计算机操作系统 第2章.ppt

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1、第第2章章 操作系统用户界面操作系统用户界面2.1 2.1 作业的基本概念作业的基本概念2.2 2.2 作业的建立作业的建立2.3 2.3 命令控制界面接口命令控制界面接口2.4 2.4 系统调用系统调用2.5 2.5 UNIXUNIX用户界面用户界面2.1 作业的基本概念作业的基本概念2.1.1 作业的定义作业的定义一个一个作业作业是指在一次应用业务处理过程中，是指在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作。做的有关该次业务处理的全部工作。用户的观点用户的观点：在一次业务处理过程中，从输：在一次业务处理

2、过程中，从输入程序和数据到输出结果的全过程。入程序和数据到输出结果的全过程。作业步作业步：形成中间结果文件。：形成中间结果文件。系统的观点系统的观点（针对作业进行资源分配）：作（针对作业进行资源分配）：作业由程序及数据（作业体）和作业说明书业由程序及数据（作业体）和作业说明书（作业控制语言）（作业控制语言）作业由不同的顺序相连的作业步组成。作业由不同的顺序相连的作业步组成。作业步是在一个作业的处理过程中，计作业步是在一个作业的处理过程中，计算机所做的相对独立的工作。算机所做的相对独立的工作。图图2.1 一般编程过程典型的作业处理一般编程过程典型的作业处理计算计算结果结果连接装配连接装配运行运行

3、目标目标程序程序段段目标目标程序程序源程序源程序输入数据输入数据子程序子程序库函数库函数动态库函数动态库函数作业步作业步作业步编译编译在图在图2.1中，直到编辑为止的各步都可认为中，直到编辑为止的各步都可认为是可由人工独立完成的是可由人工独立完成的(尽管也有许多支尽管也有许多支撑软件存在撑软件存在)，但从编辑输入开始的以下，但从编辑输入开始的以下各步却是在用户的要求控制下由计算机完各步却是在用户的要求控制下由计算机完成。成。在一次应用业务处理过程中，从输入开始到在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作称为

4、一个作业。作次业务处理的全部工作称为一个作业。作业由不同的顺序相连的作业步组成。作业业由不同的顺序相连的作业步组成。作业步是在一个作业的处理过程中，计算机所步是在一个作业的处理过程中，计算机所做的相对独立的工作。一般来说，每一个做的相对独立的工作。一般来说，每一个作业步产生下一个作业步的输入文件。作业步产生下一个作业步的输入文件。从系统的角度看，作业则是一个比程序更广从系统的角度看，作业则是一个比程序更广的概念。它由程序、数据和作业说明书组的概念。它由程序、数据和作业说明书组成。系统通过作业说明书控制文件形式的成。系统通过作业说明书控制文件形式的程序和数据，使之执行和操作。而且，在程序和数据，

5、使之执行和操作。而且，在批处理系统中，作业是抢占内存的基本单批处理系统中，作业是抢占内存的基本单位。也就是说，批处理系统以作业为单位位。也就是说，批处理系统以作业为单位把程序和数据调入内存以便执行。把程序和数据调入内存以便执行。需要说明的是，作业的概念一般用于早期批需要说明的是，作业的概念一般用于早期批处理系统和现在的大型机、巨型机系统中，处理系统和现在的大型机、巨型机系统中，对于广为流行的微机和工作站系统，人们对于广为流行的微机和工作站系统，人们一般不太使用作业的概念。一般不太使用作业的概念。2.1.2 作业组成作业组成作业作业=程序程序+数据数据+作业说明书。作业说明书。作业说明书作业说明

6、书它体现用户的控制意图它体现用户的控制意图,包括作业基本情况、包括作业基本情况、作业控制、作业资源要求的描述：作业控制、作业资源要求的描述：作业基本情况：用户名、作业名、编程语作业基本情况：用户名、作业名、编程语言、最大处理时间等；言、最大处理时间等；作业控制描述：作业控制方式、作业步的作业控制描述：作业控制方式、作业步的操作顺序、作业执行出错处理；操作顺序、作业执行出错处理；作业资源要求描述：处理时间、优先级、作业资源要求描述：处理时间、优先级、内存空间、外设类型和数量等；内存空间、外设类型和数量等；一个作业可以包含多个程序和多个数据集，但一个作业可以包含多个程序和多个数据集，但必须至少包含

