《操作系统接口》PPT课件
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访问系统空间 如：启动外设、设置系统时钟、关中断… 只允许操作系统使用，不允许应用程序使用 非特权指令 用户态时运行的指令 只能访问用户空间 不能直接访问系统中的硬件和软件，避免应用程序
运行异常时破坏系统 采用硬件实现权限的限制
16
系统调用
前述机制带来的矛盾： 为了安全性，应用程序不能直接调用操作系统过程 不使用操作系统提供的服务，应用程序做不了什么
10
7.1.4 命令解释程序
位于是OS的最高层，以便与用户交互。 功能： 先对用户输入的命令进行解释 再转入相应命令的处理程序去执行 例如： MS-DOS中的COMMAND.COM UNIX中的Shell
11
7.1.4 命令解释程序
1. 作用
在屏幕上给出提示符，读入和识别命令， 转入相应命令处理程序的入口地址，把控 制权交给该处理程序执行，将处理结果回 送到屏幕显示。
一般过程调用
主调程序：用户态 被调程序：系统态
主调程序和被调程序 同在用户态或系统态
通过软中断进入状态 不切换 切换
可能引起调度
不调度
有深度限制
不限制深度
18
系统调用举例——读写文件
用户程序
读 写
open create read write close
exit …
系统调用
输入文件 输出文件
用户态
系统态
第九章 操作系统接口
OS —— 用户与计算机之间的接口。
接口类型
1. 用户接口
支持用户与OS的交互：用户向OS请求服务，系统 向用户返回服务结果。
2. 程序接口
即API（Application Programming Interface） 支持程序员编程时使用，使程序可在执行中访问
系统资源和服务。 组成：系统调用(system call)，每个系统调用是一
7
7.1.2 联机命令的类型
1. 系统访问类 2. 磁盘操作命令 3. 文件操作命令 4. 目录操作命令 5. 其它命令
8
命令接口的支持程序
为了实现命令方式下的人机交互，系统需配备： 键盘终端处理程序 命令解释程序
9
7.1.3 键盘终端处理程序
功能： 1. 接收用户从终端上打入的字符 2. 字符缓冲，用于暂存所接收的字符 3. 回送显示 4. 屏幕编辑 5. 特殊字符处理
2. 组成 3. 工作流程
12
7.3 系统调用
程序接口：OS专为用户程序设置的接口，是 用户程序取得OS服务的唯一途径，由各种类 型的系统调用组成。
1. 系统调用的概念 2. 系统调用的类型 3. POSIX标准 4. 系统调用的实现
13
7.3.1 系统调用的基本概念
OS核心中的一组实现各种系统功能的子程序 （过程），可以提供给应用程序使用。 但是，为了避免破坏OS，不允许用户程序直接 调用这些子程序（过程），OS提供了一系列系 统调用命令，应用程序只能通过系统调用去调 用所需系统过程。
有价值的工作，甚至无法正常工作 系统调用的作用： 使应用程序可以间接调用OS的相关过程，取得相应
的服务。 系统调用的本质 应用程序向OS请求服务时的过程调用 是一种特殊的过程调用
17
系统Βιβλιοθήκη Baidu用的特殊性
与一般的过程调用相比，系统调用具有一定的特殊性
运行状态
状态切换 返回问题 嵌套调用
系统调用
5
命令行方式
用户从终端直接输入命令，系统反馈后才能输入下一 条 命令的执行时间断的，伴随着用户和系统之间的不断 交互 一般形式： Command arg1 arg2 … argn
6
批命令方式
将多条命令写入批命令文件，一次建立，多次 执行。 如，MS-DOS中的.BAT文件。 用户不必记忆和键入命令，系统可连续执行多 条命令，可减少出错和提高效率。
3. 进程通信
打开/接受连接；发送/接收消息，关闭连接
4. 设备管理
申请/释放设备、设备I/O、重定向、设置设备属性、 逻辑上连接/释放设备等
5. 信息维护
获得系统时间/版本，文件时间/日期，当前用户，空
闲内存、磁盘空间大小等
21
7.3.3 POSIX标准
为了实现应用程序与操作系统平台的无关性，国际化 标准组织ISO给出了有关系统调用的国际标准 POSIX1003.1（Portable Operation System IX），也 称为“基于UNIX的可移植操作系统接口”。 POSIX定义了标准应用程序接口(API)，用于保证应用 程序在源代码一级兼容多种操作系统。 POSIX规定了系统调用的功能，没有明确规定系统调用 的实现形式。常见实现形式： 汇编语言，可看作扩展机器指令，可在汇编语言编
个能完成特定功能的子程序(访问OS底层服务)。
2
用户接口
用户接口是计算机系统与用户之间进行交互 作用和通信的通路。 对绝大多数用户而言，一个计算机系统的可 接受性在很大程度上取决于用户接口。 用户接口可分为两类： 联机用户接口 脱机用户接口
