操作系统与用户接口
操作系统的用户接口课件
语音识别与合成
优点
语音识别与合成技术为用户提供了更加自然和便捷的交互方 式，用户可以通过口头指令来执行操作或获取信息。此外， 语音识别与合成技术还可以提高用户的隐私保护和安全性能 。
缺点
语音识别与合成技术的准确率和识别能力还有待提高，对于 不同的口音、语速和环境噪音等因素可能存在一定的限制。 此外，语音交互需要一定的时间来处理和输出结果，可能会 影响用户的交互体验。
操作系统的重要性
操作系统是计算机系统的重要组成部 分，它能够提高计算机系统的效率和 可靠性，为用户提供方便、高效的使 用环境。
用户接口的概念与作用
用户接口定义
用户接口是操作系统与用户之间的交互界面，包括命令行界面和图形用户界面等。
用户接口的作用
用户接口能够提供友好的人机交互方式，使用户能够方便地与操作系统进行交互，实现各种操作系统的功能。
详细描述
操作系统根据不同地区的文化习惯和法律法规进行本地化 设置，如日期格式、时间格式、货币单位、计量单位等， 使用户能够更加便捷地使用系统。
总结词
支持本地化应用程序和游戏。
详细描述
操作系统支持本地化的应用程序和游戏，这些应用程序和 游戏根据不同地区的文化和市场需求进行定制和优化，提 高用户体验。
总结词
能够提高操作系统的安全性，减少潜在的安全风险。
05
CATALOGUE
操作系统的国际化用户接口
多语言支持接口
总结词
提供多种语言的用户界面，满足不同地区用户的需求。
详细描述
操作系统支持多种语言，包括英文、中文、法语、德语 等，用户可以根据自己的语言习惯和偏好选择相应的语 言界面。
总结词
支持不同语言的输入法和字体。
操作系统提供的服务和用户接口
二、操作系统提供的用户接口 (2)
(程序接口) 系统调用 操作命令或JCL (操作接口)
操作系统 裸机
用户和操作系统间的两种接口
➢ 系统调用：内核提供一系列具有预定功能的内核函数，通过一 组接口（系统调用）提供给用户。
➢ 系统调用把应用程序的请求传送至内核，调用相应的内核 函数完成所需要的处理，把处理结果返回给应用程序。
(4) 内存管理：内存的申请和释放。
(5)进程通信：通信连接的建立、连接和断开、信息的发送和接 受；传递状态信息；连接和断开远程设备。
(6)信息维护：日期、时间及系统数据的获取和设置；获取和设 置信息；生成诊断和统计数据。
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
访管指令（陷阱指令或异常中断指令）----由于系统调用 而引起处理器中断的机器指令称为访管指令（陷入指令或 异常中断指令）。
(2)系统调用的实现要点：
一. 是编写系统调用处理程序；
二. 是设计一张系统调用入口地址表，每个入口地址都指向一 个系统调用的处理程序，有的系统还包含系统调用自带参 数的个数；
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。
4.系统调用与过程(函数) 调用的区别
(1) 调用形式和实现方，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。
四、操作接口与系统程序(1)
1.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和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：操作控制命令和作业控制 语言（命令）。
操作系统的用户接口课件
窗口系统
窗口系统的概念
窗口系统是GUI的重要组成部分，它通过窗口来组织和简 化用户操作。每个窗口都有自己的标题、边框和可以自由 拖动的控制按钮。
窗口系统的功能
窗口系统提供了一系列的窗口操作，如打开、关闭、最小 化、最大化、还原等。用户可以通过鼠标点击或键盘快捷 键来进行这些操作。
常见的窗口系统
Windows、Mac OS和Linux等操作系统都提供了各自的 窗口系统。不同的窗口系统具有不同的特点和风格，但它 们的核心功能基本一致。
缺点
相对于图形用户界面，命令行接口可能不够直观和易于使用。此外，由于命令 行需要用户手动输入命令，因此可能会存在输入错误的风险。
03
图形用户接口
GUI基础
图形用户界面的定义
图形用户界面（GUI）是一种基于图形的方式，使用户能够直观地与计算机进行交互。它 通过图形元素，如窗口、图标、菜单等，使用户可以轻松地操作计算机。