7、一个程序。否则将不成为作业。必须至少包含一个程序。否则将不成为作业。作业中包含的程序和数据完成用户所要求的作业中包含的程序和数据完成用户所要求的业务处理工作。作业说明书则体现用户的控业务处理工作。作业说明书则体现用户的控制意图。由作业说明书在系统中生成一个称制意图。由作业说明书在系统中生成一个称为为作业控制块作业控制块(job control block，JCB)的表的表格。该表格登记该作业所要求的资源情况、格。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，并分配资源系统通过该表了解到作业要求，并分配资

8、源和控制作业中程序和数据的编译、链接、装和控制作业中程序和数据的编译、链接、装入和执行等。入和执行等。返回返回2.2 作业的建立作业的建立严格地说，在分时系统中，从系统角度来看甚至严格地说，在分时系统中，从系统角度来看甚至没有作业的概念。因此，这里主要介绍批处理没有作业的概念。因此，这里主要介绍批处理系统的作业建立过程。系统的作业建立过程。建立一个作业必须把该作业所包含的全部程序和建立一个作业必须把该作业所包含的全部程序和数据输入到数据输入到 外存外存(辅存辅存)，而且，而且,还要由作业注还要由作业注册程序在系统中为该作业申请建立起一个相应册程序在系统中为该作业申请建立起一个相应的作业控制块。

9、作业控制块和作业之间具有一的作业控制块。作业控制块和作业之间具有一一对应关系。当一个作业的全部程序和数据输一对应关系。当一个作业的全部程序和数据输入到外存且在系统中建立了相应的作业控制块入到外存且在系统中建立了相应的作业控制块之后，一个作业已经建立。之后，一个作业已经建立。一个作业的建立过程包括两个子过程，一个是作一个作业的建立过程包括两个子过程，一个是作业的输入，另一个是作业控制块的建立。业的输入，另一个是作业控制块的建立。作业的输入指将作业的程序、数据和作业说明作业的输入指将作业的程序、数据和作业说明书从输入设备书从输入设备(例如键盘例如键盘)输入到外存，并形输入到外存，并形成有关初始信息

10、。必须有外部启动信号，通成有关初始信息。必须有外部启动信号，通知系统调用相应的输入管理程序来负责控制知系统调用相应的输入管理程序来负责控制和完成作业的输入工作。和完成作业的输入工作。作业输入管理程序决定了作业的输入方式。作业输入管理程序决定了作业的输入方式。作业输入过程的结束也必须由用户给出信号，作业输入过程的结束也必须由用户给出信号，使得相应设备发出中断信号后结束输入过程。使得相应设备发出中断信号后结束输入过程。下面讨论作业的输入方式。下面讨论作业的输入方式。2.2.1 作业输入方式作业输入方式作业输入方式可分为作业输入方式可分为5种，即联机输入方式、脱种，即联机输入方式、脱机输入方式、直接

11、耦合方式、机输入方式、直接耦合方式、SPOOLING(Simultaneous Peripheral Operations On-Line)系统和网络输入方式。系统和网络输入方式。1.联机输入方式联机输入方式大多用在交互式系统中大多用在交互式系统中,用户和系统通过交互会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相连接。话来输入作业。外围设备直接和主机相连接。一台主机可以连接一台或多台外围设备。在单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时，由于外台设备和主机相连接进行作业输入时，由于外围设备的输入输出速度远远低于围设备的输入输出速度远远低于CPU处理速度

12、，处理速度，有可能造成有可能造成CPU资源的浪费。资源的浪费。2.脱机输入方式脱机输入方式又称为预输入方式。脱机输入方式利用低档个人又称为预输入方式。脱机输入方式利用低档个人计算机作为外围处理机进行输入处理。在低档计算机作为外围处理机进行输入处理。在低档个人机上，用户通过联机方式把作业首先输入个人机上，用户通过联机方式把作业首先输入到后援存储器，例如磁盘或磁带上；然后，用到后援存储器，例如磁盘或磁带上；然后，用户把装有输入数据的后援存储器拿到主机的高户把装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。内完

13、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是以牺牲低档机为代价的。而且的资源利用率是以牺牲低档机为代价的。而且需要用户干预或进行一定的操作，例如移动存需要用户干预或进行一定的操作，例如移动存储介质和连接后援存储器等。另外，灵活性差，储介质和连接后援存储器等。另外，灵活性差，即紧急需处理的任务时，主机无法优先处理。即紧急需处理的任务时，主机无法优先处理。3.直接耦合方式直接耦合方式保留脱机输入方式的快速输入的优点保留脱机输入方式的快速输入的优点,又没有脱又没有脱机输入方式的人工干预的缺点和具有较强灵活性机输入方式的人工干预的