3
7.1 联机用户接口
联机用户接口也叫联机命令接口、交互式用户 接口，用于联机作业控制，由一组可与系统交 互的命令组成。 两种形式： 字符方式
终端——字符流
键盘终端——输入命令 显示终端——反馈结果
图形方式
图标、菜单、对话框
4
命令语言
用户组终端键盘键入的命令被称为命令语言， 由一组命令动词和参数组成，以命令行的形式 输入并提交给系统。 每一条命令指示系统完成特定的功能。 完整的命令集反映了系统提供给用户可使用的 全部功能。 命令语言又可分为两种方式： 命令行方式 批命令方式
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系统态和用户态
为了防止系统程序被破坏，为计算机设置了两 种状态： 系统态(管态、核心态)
操作系统
用户态(目态)
应用程序
实际运行中，处理机会在系统态和用户态切换。 使用系统调用时，需要进行两种状态的切换。
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特权指令和非特权指令
特权指令 系统态时运行的指令 对内存空间访问不受限制，可访问用户空间，也可
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中断机制
系统调用通过中断机制实现，一个操作系统的 所有系统调用都通过同一个中断入口来实现。 如：
MS-DOS提供了INT 21H Linux使用80h
20
7.3.2 系统调用的类型
1. 进程控制
创建/终止进程，获得/设置进程属性，等待某事件
2. 文件操纵
创建/删除文件，打开/关闭文件，读/写文件
运行异常时破坏系统 采用硬件实现权限的限制
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系统调用
前述机制带来的矛盾： 为了安全性，应用程序不能直接调用操作系统过程 不使用操作系统提供的服务，应用程序做不了什么
10
7.1.4 命令解释程序
位于是OS的最高层，以便与用户交互。 功能： 先对用户输入的命令进行解释 再转入相应命令的处理程序去执行 例如： MS-DOS中的COMMAND.COM UNIX中的Shell
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7.1.4 命令解释程序
1. 作用
在屏幕上给出提示符，读入和识别命令， 转入相应命令处理程序的入口地址，把控 制权交给该处理程序执行，将处理结果回 送到屏幕显示。
一般过程调用
主调程序：用户态 被调程序：系统态
主调程序和被调程序 同在用户态或系统态
通过软中断进入状态 不切换 切换
可能引起调度
不调度
有深度限制
不限制深度
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系统调用举例——读写文件
用户程序
读 写
open create read write close
exit …
系统调用
输入文件 输出文件
用户态
系统态
第九章 操作系统接口
OS —— 用户与计算机之间的接口。
接口类型
1. 用户接口
支持用户与OS的交互：用户向OS请求服务，系统 向用户返回服务结果。
2. 程序接口
即API（Application Programming Interface） 支持程序员编程时使用，使程序可在执行中访问
系统资源和服务。 组成：系统调用(system call)，每个系统调用是一
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7.1.2 联机命令的类型
1. 系统访问类 2. 磁盘操作命令 3. 文件操作命令 4. 目录操作命令 5. 其它命令
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命令接口的支持程序
为了实现命令方式下的人机交互，系统需配备： 键盘终端处理程序 命令解释程序
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7.1.3 键盘终端处理程序
功能： 1. 接收用户从终端上打入的字符 2. 字符缓冲，用于暂存所接收的字符 3. 回送显示 4. 屏幕编辑 5. 特殊字符处理
2. 组成 3. 工作流程
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7.3 系统调用
程序接口：OS专为用户程序设置的接口，是 用户程序取得OS服务的唯一途径，由各种类 型的系统调用组成。
1. 系统调用的概念 2. 系统调用的类型 3. POSIX标准 4. 系统调用的实现
