ASM vi 、一个C语言源程序
第一章 绪论
3
目前常见操作系统
微软：Windows系列（以前MS-DOS） UNIX：Solaris, AIX, HP UX, SVR4, BSD,
完成5个字符
INT 21H … Char DB '1'
MOVE A,I L2:IN ADDR1,B
OR B,BS JNC L2
状态寄存器 状态位选择码 未准备好
当INT返回时，输出已经完成
OUT ADDR2,A 输出,数据寄存器 JMP L1
L3:RET
第一章 绪论
41
系统调用的控制流程
第一章 绪论
系统调用的执行过程
第一章 绪论
38
1.2.2.1 系统调用的功能、作用和用法
系统调用就是用户程序对操作系统的调用。
例如打印、读写盘等工作
第一章 绪论
39
系统调用指令的功能列举
系统调用包括：
外存文件与目录的读写 各种I/O设备的使用 在一个程序中启动另一个程序 查询和统计系统资源使用情况 等等…
第一章 绪论
第一章 绪论
31
程序第6种启动方式：自启
自启方式是指由程序自已装入与启动自己
谬论乎？
第一章 绪论
32
自启方式的工作过程
第一章 绪论
33
自启方式的特点与作用
早期用的较多,现除OS外已基本不用
要求顺序连续存放，且位置固定 编程麻烦，操作麻烦，存放受限
所有操作系统都是自启程序
第一章 绪论
34
思考:
第一章 绪论
5
你知道操作系统不能做什么?
不做天气预报 不做房屋设计 不是编译程序
总之，操作系统不直接解决最终具体应用 问题，也不负责编译源程序...
第一章 绪论
6
1.1.2 操作系统是什么
操作系统为你完成所有
“硬件相关、应用无关”的工作 以给你方便、效率、安全
应用软件
操作系统 裸机
第一章 绪论
用户程序
第一章 绪论
半序结构
57
虚拟机结构—— IBM VM/370
优点：
灵活方便，满足不同用户对机器的需求
缺点：
运行效率相对较低
进程 内核1
进程
3、系统调用指令特点(与子程序调用区别)
同一程序中不包含被调用的代码 调用地址不用写在程序中 由系统态/用户态的自动转换保证系统调用的 安全
第一章 绪论
51
1.2.3 OS工作3：为常用操作提供实用程序
常用基本操作：查看磁盘内容，文件复制， 文件删除与移动，目录建删等。 操作系统所提供的实用程序
13
程序第1种启动方式：鼠标方式启动
简单 形象 免记 交互性强 操作有时比命令 方式慢
第一章 绪论
14
程序第2种启动方式：命令方式
命令方式是通过键入程序名(及参数)来启动程 序。 例如：C:>format a：或 #mkfs /dev/fd1 命令方式在不同OS下的不同体现：
LINUX、UNIX、DOS下：命令提示符与命令行 WINDOW下： 开始 运行：命令行窗口
第一章 绪论
29
纯硬件启动方式的工作过程
第一章 绪论
30
为什么现在不用纯硬件启动方式？
纯硬件装入要求用户程序顺序连续存放，且一个 存储介质限存一个文件，否则硬件太复杂 纯硬件启动方式下，每运行一个程序都要经过人 工判断和操作，效率低且不灵活 硬件功能有限不能对读入的程序和数据做充分的 正确性检查
第一章 绪论
55
整体式结构—— IBM S/360
优点：
结构紧密，组合方便，效率高
缺点：
模块独立性差，结构不清晰，正确性难保障，可靠性差， 维护困难
模块n
模块1
模块2
模块4
模块3
第一章 绪论
56
层次式结构—— THE
优点：
维护方便，每层功能相对独立，复杂问题可分层化简
缺点：
通信开销大，效率较低
全序结构
ULTRIX 自由软件：Linux, freeBSD, Minix IBM: AIX, zOS(OS/390), OS/2, OS/4000,
PC DOS 其他：Mac OS, NetWare,……
第一章 绪论
4
你用过的操作系统能做什么?
各种命令：dir copy del format 启动、结束用户程序 系统功能调用：例如分配内存、读写文件 WINDOWS、UNIX 等提供多任务或多用 户环境
1、机器、OS与系统调用指令间的关系 2、系统调用指令的实现机制（借助中断机制） 3、系统调用指令特点
第一章 绪论
46
1、机器、OS和系统调用指令间的关系
每种OS提供几十至几百个系统调用
每种机器都提供一个系统调用指令：
例:SUN－TRAP指令,SGI工作站－SYSCALL, IBMPC－INT
SC指令由机器（CPU）提供，而其 调用的功能由OS提供
第一章 绪论
26
程序中启动方式的特点与作用
实际应用中经常需要程序中启动方式 便于程序的灵活方便启动与动态自动启动 前三种启动方式在内部实现时最终都是由程序中 启动方式实现的
第一章 绪论
27
思考:
程序中启动方式与子程序调用有何不同?