14、缺点和具有较强灵活性的输入方式是直接耦合方式。直接耦合方式把主的输入方式是直接耦合方式。直接耦合方式把主机和外围低档机通过一个公用的大容量外存直接机和外围低档机通过一个公用的大容量外存直接耦合起来，从而省去了在脱机输入中那种依靠人耦合起来，从而省去了在脱机输入中那种依靠人工干预来传递后援存储器的过程。在直接耦合方工干预来传递后援存储器的过程。在直接耦合方式中，慢速的输入输出过程仍由外围低档机自己式中，慢速的输入输出过程仍由外围低档机自己管理，而对公用存储器中的大量数据的高速读写管理，而对公用存储器中的大量数据的高速读写则由主机完成。直接耦合方式的原理如图则由主机完成。直接耦合方式的原理如图2.

15、3所示。所示。特点：需要一个大容量的公用存储器，连接固定。特点：需要一个大容量的公用存储器，连接固定。成本较高，一般只适用于大型机或巨型机系统。成本较高，一般只适用于大型机或巨型机系统。图图2.3 直接耦合输入方式直接耦合输入方式4.SPOOLING系统系统SPOOLING又可译作外围设备同时联机操作。又可译作外围设备同时联机操作。SPOOLING系统的工作原理如图系统的工作原理如图2.4所示。所示。在在SPOOLING系统中，多台外围设备通过通道系统中，多台外围设备通过通道或或DMA器件和主机与外存连接起来。作业的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操作系统控制。操作输入输

16、出过程由主机中的操作系统控制。操作系统中的输入程序包含两个独立的过程，一个系统中的输入程序包含两个独立的过程，一个过程负责从外部设备把信息读入缓冲区；另一过程负责从外部设备把信息读入缓冲区；另一个是写过程个是写过程,负责把缓冲区的信息送到外存输负责把缓冲区的信息送到外存输入井中。入井中。外围设备：终端、输入设备（纸带输入机或读外围设备：终端、输入设备（纸带输入机或读卡机）。卡机）。图图2.4 SPOOLING系统系统通道是一个独立于通道是一个独立于CPU的专管输入输出的处理的专管输入输出的处理机，它控制外设或外存与内存之间的信息交换。机，它控制外设或外存与内存之间的信息交换。它有自己的通道指令

17、，以驱动外设进行读写操它有自己的通道指令，以驱动外设进行读写操作。不过，这些指令需要作。不过，这些指令需要CPU执行相应的执行相应的“启启动通道动通道”指令发来启动信号之后才开始执行。指令发来启动信号之后才开始执行。DMA方式相似于通道方式。与通道不同的是，方式相似于通道方式。与通道不同的是，在在DMA方式中，信息的传送方向、信息传送的方式中，信息的传送方向、信息传送的源地址和目的地址以及传送长度等都是由源地址和目的地址以及传送长度等都是由CPU控制而不是由控制而不是由DMA器件控制的。器件控制的。SPOOLING系统的输入方式既不同于脱机方式，系统的输入方式既不同于脱机方式，也不同于直接耦合

18、方式。在系统输入模块收到也不同于直接耦合方式。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作业输入请求信号后，输入管理模块中的读过程负责将信息从输入装置读入缓冲区。程负责将信息从输入装置读入缓冲区。当缓冲区满时，由写过程将信息从缓冲区写到当缓冲区满时，由写过程将信息从缓冲区写到外存输入井中。读过程和写过程反复循环，直外存输入井中。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批信息写入外存并调用中断处理

19、程序结束该次输入。然后，系统为该作业建立作业控制块输入。然后，系统为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，从而使输入井中的作业进入作业等待队列，等待作业调度程序选中后进入内存。等待作业调度程序选中后进入内存。5.网络输入方式网络输入方式网络输入方式以上述几种输入方式为基础。当网络输入方式以上述几种输入方式为基础。当用户需要把在计算机网络中某一台主机上输入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。或执行时，就构成了网络输入方式。2.2.2 JCB的建立的建立在