遥控器接口
通过遥控器实现对设备的 控制，如按键输入等操作 。
输入设备的选择
根据应用场景选择合适的 输入设备，提高用户体验 。
多媒体用户接口的优缺点
优点
多媒体用户接口可以提供丰富的交互 方式，使用户更加便捷地获取信息和 使用设备功能。
缺点
多媒体用户接口需要处理大量的数据 和复杂的交互逻辑，对设备性能要求 较高，同时也需要考虑用户的使用习 惯和界面设计等因素。
输出结果。
命令行基本规则
在命令行中，用户需要按照特定 的语法和规则输入命令。这些规 则包括命令的格式、命令的参数
和选项的格式等。
命令行操作与控制
01
命令行操作
在命令行中，用户可以执行各种操作，例如创建文件、删除文件、复制
操作系统与用户的接口
2.3批处理方式下的作业管理
在分时系统中，一般没有作业的概念，因而也无作业管理， 但在批处理系统中，作业管理是很必要、很重要的一个功能。
2.3.1作业的构成 作业由3部分组成，即程序、数据和作业说明书。程序和数据
完成用户要求的业务处理工作，作业说明书则体现用户所对 其作业的控制意图。 作业说明书主要包括3方面内容，即作业的基本情况、作业的 控制描述、作业的资源要求描述。其主要内容如图2-5所示。
据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。它是一个相当 复杂的系统，即使是目前非常普及的个人计算机也是如此。 计算机系统拥有丰富的硬件、软件资源，操作系统要对这些 资源进行管理。一个计算机系统由硬件（子）系统和软件 （子）系统组成。其中，硬件系统是借助电、磁、光、机械 等原理构成的各种物理部件的有机结合，它构成了系统本身 和用户作业赖以活动的物质基础和工作环境；计算机硬件通 常是由中央处理机（运算器和控制器）、存储器、输入设备 和输出设备等部件组成。软件系统是各种程序和文件，用于 指挥整个系统按照指定的要求进行工作。
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1.1操作系统的概念
一台没有任何软件支持的计算机称为裸机( bare machine)， 它只是构成了计算机系统的物质基础，而实际呈现在用户面 前的计算机系统是经过若干层软件改造的计算机。计算机的 硬件和软件以及应用之间是一种层次结构关系。裸机在最里 层，覆盖在裸机上的第一层软件是操作系统，经过操作系统 提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能把裸机改造 成为功能更强、使用更为方便的机器，通常称之为虚拟机 ( virtual machine)或扩展机(extended machine)，而各种应用 程序运行在操作系统之上，它们以操作系统作为支撑环境， 同时又向用户提供完成其作业所需的各种服务。
用户与操作系统的接口
用户与操作系统的接口在我们日常使用计算机或其他智能设备的过程中，操作系统扮演着至关重要的角色。
它就像是一个大管家，负责管理和协调设备的各种资源，让我们能够顺利地完成各种任务。
而用户与操作系统之间的交互，依靠的就是所谓的“接口”。
那么，什么是用户与操作系统的接口呢？简单来说，它就是用户与操作系统进行沟通和交流的途径。
就好比我们和一个人交流，需要通过语言、表情、动作等方式来传达自己的想法和需求，用户与操作系统的接口就是我们向操作系统传达指令和获取信息的方式。
用户与操作系统的接口主要分为两种类型：命令行接口和图形用户接口，也就是我们常说的 CLI 和 GUI。
先来说说命令行接口。
这是一种比较古老但依然强大的接口方式。
在命令行界面中，用户需要通过输入特定的命令和参数来操作系统。
这就像是在给操作系统下达非常精确的指令，比如“复制这个文件到那个文件夹”“删除这个程序”等等。
对于那些熟悉计算机技术的专业人员来说，命令行接口具有很高的效率和灵活性。
因为他们可以通过组合各种命令和参数，快速完成复杂的操作。
但对于普通用户来说，命令行接口可能就显得有些复杂和难以理解了。
接下来是图形用户接口。
这是我们现在最常见、也是最直观的接口方式。
在图形用户界面中，我们看到的是各种各样的图标、窗口、菜单和按钮。
我们通过点击、拖动、选择等操作来与操作系统进行交互。
比如，我们想要打开一个文件，只需要双击对应的图标；想要关闭一个程序，点击右上角的“X”按钮就可以了。
图形用户接口的优点是直观易懂，不需要用户记住复杂的命令和参数，大大降低了使用计算机的门槛，使得更多的人能够轻松上手。