第一章 绪论
28
程序第5种启动方式：纯硬件启动方式 最早期的计算机工作方式
第一章 绪论
12
1.2.1 OS工作1：负责启动和结束程序
程序的六种启动方式（其中前4由OS负责提供）
1. 鼠标方式启动 2. 命令方式启动 3. 批方式启动 4. 程序中启动方式 5. 纯硬件启动方式 6. 自启方式（OS本身的启动方式）
程序的两种结束方式
1. 正常结束 2. 非正常结束
第一章 绪论
第一章 绪论（补充内容）
1.1 操作系统是什么 1.2 操作系统如何工作 1.3 从各种角度看操作系统 1.4 操作系统概览（本章结束时讲解）
第一章 绪论
1
1.1 操作系统是什么
1.1.1 你所用过的操作系统 1.1.2 操作系统是什么
第一章 绪论
2
1.1.1 你所用过的操作系统
你知道下列哪些是操作系统吗?
中的错误结束
定功能时提前结束
预料之中，预先知道 随时可能发生的，
在哪结束
不可预测的
报告结果信息或错误原因、释放所用空间
与设备、记录使用情况与记帐等
“程序结束”系统调 中 断 处 理 或 系 统
用指令
瘫痪
第一章 绪论
37
1.2.2 OS工作2:用户程序中对OS的调用——系统调用
1.2.2.1 系统调用的功能、作用和用法 1.2.2.2 系统调用指令的实现及其特殊性 系统调用：system call （简称SC）
硬件相关 应用无关
涉及物理地址、 设备接口寄存器、 设备接口缓冲区
代码量大，需硬 件知识
需随硬件的变化 而变化
提供所有应用 及用户共需的东 西
与应用无直接 关系
第一章 绪论
8
操作系统的定义
操作系统（operating system，简称 OS）是一个大型的程序系统，它负责计 算机的全部软、硬件资源的分配、调度 工作，控制并协调多个任务的活动，实 现信息的存取和保护。它提供用户接口， 使用户获得良好的工作环境。
OS的作用
用户与计算机硬件之间的接口 计算机系统资源的管理者
四类资源：处理器、存储器、I/O设备、信息
第一章 绪论
11
1.2 操作系统如何工作
1.2.1 OS的第1个工作：启动和结束程序 1.2.2 OS的第2个工作：用户程序对OS的调用 1.2.3 OS的第3个工作：为常用操作提供程序 1.2.4 OS的第4个工作：解决效率和安全问题
把现有的程序组合起来实现更复杂的功能
第一章 绪论
21
批方式的用途
自动批处理文件(放在根目录下或用户主目录下), 用来自动执行每次开机或登录时的例行工作（见 例1）
启动诸如中文环境这样的集成软件或一些参数复 杂的软件，简单方便，不必要求用户了解相应启 动步骤(装字库/启动程序/装输入法等）和参数 (见例2)
Windows的资源管理器 现代UNIX和LINUX提供上千条命令
第一章 绪论
52
1.2.4 OS工作4：解决效率和安全问题
操作系统采用了大量技术来提高机器效率和 人的效率，并确保安全问题
并发，多任务，多用户，分时 多道，虚存， 文件或设备的共享技术，链接，假脱机，等
这些技术将在以后各章中逐步学习
C:\UCDOS\KNL %2
C:\UCDOS\PY
C:\UCDOS\WB 启动SPDOS中文环境
CD\SPDOS
SPLIB/1
SPDOS
WBX
第一章 绪论
24
程序第4种启动方式：程序中启动方式
在一个程序中启动另一程序 如：编译器、并发程序设计、窗口程序等
第一章 绪论
25
程序中启动方式的工作过程
第一章 绪论
9
操作系统是以下系统程序的集成
用户程序的启动、中止
系统功能调用——用户程序运行过程中对
操作系统的调用 为常用基本操作提供实用程序 改善基本使用中的效率和安全问题
第一章 绪论
10
操作系统的目标和作用
OS的目标
方便性：使计算机易学易用、共享资源 有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量 可扩充性：能适应硬件的发展，容易升级 开放性：使应用程序具备可移植性和互操作性
开始 程序 命令提示符：命令行窗口
第一章 绪论
15
命令启动方式的工作过程
第一章 绪论
16
命令方式的特点
过去最常用的启动程序的方式 需记程序名和位置 交互性较强 有时操作比鼠标方式快
第一章 绪论
17
程序第3种启动方式：批方式
批方式是指将若干条命令放在一个文件中， 该文件可以在需要时象程序一样被启动执行 （命令方式或鼠标方式） 其执行过程是由计算机自动连续顺序地执行 该文件中的这组命令。
自启与自动批处理、独立程序启动方程序结束
正常结束 非正常结束
第一章 绪论
36
正常结束与非正常结束对比分析
解释
结束时机 结束处理 结束方式