20、系统把作业信息输入到外存输入井之后，还要根据在系统把作业信息输入到外存输入井之后，还要根据作业说明书内容和有关作业信息在外存中的位置等作业说明书内容和有关作业信息在外存中的位置等建立作业控制块建立作业控制块JCB。JCB包含了系统对作业进行包含了系统对作业进行管理所必须的信息。即：作业名、作业估计执行时管理所必须的信息。即：作业名、作业估计执行时间、优先数、作业建立时间、作业说明书文件名、间、优先数、作业建立时间、作业说明书文件名、程序语言类型、内存要求、外设要求、作业状态、程序语言类型、内存要求、外设要求、作业状态、以及作业在外存中的存储地址等。以及作业在外存中的存储地址等。作业名是为了识别

21、不同作业的需要而设立的。而作业作业名是为了识别不同作业的需要而设立的。而作业估计执行时间、建立时间以及优先数等则是为作业估计执行时间、建立时间以及优先数等则是为作业调度算法提供参数。作业估计执行时间一般由用户调度算法提供参数。作业估计执行时间一般由用户通过作业说明书输入，而优先数则既可以由用户输通过作业说明书输入，而优先数则既可以由用户输入，也可以由系统根据某种原则给出。入，也可以由系统根据某种原则给出。作业说明书的目的是控制作业执行。作业说明书的目的是控制作业执行。程序语言类型指明该作业所需要的编译系统和有关的库程序语言类型指明该作业所需要的编译系统和有关的库函数类型等。函数类型等。作业状态

22、则描述作业生存期的各个（作业状态则描述作业生存期的各个（四个四个）阶段。）阶段。提交状态：提交状态：从作业输入请求开始到建立从作业输入请求开始到建立JCB表，作业处表，作业处于提交状态。于提交状态。后备状态后备状态：在建立：在建立JCB表之后到被作业调度程序选中进表之后到被作业调度程序选中进入内存，作业在作业等待队列中处于后备状态入内存，作业在作业等待队列中处于后备状态执行状态执行状态：作业进入内存后到执行结束，处于执行状态。：作业进入内存后到执行结束，处于执行状态。完成状态完成状态：作业执行结束到撤消之间，作业处于完成状：作业执行结束到撤消之间，作业处于完成状态。态。作业进入内存处于执行状态

23、并不意味着该作业立即占据作业进入内存处于执行状态并不意味着该作业立即占据处理机，作业处于执行状态只是表示该作业作为一道处理机，作业处于执行状态只是表示该作业作为一道程序进入内存参与对程序进入内存参与对CPU和其他资源的竞争。和其他资源的竞争。对内存和外设等的要求是该作业对硬件资源的对内存和外设等的要求是该作业对硬件资源的要求。要求。静态资源分配静态资源分配：就是在作业执行前，一次把该：就是在作业执行前，一次把该作业的资源申请分配给他。静态分配资源利用作业的资源申请分配给他。静态分配资源利用率不高。率不高。动态资源分配动态资源分配：在执行过程中，边执行、申请、：在执行过程中，边执行、申请、分配即

24、部分分配。分配即部分分配。现代操作系统大多使用动态申请方式，虽然管现代操作系统大多使用动态申请方式，虽然管理较为复杂，但资源的利用率较高。理较为复杂，但资源的利用率较高。从系统的角度看，从系统的角度看，JCB表的数量是一个常数，表的数量是一个常数，建立一个作业的过程实质上是在输入了有关建立一个作业的过程实质上是在输入了有关信息之后申请分得和填写一张空白的信息之后申请分得和填写一张空白的JCB表表的过程。由于操作系统中所允许的的过程。由于操作系统中所允许的JCB表中表中项数是一常数，因此，当项数是一常数，因此，当JCB表中各项都已表中各项都已分配出去时，系统无法为用户建立作业。从分配出去时，系统

25、无法为用户建立作业。从而，作业建立过程失败。另外，由于外存输而，作业建立过程失败。另外，由于外存输入井的大小也是有限的。如果输入井中没有入井的大小也是有限的。如果输入井中没有足够的空间存放该作业的话，则作业的创建足够的空间存放该作业的话，则作业的创建仍然是失败的。只有在获得仍然是失败的。只有在获得JCB表项和足够表项和足够的输入井空间之后，一个作业才可能创建成的输入井空间之后，一个作业才可能创建成功。功。Spooling技术举例技术举例假设系统中全部打印机采用了虚拟设备技术（即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，输出技术），当某进程要求打印