无论是命令行接口还是图形用户接口，它们都有各自的特点和适用场景。
命令行接口虽然对普通用户不太友好，但在一些特定的情况下，它有着不可替代的优势。
比如在进行系统管理和维护时，命令行接口可以更精确地控制操作系统的各种设置和参数。
而且在处理大量重复的操作时，通过编写脚本，可以实现自动化，大大提高工作效率。
用户与操作系统的接口
用户与操作系统的接口在现代计算机技术中，操作系统扮演着至关重要的角色。
它是连接用户和计算机硬件的桥梁，提供了用户与计算机交互的界面。
对于用户来说，操作系统就是他们与计算机硬件沟通的接口。
首先，让我们考虑用户界面的设计。
这是用户与操作系统直接交互的界面，因此，它的设计必须直观，易于理解和使用。
现代的操作系统通常都配备了图形用户界面(GUI)，它通过图形和图标提供了一种直观的、可视化的方式让用户进行操作。
此外，为了满足不同用户的需求，一些操作系统还提供了定制化的选项，让用户可以根据自己的喜好和习惯来调整界面的布局和功能。
其次，操作系统的功能也变得越来越丰富和多元化。
除了基本的文件管理和进程控制，现代的操作系统还提供了诸如网络浏览、电子邮件、多媒体播放、游戏等多种功能。
这些功能不仅丰富了用户的使用体验，也使得计算机变得更加普及和实用。
此外，安全性也是操作系统的一个重要考虑因素。
由于操作系统管理着计算机的各个部分，包括内存、硬盘、CPU等，因此它必须能够防止未经授权的访问和攻击。
为此，操作系统通常会配备一系列的安全机制，比如用户验证、访问控制、防火墙等，以确保只有授权的用户可以访问计算机资源。
总的来说，操作系统作为用户与计算机硬件之间的接口，它的设计和功能对用户体验和使用效率有着至关重要的影响。
随着技术的不断发展，我们期待看到更多创新和实用的操作系统出现，为用户带来更加便捷、高效和安全的计算机体验。
操作系统图形用户界面的研究与实现操作系统图形用户界面（GUI）的研究和实现是计算机科学中的重要领域，对于现代操作系统的设计和应用至关重要。
在本文中，我们将探讨图形用户界面的重要性，它的工作原理和实现方法，以及一些具有代表性的操作系统中的GUI的实例。
一、图形用户界面概述图形用户界面是一种计算机界面，使用图像、图标和菜单等元素，允许用户通过点击、拖拽、选择等操作与计算机进行交互。
它大大简化了用户与计算机的交互，提供了直观和高效的使用体验。
操作系统提供的服务和用户接口
操作系统提供的服务和用户接口操作系统是一种系统软件，它为计算机硬件和应用软件之间提供了一个桥梁。
操作系统通过提供一系列的服务和用户接口，使得计算机能够有效地运行，用户可以方便地操作计算机。
操作系统提供的服务大致可以分为五类：进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户界面。
下面将逐一介绍这些服务及其对应的用户接口。
首先是进程管理。
进程是指正在运行的程序，操作系统通过进程管理服务来控制和分配计算机的资源。
操作系统提供了创建、撤销、调度和通信等功能。
用户可以通过创建进程的系统调用来启动新的程序，通过撤销进程的系统调用来终止正在运行的程序。
调度算法决定了运行哪个进程以及进程运行的顺序。
用户可以通过查询和修改进程的优先级来调整进程的调度顺序。
接下来是内存管理。
内存是计算机中存放数据的地方，操作系统通过内存管理服务来管理计算机的内存资源。
操作系统提供了内存分配和回收的功能，使得进程可以在内存中运行。
用户可以通过申请内存的系统调用来申请一定大小的内存空间，通过释放内存的系统调用来归还不再使用的内存空间。
操作系统还提供了虚拟内存的功能，使得进程可以访问超过其物理内存大小的数据。
然后是文件管理。
文件是计算机中存储数据的基本单位，操作系统通过文件管理服务来管理计算机的文件资源。
操作系统提供了创建、删除、读取和写入文件的功能，使得进程可以对文件进行操作。
用户可以通过创建文件的系统调用来创建新的文件，通过删除文件的系统调用来删除不再需要的文件。
用户可以通过读取文件的系统调用来读取文件中的数据，通过写入文件的系统调用来向文件中写入数据。
操作系统还提供了对文件的共享和保护机制，使得多个进程可以共同访问同一个文件。
接着是设备管理。
设备是计算机中的外部硬件，如打印机、键盘、鼠标等，操作系统通过设备管理服务来管理计算机的设备资源。
操作系统提供了设备分配和释放的功能，使得进程可以使用设备进行输入和输出操作。
用户可以通过申请设备的系统调用来申请使用某个设备，通过释放设备的系统调用来释放不再使用的设备。