正常结束
非正常结束
程序在按本身的逻 发生了某些预料
辑有效地完成预定功 之外的错误而导致
能后结束，或者预料之 程 序 在 没 有 完 成 预
第一章 绪论
18
批方式举例
批文件sh1的内容： cd /usr/man/man1 ls>/home/dragon/scls mjn=1 while test $mjn != 236 do mjflong=`head -n $mjn /home/dragon/scls|tail -n 1` mjf=`basename $mjflong \.2`
不同的系统调用用同一条SC指令,但 指令参数(功能号或寄存器)不同
第一章 绪论
47
2、系统调用指令的实现机制
CALL/RET指令内部执行过程 INT/IRET指令内部执行过程
第一章 绪论
48
CALL/RET内部执行过程(函数调用)
第一章 绪论
49
INT/IRET指令内部执行过程
第一章 绪论
50
man -S 2 $mjf|cat -s|head -n 2|tail -n 1 >>/home/dragon/sclist
mjn=$[mjn+1]
第一章 绪论
19
批方式的实现(通常由命令解释器实现)
第一章 绪论
20
批方式的特点
程序间可以连续执行，不经人工干涉。
命令可以设计成有顺序、分支和循环控制 的形式，称为作业控制语言，使程序可以 组合执行。
第一章 绪论
22
例1：自动批处理文件
MSDOS下自动批文件AUTOEXEC.BAT在开 机时命令提示符出现前自动执行。
path c:\dos prompt $p$g
第一章 绪论
23
例2：通过批文件启动中文环境
MSDOS下通过ucdos.bat文件启动一个中文环境。
C:\UCDOS\RD16 %1
第一章 绪论
53
1.3 从各种角度看OS
1.3.1 操作系统的结构 1.3.2 操作系统的接口（使用方式） 1.3.3 操作系统工作过程 1.3.4 操作系统的特点 1.3.5 操作系统的类型 1.3.6现代操作系统的特点
第一章 绪论
54
1.3.1 操作系统结构
整体式结构 层次式结构 虚拟机结构 客户服务器及微内核结构
42
为什么我很少接触系统调用?
高级语言程序员观点 通常仅汇编程序员才会接触到系统调用,而高 级语言程序员通常接触不到系统调用,只接触 库函数
第一章 绪论
43
函数与系统调用（OS）的层次关系
第一章 绪论
44
高级语言中对操作系统的“间接”调用
第一章 绪论
45
1.2.2.2 系统调用指令的实现及其特点
40
系统调用例（汇编程序员观点）：打印字符
程序段1:利用系统调用 程序段2:不用系统调用， 打印（用INT指令调用 而用IN/OUT指令直接读 DOS的功能来完成） 写打印机的接口寄存器
MOVE I,0 L1:MOVE I,I+1
MOVE AH,05H
CMP I,5
MOVE DL，Char
JNC L3
QQ 、 DOS 、 LINUX WINDOWS 、TURBO-C 、 WORD FOXPRO 、 UNIX 、 TURBO-ASM vi 、一个C语言源程序
第一章 绪论
3
目前常见操作系统
微软：Windows系列（以前MS-DOS） UNIX：Solaris, AIX, HP UX, SVR4, BSD,
完成5个字符
INT 21H … Char DB '1'
MOVE A,I L2:IN ADDR1,B
OR B,BS JNC L2
状态寄存器 状态位选择码 未准备好
当INT返回时，输出已经完成
OUT ADDR2,A 输出,数据寄存器 JMP L1
L3:RET
第一章 绪论
41
系统调用的控制流程
第一章 绪论
系统调用的执行过程
第一章 绪论
38
1.2.2.1 系统调用的功能、作用和用法
系统调用就是用户程序对操作系统的调用。
例如打印、读写盘等工作
第一章 绪论
39
系统调用指令的功能列举
系统调用包括：
外存文件与目录的读写 各种I/O设备的使用 在一个程序中启动另一个程序 查询和统计系统资源使用情况 等等…
第一章 绪论
第一章 绪论
31
程序第6种启动方式：自启
自启方式是指由程序自已装入与启动自己
谬论乎？
第一章 绪论
32
自启方式的工作过程
第一章 绪论
33
自启方式的特点与作用
早期用的较多,现除OS外已基本不用
要求顺序连续存放，且位置固定 编程麻烦，操作麻烦，存放受限
所有操作系统都是自启程序
第一章 绪论
34
思考:
第一章 绪论
5
你知道操作系统不能做什么?
不做天气预报 不做房屋设计 不是编译程序
总之，操作系统不直接解决最终具体应用 问题，也不负责编译源程序...