26、输出时，输出Spooling并不是将某台打印机分配给该进程，而是在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。形式输出，并输出存放在输出井中。这个输出文件实际相当于虚拟的打印机。这些输出井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中的文件形成了一个

27、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设备中的一个存储区在SPOOLING系统中，为了弥补系统中，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。冲区技术。SPOOLing系统工作原理系统工作原理-1全称：全称：Simultaneous Peripheral Operations On-Line含义：含义：同时的外围设备联机操作（假脱机技术）同时的外围设备联机操作（假脱机技术）包括：包括：输入程序模块输入程序模块输出程序模块输出程序

28、模块作业调度程序作业调度程序SPOOLing系统工作原理系统工作原理-2作业执行前用慢速设备将作业预先输入到后援存储器作业执行前用慢速设备将作业预先输入到后援存储器（如磁盘、磁鼓，称为输入井）中，称为预输入。（如磁盘、磁鼓，称为输入井）中，称为预输入。作业运行后，使用数据时，从输入井中取出。作业运行后，使用数据时，从输入井中取出。作业执行不必直接启动外设输出数据，只需将这些数作业执行不必直接启动外设输出数据，只需将这些数据写入输出井中。据写入输出井中。作业全部运行完毕，再由外设输出全部数据和信息，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。称为缓输出。实现了对作业输入、组织调度和

29、输出的统一管理使外实现了对作业输入、组织调度和输出的统一管理使外设在设在CPU直接控制下，与直接控制下，与CPU并行工作称为假脱并行工作称为假脱机。机。SPOOLing系统系统输入装置输入装置输入装置输入装置通通道道通通道道输出装置输出装置输出装置输出装置通通 道道 主机系统主机系统输入管输入管 输出管输出管理模块理模块 理模块理模块外外 设设输入井输入井 输出井输出井 工作过程工作过程在在系统输入模块收到作业输入请求信号后，输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入管理模块中的读过程将信息从输入装置读入缓冲区缓冲区;当缓冲区满时，由写过程将信息写到外存

30、输入当缓冲区满时，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，直到一个作井中。读过程和写过程反复循环，直到一个作业输入完毕。业输入完毕。当读过程读到一个硬件结束标志之后，系统再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。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然后，系统该该作业建立作业控制块JCB，从从而使输入井中的作业进入作业等待队列，等待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。作业调用程序选中后进入内存。返回返回2.3 命令控制

31、界面接口命令控制界面接口操作系统为用户提供两个接口界面。一个是系统为用操作系统为用户提供两个接口界面。一个是系统为用户提供的各种命令接口界面。用户利用这些操作命令户提供的各种命令接口界面。用户利用这些操作命令来组织和控制作业的执行或管理计算机系统。另一个来组织和控制作业的执行或管理计算机系统。另一个接口是系统调用。编程人员使用系统调用来请求操作接口是系统调用。编程人员使用系统调用来请求操作系统提供服务。操作系统的命令控制界面就是用来组系统提供服务。操作系统的命令控制界面就是用来组织和控制作业运行的。织和控制作业运行的。使用操作命令进行作业控制的主要方式有两种。脱机使用操作命令进行作业控制的主要

32、方式有两种。脱机方式即用户将作业的执行顺序和出错处理方法一并以方式即用户将作业的执行顺序和出错处理方法一并以作业控制说明书的方式或命令文件方式提交给系统，作业控制说明书的方式或命令文件方式提交给系统，由系统按照作业说明书或命令文件中所规定的顺序控由系统按照作业说明书或命令文件中所规定的顺序控制作业执行。执行过程中，用户无法干涉，只能等待制作业执行。执行过程中，用户无法干涉，只能等待作业正常执行结束或出错停止之后查看执行结果或出作业正常执行结束或出错停止之后查看执行结果或出错信息，以便修改作业内容或控制过程。错信息，以便修改作业内容或控制过程。脱机控制方式脱机控制方式利用作业控制语言来编写表示用

33、利用作业控制语言来编写表示用户控制意图的作业控制程序，也就是作业说明户控制意图的作业控制程序，也就是作业说明书。不同的批处理系统提供不同的作业控制语书。不同的批处理系统提供不同的作业控制语言。言。联机控制方式联机控制方式不要求用户填写作业说明书，系不要求用户填写作业说明书，系统只为用户提供一组键盘或其他操作方式的命统只为用户提供一组键盘或其他操作方式的命令。用户使用系统提供的操作命令和系统会话，令。用户使用系统提供的操作命令和系统会话，交互地控制程序执行和管理计算机系统。其工交互地控制程序执行和管理计算机系统。其工作过程是，用户在系统给出的提示符下敲入特作过程是，用户在系统给出的提示符下敲入特