操作系统提供的服务和用户接口
操作系统提供的服务和用户接口操作系统服务操作系统是计算机系统的核心软件之一，它为计算机提供了各种服务和用户接口。
这些服务和接口使得计算机能够高效地运行和管理各种应用程序和资源。
以下是操作系统提供的一些重要服务：进程管理操作系统通过进程管理服务来管理系统中的进程。
进程是计算机中正在运行的程序的执行实例。
操作系统负责分配和管理资源，如内存、CPU时间和文件I/O 等，为各个进程提供公平的运行环境，并有效地隔离它们，以确保系统的稳定性和安全性。
内存管理内存管理是操作系统的核心功能之一。
操作系统负责分配、回收和管理系统中的内存。
通过虚拟内存技术，操作系统可以为每个进程提供一个独立的地址空间，使得进程可以在逻辑上认为自己独占整个系统的内存。
文件系统文件系统是用户与操作系统交互的一个重要接口。
操作系统提供了文件系统服务来管理存储设备上的文件和目录。
通过文件系统，用户可以创建、读取、写入和删除文件，以便在长期存储设备中保存和管理数据。
设备驱动程序操作系统通过设备驱动程序来管理和控制计算机中的外部设备，如打印机、鼠标、键盘等。
设备驱动程序提供了一个接口，使得应用程序可以通过操作系统来访问和操作这些外部设备。
网络通信现代操作系统通常提供了网络通信服务，使得计算机可以通过网络与其他计算机进行通信。
操作系统提供了一些API和协议，如套接字和TCP/IP，以便应用程序可以进行网络通信，实现远程访问、文件共享和数据传输等功能。
用户接口操作系统还为用户提供了不同的接口，使得用户可以与计算机进行交互。
以下是一些常见的用户接口：命令行界面命令行界面是传统的用户接口形式之一。
用户可以通过命令行界面向操作系统发送命令以控制计算机的行为。
命令行界面一般提供了一些基本的命令和参数，如目录操作、文件操作和进程管理等。
图形用户界面图形用户界面（GUI）是目前最常用的用户接口形式之一。
通过图形用户界面，用户可以通过鼠标点击、拖拽和键盘操作等方式与操作系统进行交互。
操作系统结构操作系统与用户接口
操作系统结构操作系统与用户接口在我们日常使用计算机或其他智能设备的过程中，操作系统扮演着至关重要的角色。
它就像是一个默默工作的大管家，管理着硬件资源、协调着软件的运行，为用户提供了一个便捷、高效的工作和娱乐环境。
而要深入理解操作系统，就不得不提到操作系统的结构以及它与用户之间的接口。
操作系统的结构可以说是其内部的“骨架”，决定了系统的性能、可扩展性和可靠性。
常见的操作系统结构有单体式结构、层次式结构、微内核结构等。
单体式结构是比较早期和简单的一种结构。
在这种结构中，操作系统的各个功能模块被整合在一起，如同一个巨大的“代码球”。
这种结构的优点是效率较高，因为模块之间的通信直接而迅速。
然而，其缺点也很明显，一旦某个部分出现问题，可能会影响到整个系统的稳定性，而且修改和维护起来非常困难，就像在一团乱麻中找出一根特定的线头一样。
层次式结构则像是一个有条不紊的分层建筑。
它将操作系统的功能按照层次进行划分，每一层都只依赖于下一层提供的服务。
这样的结构使得系统更加清晰和易于理解，而且修改某一层的功能时，对其他层的影响较小。
但这种结构也存在一些不足，比如层次之间的通信开销可能会增加，从而影响系统的性能。
微内核结构则是近年来比较流行的一种结构。
它将操作系统的核心功能精简为一个很小的内核，只负责最基本的任务，如进程管理、内存管理等。
而其他的功能则作为服务进程运行在用户空间。
这种结构的优点是内核小巧灵活，稳定性高，而且便于扩展新的功能。
但相对来说，由于服务进程之间的通信需要通过内核进行，可能会导致一定的性能损失。
了解了操作系统的结构，接下来我们看看操作系统与用户的接口。
用户接口就像是操作系统与用户之间的“桥梁”，让用户能够方便地与计算机进行交互。
用户接口主要分为命令行接口和图形用户接口两种。
命令行接口，也就是我们常说的“命令提示符”或者“终端”，它要求用户通过输入特定的命令来完成各种操作。
对于熟悉计算机操作的专业人员来说，命令行接口具有高效、灵活的特点。
3.10 用户与操作系统的接口
3.10 用户与操作系统的接口（用户接口、用户界面）1、用户接口定义：用户与操作系统直接接触的部分（注意：人、机接口——操作系统）2、分类：联机命令接口程序接口图形界面接口3.10.1联机命令接口——用户终端使用os联机命令接口的组成：一组联机命令、终端处理程序和命令解释程序终端处理程序——接收命令，并将它显示在屏幕上命令解释程序——对命令进行分析，然后执行相应命令的处理程序联机命令——以命令名开头，还需提供若干个参数及某些可选项3.10.2程序接口——用户编程时调用，是用户程序取得OS服务的惟一途径。