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7.3.1 系统调用的基本概念
OS核心中的一组实现各种系统功能的子程序 （过程），可以提供给应用程序使用。 但是，为了避免破坏OS，不允许用户程序直接 调用这些子程序（过程），OS提供了一系列系 统调用命令，应用程序只能通过系统调用去调 用所需系统过程。
有价值的工作，甚至无法正常工作 系统调用的作用： 使应用程序可以间接调用OS的相关过程，取得相应
的服务。 系统调用的本质 应用程序向OS请求服务时的过程调用 是一种特殊的过程调用
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系统Βιβλιοθήκη Baidu用的特殊性
与一般的过程调用相比，系统调用具有一定的特殊性
运行状态
状态切换 返回问题 嵌套调用
系统调用
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命令行方式
用户从终端直接输入命令，系统反馈后才能输入下一 条 命令的执行时间断的，伴随着用户和系统之间的不断 交互 一般形式： Command arg1 arg2 … argn
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批命令方式
将多条命令写入批命令文件，一次建立，多次 执行。 如，MS-DOS中的.BAT文件。 用户不必记忆和键入命令，系统可连续执行多 条命令，可减少出错和提高效率。
3. 进程通信
打开/接受连接；发送/接收消息，关闭连接
4. 设备管理
申请/释放设备、设备I/O、重定向、设置设备属性、 逻辑上连接/释放设备等
5. 信息维护
获得系统时间/版本，文件时间/日期，当前用户，空
闲内存、磁盘空间大小等
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7.3.3 POSIX标准
为了实现应用程序与操作系统平台的无关性，国际化 标准组织ISO给出了有关系统调用的国际标准 POSIX1003.1（Portable Operation System IX），也 称为“基于UNIX的可移植操作系统接口”。 POSIX定义了标准应用程序接口(API)，用于保证应用 程序在源代码一级兼容多种操作系统。 POSIX规定了系统调用的功能，没有明确规定系统调用 的实现形式。常见实现形式： 汇编语言，可看作扩展机器指令，可在汇编语言编
个能完成特定功能的子程序(访问OS底层服务)。
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用户接口
用户接口是计算机系统与用户之间进行交互 作用和通信的通路。 对绝大多数用户而言，一个计算机系统的可 接受性在很大程度上取决于用户接口。 用户接口可分为两类： 联机用户接口 脱机用户接口
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7.1 联机用户接口
联机用户接口也叫联机命令接口、交互式用户 接口，用于联机作业控制，由一组可与系统交 互的命令组成。 两种形式： 字符方式
终端——字符流
键盘终端——输入命令 显示终端——反馈结果
图形方式
图标、菜单、对话框
4
命令语言
用户组终端键盘键入的命令被称为命令语言， 由一组命令动词和参数组成，以命令行的形式 输入并提交给系统。 每一条命令指示系统完成特定的功能。 完整的命令集反映了系统提供给用户可使用的 全部功能。 命令语言又可分为两种方式： 命令行方式 批命令方式
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系统态和用户态
为了防止系统程序被破坏，为计算机设置了两 种状态： 系统态(管态、核心态)
操作系统
用户态(目态)
应用程序
实际运行中，处理机会在系统态和用户态切换。 使用系统调用时，需要进行两种状态的切换。
15
特权指令和非特权指令
特权指令 系统态时运行的指令 对内存空间访问不受限制，可访问用户空间，也可
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中断机制
系统调用通过中断机制实现，一个操作系统的 所有系统调用都通过同一个中断入口来实现。 如：
MS-DOS提供了INT 21H Linux使用80h
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7.3.2 系统调用的类型
1. 进程控制
创建/终止进程，获得/设置进程属性，等待某事件
2. 文件操纵
创建/删除文件，打开/关闭文件，读/写文件