34、定的命令，系统在执行完该命令后向用户报告定的命令，系统在执行完该命令后向用户报告执行结果；然后，用户决定下一步的操作。如执行结果；然后，用户决定下一步的操作。如此反复，直到作业执行结束。如：此反复，直到作业执行结束。如：DOS、Linux、Windows或或UNIX。联机控制方式的命令可大致分为以下几类联机控制方式的命令可大致分为以下几类:(1)环境设置。环境设置。(2)执行权限管理。执行权限管理。(3)系统管理。系统管理。(4)文件管理。文件管理。(5)编辑、编译、链接装配和执行。编辑、编译、链接装配和执行。(6)通信。通信。(7)资源要求。资源要求。窗口图形用户界面：窗口图形用户界面：现代

35、操作系统无论是现代操作系统无论是Windows系列，还是系列，还是UNIX系列的操作系统，它们的命令控制界系列的操作系统，它们的命令控制界面都是由多窗口的按钮式图形界面组成。在面都是由多窗口的按钮式图形界面组成。在这些系统中，命令已被开发成一条条能用鼠这些系统中，命令已被开发成一条条能用鼠标点击而执行的简单的菜单或小巧的图标。标点击而执行的简单的菜单或小巧的图标。而且，用户也可以在提示符的提示下用普通而且，用户也可以在提示符的提示下用普通字符方式输入各种命令。使用户从命令字符字符方式输入各种命令。使用户从命令字符的记忆方式中摆脱出来，通过图形、窗口菜的记忆方式中摆脱出来，通过图形、窗口菜单的辨

36、别方式方便的使用计算机。将来，计单的辨别方式方便的使用计算机。将来，计算机系统的命令控制界面将会越来越方便和算机系统的命令控制界面将会越来越方便和越来越拟人化。越来越拟人化。返回返回2.4 系统调用系统调用系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。编程人员利用系统调用编程人员利用系统调用,在源程序一级动态请求在源程序一级动态请求和释放系统资源，调用系统中已有的系统功能和释放系统资源，调用系统中已有的系统功能来完成那些与机器硬件部分相关的工作以及控来完成那些与机器硬件部分相关的工作以及控制程序的执行速度等。因此，系统调用像一个制程序的执行速度等。因此

37、，系统调用像一个黑箱子那样，对用户屏蔽了操作系统的具体动黑箱子那样，对用户屏蔽了操作系统的具体动作而只提供有关的功能。事实上，命令控制界作而只提供有关的功能。事实上，命令控制界面也是在系统调用的基础上开发而成的。面也是在系统调用的基础上开发而成的。系统调用大致可分为如下几类系统调用大致可分为如下几类:(1)设备管理设备管理：请求和释放有关设备、以及启动：请求和释放有关设备、以及启动设备操作等。设备操作等。(2)文件管理文件管理：对文件的读、写、创建和删除等。：对文件的读、写、创建和删除等。(3)进程控制进程控制：进程创建、进程执行、进程撤消、执：进程创建、进程执行、进程撤消、执行等待和执行优先

38、级控制等。行等待和执行优先级控制等。(4)进程通信进程通信：进程之间传递消息或信号。：进程之间传递消息或信号。(5)存储管理存储管理：获取作业占据内存区的大小、获取作：获取作业占据内存区的大小、获取作业占据内存区的始址等。业占据内存区的始址等。(6)线程管理线程管理：线程的创建、调度、执行、撤销等。：线程的创建、调度、执行、撤销等。不同的系统提供有不同的系统调用。不同的系统提供有不同的系统调用。在系统中为控制系统调用服务的机构称为陷阱在系统中为控制系统调用服务的机构称为陷阱(trap)处理机构。把由于系统调用引起处理机中断的指令处理机构。把由于系统调用引起处理机中断的指令称为陷阱指令称为陷阱指