1、程序接口的组成：由各种系统调用或由很多的函数调用组成。
2、系统调用的概念：系统调用指系统为用户程序调用操作系统所提供的子程序系统调用与一般的过程调用的差异：（1）运行在不同的系统状态系统调用时系统转入特权方式（管态或系统态：只允许OS使用的指令）又称访管指令或广义指令；一般过程或函数的调用，仍仅是在用户态下（2）系统调用通过软中断进入（先进入OS核心，经核心分析后才能转向相应的命令处理程序；一般过程或函数的调用直接转向被调过程（3）调用返回不同：在抢占式剥夺方式的系统中，系统调用时被调过程执行完后，要对系统中所有要求运行的进程进行优先权的分析，若调用过程仍处于最高优先权时，调用过程继续执行，否则将引起重新调度。
3、系统调用的类型（1）进程控制（2）进程通信（3）磁盘I/O（4）文件操纵（5）信息维护：设置获得当前时间和日期，取得系统版本号，取磁盘空间使用情况信息等3.10.3图形界面接口—为用户提供极为方便的操作方式1、图形界面的定义：是操作系统命令的可视化操作（把命令转化成图形，执行操作系统命令时通过简单的鼠标点击图符进行），采用了事件驱动实现方法。
2、事件：向操作系统发出一个消息3、消息：描述事件发生的信息4、事件驱动：应用程序的运行需要依靠外部发生的事件来驱动。
例：当用户移动鼠标或敲击键盘时，系统会产生一条特定的消息，标识事件的发生，产生的消息首先进入消息队列，接着系统从消息队列中每次移走一条消息，确定目的窗口，将消息送入创建该窗口的应用程序的消息队列中，应用程序通过其消息队列接收输入，发送给相应的窗口进行相应的处理。
操作系统用户接口
1、字符显示用户界面
UNIX和Linux的Shell
一种交互型命令解释程序
命令级程序设计语言解释系统
24
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 Microsoft公司的Windows系列就是这种图形化用户界面 的代表。 图形化的用户界面的特点： a) 所有程序以统一的窗口形式出现 b) 提供统一的菜单格式 c) 系统资源、系统命令、操作功能以图标表示 d) 统一的操作方法
35
1.Why-为什么需系统调用
例如程序语句中有如下命令： open 打开文件 read/write 读/写文件 creat 创建文件 exit 进程终止（程序序结束） close 关闭文件 这些命令都会产生访管中断，来实现调用系统的相应功能。
36
2. What-系统调用是什么 概念
10
三.联机用户接口
1
字符显示用户界面
2
图形化用户界面
3
新一代用户界面
4
命令解释程序
11
1、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：
1.1命令行方式
1.2批命令方式
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1、字符显示用户界面 1.1命来完成预定的工 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
第二章 用户与操作系统的接口
2011-7-30
7
2.1 OS与用户的接口 与用户的接口
形式为： 形式为：
访管
P1
P2
操作数
P1： P1：指示该指令是否带参数 P2：指示该指令是否带参数区。 P2：指示该指令是否带参数区。参数区地址事先存于某 个指定寄存器。 个指定寄存器。 操作数：不同类型系统调用的编码。 操作数：不同类型系统调用的编码。 Unix运行的 运行的PDP 11小型机中访管指令 小型机中访管指令： 例：Unix运行的PDP 11小型机中访管指令： 014400－ 256条 014400－014777 256条 V6版只用了014400－ 版只用了014400 64条 V6版只用了014400－014477 64条 26＝64 00－77分别表示不同的系统调用 00－77分别表示不同的系统调用 。
操作系统原理
第二章 用户与操作系统的接口
2.1 OS与用户的接口 与用户的接口
OS与用户的接口形式 2.1.1 OS与用户的接口形式