第一章 绪论
6
1.1.2 操作系统是什么
操作系统为你完成所有
“硬件相关、应用无关”的工作 以给你方便、效率、安全
应用软件
操作系统 裸机
第一章 绪论
用户程序
第一章 绪论
半序结构
57
虚拟机结构—— IBM VM/370
优点：
灵活方便，满足不同用户对机器的需求
缺点：
运行效率相对较低
进程 内核1
进程
3、系统调用指令特点(与子程序调用区别)
同一程序中不包含被调用的代码 调用地址不用写在程序中 由系统态/用户态的自动转换保证系统调用的 安全
第一章 绪论
51
1.2.3 OS工作3：为常用操作提供实用程序
常用基本操作：查看磁盘内容，文件复制， 文件删除与移动，目录建删等。 操作系统所提供的实用程序
13
程序第1种启动方式：鼠标方式启动
简单 形象 免记 交互性强 操作有时比命令 方式慢
第一章 绪论
14
程序第2种启动方式：命令方式
命令方式是通过键入程序名(及参数)来启动程 序。 例如：C:>format a：或 #mkfs /dev/fd1 命令方式在不同OS下的不同体现：
LINUX、UNIX、DOS下：命令提示符与命令行 WINDOW下： 开始 运行：命令行窗口
第一章 绪论
29
纯硬件启动方式的工作过程
第一章 绪论
30
为什么现在不用纯硬件启动方式？
纯硬件装入要求用户程序顺序连续存放，且一个 存储介质限存一个文件，否则硬件太复杂 纯硬件启动方式下，每运行一个程序都要经过人 工判断和操作，效率低且不灵活 硬件功能有限不能对读入的程序和数据做充分的 正确性检查
第一章 绪论
55
整体式结构—— IBM S/360
优点：
结构紧密，组合方便，效率高
缺点：
模块独立性差，结构不清晰，正确性难保障，可靠性差， 维护困难
模块n
模块1
模块2
模块4
模块3
第一章 绪论
56
层次式结构—— THE
优点：
维护方便，每层功能相对独立，复杂问题可分层化简
缺点：
通信开销大，效率较低
全序结构
ULTRIX 自由软件：Linux, freeBSD, Minix IBM: AIX, zOS(OS/390), OS/2, OS/4000,
PC DOS 其他：Mac OS, NetWare,……
第一章 绪论
4
你用过的操作系统能做什么?
各种命令：dir copy del format 启动、结束用户程序 系统功能调用：例如分配内存、读写文件 WINDOWS、UNIX 等提供多任务或多用 户环境
1、机器、OS与系统调用指令间的关系 2、系统调用指令的实现机制（借助中断机制） 3、系统调用指令特点
第一章 绪论
46
1、机器、OS和系统调用指令间的关系
每种OS提供几十至几百个系统调用
每种机器都提供一个系统调用指令：
例:SUN－TRAP指令,SGI工作站－SYSCALL, IBMPC－INT
SC指令由机器（CPU）提供，而其 调用的功能由OS提供
第一章 绪论
26
程序中启动方式的特点与作用
实际应用中经常需要程序中启动方式 便于程序的灵活方便启动与动态自动启动 前三种启动方式在内部实现时最终都是由程序中 启动方式实现的
第一章 绪论
27
思考:
程序中启动方式与子程序调用有何不同?
第一章 绪论
28
程序第5种启动方式：纯硬件启动方式 最早期的计算机工作方式
第一章 绪论
12
1.2.1 OS工作1：负责启动和结束程序
程序的六种启动方式（其中前4由OS负责提供）
1. 鼠标方式启动 2. 命令方式启动 3. 批方式启动 4. 程序中启动方式 5. 纯硬件启动方式 6. 自启方式（OS本身的启动方式）
程序的两种结束方式
1. 正常结束 2. 非正常结束
第一章 绪论
第一章 绪论（补充内容）
1.1 操作系统是什么 1.2 操作系统如何工作 1.3 从各种角度看操作系统 1.4 操作系统概览（本章结束时讲解）
第一章 绪论
1
1.1 操作系统是什么
1.1.1 你所用过的操作系统 1.1.2 操作系统是什么
第一章 绪论
2
1.1.1 你所用过的操作系统
你知道下列哪些是操作系统吗?
中的错误结束
定功能时提前结束
预料之中，预先知道 随时可能发生的，
在哪结束
不可预测的
报告结果信息或错误原因、释放所用空间
与设备、记录使用情况与记帐等
“程序结束”系统调 中 断 处 理 或 系 统
用指令
瘫痪
第一章 绪论
37
1.2.2 OS工作2:用户程序中对OS的调用——系统调用
1.2.2.1 系统调用的功能、作用和用法 1.2.2.2 系统调用指令的实现及其特殊性 系统调用：system call （简称SC）