39、令(或称访管指令或称访管指令)。在操作系统中，每。在操作系统中，每个系统调用都对应一个事先给定的功能号，如个系统调用都对应一个事先给定的功能号，如0，1，2，3等。在陷阱指令中必须包括对应系统调用的等。在陷阱指令中必须包括对应系统调用的功能号和有关参数。功能号和有关参数。图图2.5 系统调用的处理过程系统调用的处理过程在系统发生访管中断或陷阱中断时，为了不让在系统发生访管中断或陷阱中断时，为了不让用户程序不直接访问系统程序，反映处理机用户程序不直接访问系统程序，反映处理机硬件状态的处理机状态字硬件状态的处理机状态字PSW中的相应位要中的相应位要从用户执行模式转换为系统执行模式。从用户执行模式转

40、换为系统执行模式。用户执行模式到系统执行模式的转换在发生访用户执行模式到系统执行模式的转换在发生访管中断时由硬件自动实现。管中断时由硬件自动实现。用户态用户态：一般把处理机在用户程序中执行称为：一般把处理机在用户程序中执行称为用户态（目态）。用户态（目态）。系统态系统态：把处理机在系统程序中执行称为系统：把处理机在系统程序中执行称为系统态（管态、核心态）。态（管态、核心态）。返回返回2.5 UNIX用户界面用户界面2.5.1 UNIX发展历史与特点发展历史与特点最初的最初的UNIX操作系统是操作系统是1969年由年由AT&T(贝尔实贝尔实验室验室)的汤普逊的汤普逊(Thompson)、里奇里奇

41、(Ritchie)等等人在人在PDP-7上开发成功的上开发成功的16位微机操作系统。位微机操作系统。它经历了从开发、发展、不断演变和获得广泛它经历了从开发、发展、不断演变和获得广泛应用以致逐渐成为工作站等小型机的标准操作应用以致逐渐成为工作站等小型机的标准操作系统的演变过程。系统的演变过程。UNIX系统是从美国麻省理工学院系统是从美国麻省理工学院(MIT)1965 年年开始进行开发的另一个分时操作系统开始进行开发的另一个分时操作系统Multics的基础上演变而来的。的基础上演变而来的。Multics(Multiplexed Information and Computing Service S

42、ystem)是是MIT和贝尔实验室等为美国国防部研制的。和贝尔实验室等为美国国防部研制的。Multics对操作系统的发展带来了巨大的影响，对操作系统的发展带来了巨大的影响，特别是对特别是对UNIX 系统。系统。UNIX系统是汤普逊和里系统是汤普逊和里奇等把曾在奇等把曾在Multics的分时终端上编写的的分时终端上编写的“Space Travel”游戏程序移置到游戏程序移置到PDP-7上时编上时编写出来的。它继承了写出来的。它继承了Multics的文件系统的树形的文件系统的树形结构、结构、Shell命令语言以及面向过程的结构化设命令语言以及面向过程的结构化设计方法和采用高级语言编写操作系统等特点

43、。计方法和采用高级语言编写操作系统等特点。UNIX系统正式发表在系统正式发表在1974年美国计算机学会杂年美国计算机学会杂志志ACM上。当时已是第上。当时已是第5版，且已在大学里得版，且已在大学里得到较多的使用和好评。不过，直到到较多的使用和好评。不过，直到1975年发表年发表的第的第6版中才引入多道技术，从而使得版中才引入多道技术，从而使得UNIX成成为一个真正的多用户分时系统。为一个真正的多用户分时系统。从从1972年开始，年开始，UNIX系统已移植到系统已移植到PDP-11系列机系列机上运行。到上运行。到1979年，贝尔实验室又将其移植到类年，贝尔实验室又将其移植到类似于似于IBM 37

44、0的的32位机位机Interdata 8/32上。从而公上。从而公布了得到西部电气公司正式承认的布了得到西部电气公司正式承认的UNIX第第7版。版。同时，贝尔实验室于同时，贝尔实验室于1980年又公布了为年又公布了为 VAX11/780机编写的操作系统机编写的操作系统UNIX32。在在UNIX32的基础上，的基础上，1980年加里福尼亚大学伯年加里福尼亚大学伯克利分校发表了克利分校发表了VAX-11型机用的型机用的BSD4.0和和BSD4.1。1982年，年，AT&T又相继公布了又相继公布了UNIX System的的3.0，4.0和和5.0等版本。等版本。UNIX 系统的发展走上了系统的发展走