interface） 一、用户接口（user interface） 用来使用和控制机算机，用户必须 OS来使用和控制机算机 OS之间建立联系手段 称为用户接口。 之间建立联系手段， 与OS之间建立联系手段，称为用户接口。对大多数 用户来说， 用户来说，一个计算机系统的可接受性很大程度上 取决于这个用户接口。 取决于这个用户接口。
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2.1 OS与用户的接口 与用户的接口
(2)提供参数或参数区，以便OS能按其完成用户的请求。 (2)提供参数或参数区，以便OS能按其完成用户的请求。 提供参数或参数区 OS能按其完成用户的请求 (3)将参数区的首地址存于OS能接收的地方 将参数区的首地址存于OS能接收的地方， (3)将参数区的首地址存于OS能接收的地方，通常存于某 个间址寄存器。 个间址寄存器。
专升本操作系统 第二章 用户与操作系统接口
2）进程通讯类系统调用: 进程通讯类系统调用:
消息传递方式:打开连接/接收连接,发送/接收消息; 消息传递方式:打开连接/接收连接,发送/接收消息; 共享存储区方式:建立存储区,建立连接, 共享存储区方式:建立存储区,建立连接,读/写存储区
2·1 作业组织和控制
对于一个作业， 对于一个作业，一般系统要进行以下几 项工作： 项工作： 1、编辑 、 2、 2、编译 3、装入 、 4、运行 、 各个作业步都是相关的
2·1 作业组织和控制
作业类型： 4）作业类型：
脱机作业：也称为批量型操作 批量型操作， 脱机作业：也称为批量型操作，在一 次业务处理过程中， 次业务处理过程中，从输入程序和数据 到输出结果的全过程。 到输出结果的全过程。
2·2 系统调用
系统调用是操作系统提供给软件开发人员的唯 一接口，开发人员可利用它使用系统功能。OS核心 一接口，开发人员可利用它使用系统功能。OS核心 中都有一组实现系统功能的过程（子程序）， ），系统 中都有一组实现系统功能的过程（子程序），系统 调用就是对上述过程的调用。 调用就是对上述过程的调用。 1、系统调用的基本概念 算态与管态】 【算态与管态】 计算机系统中的程序可分为系统程序与用户程 序两类。处理器运行系统程序的状态称为管态、 序两类。处理器运行系统程序的状态称为管态、特 权状态或系统状态；运行用户程序的状态为算态、 权状态或系统状态；运行用户程序的状态为算态、 目态或用户态。通常在程序的状态字中设置。 目态或用户态。通常在程序的状态字中设置。
操作系统结构与用户接口
返回总控（这时会进行处理机调度）,恢复现场,用户程序继续运行。
异步调用接口
系统调用接口
用户程序
系统调用库
内核总控
系统调用处理总控
Write处理
磁盘控制器
盘中断处理
用户态
核心态
磁盘驱动程序言解释器解释执行命令。
202X
感谢各位的观看
汇报人姓名
(续上页) 系统调用处理程序根据系统调用号查系统调用入口表,得知该系统调用参数个数及处理程序入口地址,获得参数并转相应write处理程序； write处理程序将数据从用户缓冲区考入内核的系统缓冲区,…，调磁盘驱动程序启动IO函数,驱动程序生成一个磁盘请求包,启动磁盘传输(或排入磁盘请求队列),等待传输完成(保护现场,这时可重新调度进程,CPU切换到另一个进程…)。 (转下页)
01
作业安排：8, 9, 10, 11。
第四讲 操作系统结构与用户接口
授课目的与要求：了解典型操作系统结构及用户使用操作系统的方法。
授课重点与难点：嵌入用户进程执行模式结构，命令解释器及系统调用实现。
02
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2.3 操作系统运行模型 操作系统核心的主要功能模块介绍如下： 系统初始化模块：准备系统运行环境，最后为每个终端创建一个进程，运行命令解释程序。 进程管理模块：处理进程类系统调用（如进程创建/结束等）和进程调度。 存储管理模块：配合进程管理，分配进程空间；处理存储类系统调用（如动态增加进程空间）；在虚存系统缺页异常时调入页面进行处理。 文件管理模块：处理文件类系统调用。 外设管理模块：负责外设驱动和中断处理。
磁盘I/O完成即产生一个磁盘中断（这时正运行程序被中断打断）,启动磁盘中断处理程序；磁盘中断处理程序清中断位,再从磁盘请求队列中取下一请求,启动磁盘传输；然后找到刚完成请求的请求包,标志成完成状态(这时先前进程从阻塞变成就绪,可被调度占用处理机)，恢复相应栈中的现场,转write系统调用的后续处理程序...
操作系统的用户接口
第九章操作系统的用户接口概述•OS是计算机的资源管理器和用户接口；•用户一般是通过使用OS来使用计算机的；•OS的用户接口负责接收用户向OS提出的服务请求，传递有关信息，并将服务的结果返回给用户；•OS用户接口主要有两类：联机命令接口(有命令行界面和图形界面两种形式)，程序接口(主要是系统调用)。
另外，在Internet中还有一种网络用户接口。
第1节联机命令接口一、什么是联机命令接口•是用户从键盘上输入的OS命令。
通过输入键盘命令，用户可以直接取得OS的服务，控制自己的程序执行；•OS的联机命令接口包括：一组联机命令、命令解释程序(命令解释器)和终端处理程序；•联机命令接口的工作过程：(1) 用户在终端上(通过键盘)输入所需命令；(2) 终端处理程序接收该命令，并在屏幕上显示(回显)命令；(3) 一条命令输入完毕，由命令解释程序对命令进行分析，然后启动对应的命令处理程序执行，完成任务。
二、联机命令1、为了能向用户提供多方面的服务，通常，OS都向用户提供了几十条甚至上百条的联机命令。
这批命令分为内部命令和外部命令两类。
另外，用户建立的每个可执行程序也是一条联机命令(外部命令)。
根据这些命令所完成功能的不同，可把它们分成以下几类：①系统访问类；②磁盘操作类；③文件操作类；④目录操作类；⑤通信类；⑥其他命令。
2、各类命令举例•系统访问类：Login；用户注册命令•磁盘操作命令：Diskcopy；整盘复制命令Format；磁盘格式化命令Diskcomp；软盘比较命令Backup，Restore；硬盘备份与恢复命令•文件操作命令：Type；文件内容显示命令Copy；文件复制命令Comp；文件比较命令Rename；文件重命名命令Erase，Dele；文件删除命令关于文件名中的*和?的意义。
•目录操作命令：Mkdir，Md；建立一个子目录Dir；显示目录表的内容Rmdir，Rd；删除子目录Tree；显示目录结构Chdir，Cd；更改当前工作目录•其它命令I/O重定向命令：在有的OS中定义了两个标准I/O设备。
操作系统结构与用户接口
...
...
进程切换（微内核） 进程切换（微内核）
c.操作系统功能以系统进程运行 c.操作系统功能以系统进程运行
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2.4 系统调用 凡是涉及操作系统核心资源的操作必须由系 统调用实现 一.主要系统调用: : 进程管理: 进程管理: • 创建进程 pid=fork() • 终止进程 exit(status) • 等待子进程结束 pid=waitpid(pid, ) pid=waitpid(pid,…) • 替换进程映像 s=execve(name, ) s=execve(name,…) 文件管理: 文件管理: • 创建文件 fd=creat(name, ) fd=creat(name,…) • 打开文件 fd=open(name, ) fd=open(name,…) • 读文件 n=read(fd,buffer,nbyte)*
2
操作系统三种模型: • 独立运行的内核:用户程序与核心程序在 独立运行的内核: 分离的运行环境中运行, 分离的运行环境中运行,核心程序作为一 个独立的特殊执行体运行，有自己独立的 个独立的特殊执行体运行，有自己独立的 运行栈。内核程序通过中断/ 运行栈。内核程序通过中断/异常机制启 动运行。 动运行。
6
• 写文件 n=write(fd,buffer,nbyte) • 移动文件指针 pos=lseek(fd,offset, ) pos=lseek(fd,offset,…) • 关闭文件 s=close(fd) 存储管理:动态申请/ 存储管理:动态申请/释放存储空间等 其它:设置/获得时间等* 其它:设置/获得时间等*
2.5 命令语言与窗口用户界面 2.5.1 命令语言 (通讯语言/作业控制语言) •它是控制作业流程的用户界面, 由语言 它是控制作业流程的用户界面, 它是控制作业流程的用户界面 解释器解释执行命令 •UNIX启动一个解释器执行的过程: UNIX启动一个解释器执行的过程 UNIX启动一个解释器执行的过程: •系统启动时1号进程为每个终端生成一 系统启动时1号进程为每个终端生成一 系统启动时 tty进程 让其运行登录程序 进程, 个tty进程, 让其运行登录程序 •用户输入ID及口令, 验证完用户后,转 用户输入ID及口令, 用户输入ID及口令 验证完用户后, 去执行shell shell命令解释器 去执行shell命令解释器 •由解释器处理用户输入命令* 由解释器处理用户输入命令* 由解释器处理用户输入命令
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操作系统服务
通信 - 运行的进程间在同一计算机或由网 络连接的不同系统中交换信息。通过共享 存储器或消息传递实现 出错检测 – 通过探测在CPU与内存硬件中 ，在I/O设备中，或在用户程序中的错误， 确保正确运算 资源分配- 把资源分配给多个用户或多个 同时运行的作业 计帐- 跟踪和记录用户对资源的使用，用 于帐单和统计 保护 - 确保对资源的所有访问均在控制中
MS-DOS Structure
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Traditional UNIX System Structure
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为什么需要系统调用
系统调用是内核向用户进程提供服务的 唯一方法，应用程序调用操作系统提供 的功能模块（函数）。
用户程序通过系统调用从用户态（user mode）切换到核心态（kernel mode）， 从而可以访问相应的资源。这样做的好 处是：
为用户空间提供了一种硬件的抽象接口， 使编程更加容易。 有利于系统安全。 有利于每个进程度运行在虚拟系统中， 接口统一有利于移植。
键盘输入
DOS、Linux、UNIX
图形用户界面（Graphic User Interface GUI）
鼠标输入