45、上了以以AT&T 和伯克利分校二者为主开发的道路。和伯克利分校二者为主开发的道路。1983年年AT&T推出了推出了UNIX System和几种微处理和几种微处理机上的机上的UNIX。同年，伯克利分校公布了同年，伯克利分校公布了BSD4.2版。版。1984年年IBM公布了公布了IBM/PC上的上的UNIX。Microsoft在在1985年将年将UNIX改造为适用于改造为适用于16位位PC机的机的Xenix。Cray公司公布了用于超大型机的公司公布了用于超大型机的UNIX系统。系统。UNIX System发展到了修订版发展到了修订版Res3.0；BSD4.2升升级到级到BSD4.3及及Sunmic

46、ro公司开发了基于公司开发了基于BSD4.3的的SUN工作站操作系统工作站操作系统SUNOS。同年同年MIT在在UNIX的的基础上，开发出了近年来已成为工作站图形界面标基础上，开发出了近年来已成为工作站图形界面标准的准的Xwindow系统。系统。在上述背景下，美国在上述背景下，美国IEEE组织成立了组织成立了POSIX委员委员会。会。POSIX委员会完成了委员会完成了UNIX系统标准化，并按系统标准化，并按其定义重新实现其定义重新实现UNIX。标准标准UNIX意味着一个可意味着一个可以运行以运行UNIX应用软件的平台，它为用户提供一个应用软件的平台，它为用户提供一个标准的用户界面，而不在于系统

47、内部如何实现。标准的用户界面，而不在于系统内部如何实现。后来，后来，UNIX System Res4.0版以及版以及BSD4.3版版等统一了用户界面的等统一了用户界面的UNIX操作系统相继推操作系统相继推出，使出，使UNIX系统的开发工作进入了一个新系统的开发工作进入了一个新的阶段。的阶段。值得一提的是，卡耐基值得一提的是，卡耐基梅隆大学在梅隆大学在UNIX系系统的基础上，引入面向对象的设计思想，于统的基础上，引入面向对象的设计思想，于90年代初开发成功了具有多线程、微内核和年代初开发成功了具有多线程、微内核和分布式计算环境等先进思想的面向对象操作分布式计算环境等先进思想的面向对象操作系统系统

48、Mache。该系统的开发成功对以该系统的开发成功对以UNIX操操作系统为基础的商用操作系统，例如作系统为基础的商用操作系统，例如Solaris等系统的开发带来了巨大的影响。等系统的开发带来了巨大的影响。另外，随着网络计算机的不断发展，网络计算（通信另外，随着网络计算机的不断发展，网络计算（通信协议、安全管理、网络连接软件等）软件被不断地协议、安全管理、网络连接软件等）软件被不断地插入操作系统内核。插入操作系统内核。DOS系统由于无法处理网络计系统由于无法处理网络计算问题而被淘汰之后，算问题而被淘汰之后，Windows系列由于其强大的系列由于其强大的商业运作背景和网络计算能力使得它们几乎占据了商

49、业运作背景和网络计算能力使得它们几乎占据了绝大部分绝大部分PC机市场。在这种形势下，一个新的基于机市场。在这种形势下，一个新的基于UNIX的网络操作系统的网络操作系统Linux被开发了出来。被开发了出来。Linux系系统与统与UNIX系统在用户界面上完全兼容，另外，它向系统在用户界面上完全兼容，另外，它向用户开放源代码程序，从而便于用户根据自己的需用户开放源代码程序，从而便于用户根据自己的需要进行修改。因此，要进行修改。因此，Linux系统一经推出，就得到了系统一经推出，就得到了广大用户和计算机厂商的青睐，迅速地形成了一个广大用户和计算机厂商的青睐，迅速地形成了一个与与Windows系列操作系

50、统相抗衡的自由软件联盟。系列操作系统相抗衡的自由软件联盟。目前，已有许多计算机厂商宣布支持目前，已有许多计算机厂商宣布支持Linux操作系统。操作系统。2.5.2 UNIX系统的特点系统的特点UNIX在不长的时间内获得了巨大的成功，这与它在在不长的时间内获得了巨大的成功，这与它在设计上的特点是分不开的。设计上的特点是分不开的。(1)UNIX系统是一个可供多用户同时操作的会话式系统是一个可供多用户同时操作的会话式分时操作系统。分时操作系统。(2)UNIX 系统向用户提供了两种用户友好的界面或系统向用户提供了两种用户友好的界面或接口。这两种界面是程序一级的界面接口。这两种界面是程序一级的界面系统调