MacOS、OS/2、WINDOWS、Linux等
程序接口
系统调用和 API的区别？
系统调用（ System与操作系统之间的接口 这些调用通常以汇编语言指令的形式提供 有些语言（如C, C++和Perl）已经取代了汇编 语言而直接用于系统编程
A description of the parameters passed to ReadFile() HANDLE file—the file to be read LPVOID buffer—a buffer where the data will be read into and written from DWORD bytesToRead—the number of bytes to be read into the buffer LPDWORD bytesRead—the number of bytes read during the last read LPOVERLAPPED ovl—indicates if overlapped I/O is being used
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系统调用的类型
进程控制：结束，中止，装入，执行，创建 、终止进程等 文件管理：创建文件，删除文件，打开，关 闭文件等 设备管理：请求设备，释放设备，读、写、 重定位设备等 信息维护：读取时间或日期、设置时间或日 期等 通信：创建、删除通信连接，发送、接收消 息，传递状态信息等
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系统调用、API和C库
应用编程接口(API)其实是一组函数定义，这些函 数说明了如何获得一个给定的服务；而系统调用 是通过软中断向内核发出一个明确的请求，每个 系统调用对应一个封装例程（wrapper routine，唯 一目的就是发布系统调用）。一些API应用了封 装例程。
API还包含各种编程接口，如：C库函数、 OpenGL编程接口等
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操作系统的用户界面（接口）
操作系统与用户接口 命令接口Command Interface 程序接口Program Interface （系统调用）
命令接口 命令行用户接口，文本界面 图形用户接口
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操作系统的用户界面（接口）
命令行用户界面（Command line User Interface
CUI)
向操作系统传递参数通常用三种方法 通过寄存器来传递参数
参数数量可能会比寄存器多
将参数存放在内存的块或表中，并将块的地址 作为参数传递给寄存器
指针
将参数放在堆栈中，并通过操作系统弹出堆栈
不限制所传递参数的数量或长度
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参数作为表传递
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Example of Standard API
Consider the ReadFile() function in the Win32 API—a function for reading from a file
系统调用的实现是在内核完成的，而用户态的函 数是在函数库中实现的
调用printf()
c库中的printf() c库中的write()
应用程序
内核
C库
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sys_write()系统调用
操作系统的设计
操作系统设计有着不同于一般应用系统设计 的特征：
复杂程度高 研制周期长 正确性难以保证 最早Uinx是1400行代码； Windows xp有4000万行代码； fedroa core有2亿多行代码，Linux kernel 3.10有1700万行代码。 解决途径： 良好的操作系统结构 先进的开发方法和工程化的管理方法 （软件工程） 高效的开发工具
操作系统结构
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内容 操作系统服务 用户与操作系统接口 系统调用 操作系统结构
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操作系统服务
用户接口User Interface 命令行接口Command-Line Interface (CLI), 图形用户接口Graphics User Interface (GUI) 批处理 Batch
程序执行 - 调入一个程序进入内存并运行之 的系统能力 I/O操作 - 由于用户程序不能直接执行I/O操 作，操作系统必须提供完成I/O操作的手段 文件系统操纵 – 程序能够读、写、创建和删 除文件
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几种常见的操作系统结构
简单结构 层次化结构 单（宏）内核结构 微内核 模块（Modules） 虚拟机
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简单结构 Simple Structure
MS-DOS － 利用最小的空间提供最 多的功能
没有被划分成模块 尽管MS-DOS拥有一些结构，但它 的接口和功能层次并没有很好的 分离开来。
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操作系统的设计考虑
功能设计：操作系统应具备哪些功能 算法设计：选择和设计满足系统功能的 算法和策略，并分析和估算其效能 结构设计：选择合适的操作系统结构 按照系统的功能和特性要求，选择合适 的结构，使用相应的结构设计方法将系 统逐步地分解、抽象和综合，使操作系 统结构清晰、简单、可靠、易读、易修 改，而且使用方便，适应性强