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1、第七章 操作系统接口,引子：,联机命令接口 用户接口 程序接口 程序接口,用户和操作系统间的两种接口,程序接口又称应用编程接口API（Application Programming Interface），允许运行程序调用操作系统的服务和功能。 程序接口由一组系统调用（System Call)）组成，用户程序使用“系统调用”就可获得操作系统的底层服务，使用或访问系统的各种软硬件资源。,在程序设计语言(如C语言)中，往往提供与各系统调用对应的库函数，应用程序可通过对应的库函数来使用系统调用， 库函数的目的是隐藏访管指令细节，使系统调用更象过程调用，但一般地说，库函数属于用户程序而非系统程序。,操作
2、系统为用户提供系统调用也出于安全和效率考虑，使得用户态程序不能自由地访问内核关键数据结构或直接访问硬件资源。,7.1 联机用户接口 P248,命令接口包括:联机用户接口和脱机用户接口,终端用户利用该接口可以调用操作系统的功能，取得操作系统 的服务。,专为批处理作 业的用户提供 的。（批处理 用户接口）,也称联机命令接口。 分类：字符显示式用户界面；图形化用户界面,7.1.1 联机用户接口,命令语言,命令行方式和批命令方式,1.命令行方式：Command arg1 arg2argn,2.批命令方式,7.1.2 联机命令的类型P250,1.系统访问类 注册命令Login（用在多用户系统中）,系统访
3、问类、磁盘操作类、文件操作类、目录操作类、通信类、其他命令,Login:,Password:,2.磁盘操作类,Format Diskcopy Diskcomp Backup（备份） Restore（恢复）,3.文件操作命令,Type Copy Comp Rename Erase,4.目录操作命令,Mkdir Dir Rmdir Tree chdir,5.其他命令,输入输出重定向命令 管道连接 Command1|Command2|. 过滤命令 find/N/C/V 批命令,7.1.3 键盘终端处理程序,接收用户从终端上打入的字符 字符缓冲,用于暂存所接收的字符 回送显示 屏幕编辑 特殊字符处理
4、中断字符,停止上卷字符,恢复上卷字符,1.字符接收功能,（1）面向字符方式 （2）面向行方式,2.字符缓冲功能,3.回送显示 4.屏幕编辑 5.特殊字符处理 包括：中断字符（Break,ctrl+C），停止上卷字符（ctrl+S），恢复上卷字符（ctrl+Q）,7.1.4 命令解释程序,1.命令解释程序的作用 在屏幕上给出提示符 读入该命令 识别命令 转到相应命令处理程序的入口地址 将结果送屏幕显示,C, Shell,2.命令解释程序的组成,常驻部分 包括一些中断服务子程序 初始化部分 暂存部分,3.命令解释程序的工作流程,7.2 Shell 命令语言,Shell是UNIX与用户的交互接口,是
5、操作系统的最外层,称为外壳 Shell既是一种命令语言,也是一种程序设计语言 Shell不是UNIX的核心程序,运行在用户态,Shell命令的使用方式,一般格式:command arg 1,arg 2,argn Shell的命令提示符:$或% 例子:$sh comfile(回车),7.2.1 简单命令,1.进入与退出系统 Login:和Logout 2.文件操作命令 显示文件内容命令cat 复制文件副本的命令cp 文件改名命令mv 撤销文件命令rm 确定文件类型命令file,简单命令续:,3.目录操作命令 建立目录命mkdir 撤销目录命令rmdir 改变工作目录命令cd 改变存取方式chmo
6、d,4.系统询问命令 当前日期和时间date 询问系统当前用户的命令who 显示当前目录路径名命令pwd,7.2.2 重定向与管道命令,1.重定向命令 例1 $cat file1file2 例2 $wcfile2 例4 $cat file1 file4file2 例5 a.outfile0,2.管道命令,$command 1|command 2 例子 cat file|wc,7.2.3 通信命令,1.信箱通信命令mail 是一种非交互式通信的工具 用“.”来结束信件或用“D”退出mail程序 接收者也用mail命令读取信件 mail-r-q-p-file-F person,2.对话通信命令wr
7、ite 实现联机通信 write userttyname,3.允许或拒绝接收消息命令mesg mesg-n-y,7.2.4 后台命令,可用ps、wait、kill等命令了解和控制后台进程的运行,7.3 系统调用,7.3.1 系统调用的基本概念 1.系统态和用户态 CPU的指令集分为：特权指令和非特权指令。 这种限制是由硬件实现的。,2.系统调用,与一般过程调用的差别: (1)运行在不同的系统状态 调用程序运行在用户态,而被调用程序是运行在系统态 (2)通过软中断进入. (3)返回问题. (4)嵌套调用,(a) 系统调用与返回,用户程序,系统调用 命令,系统功能,调用,返回,返回,7.3.2 系
8、统调用的类型,1.进程控制类 包括创建进程和中止进程、获得和设置进程属性、等待某事件出现等。 2.文件操纵类 3.进程通信类 通信方式:消息传递方式和共享存储区方式,7.3.4 系统调用的实现P266,1.中断和陷入硬件机构 (1)什么是中断和陷入 中断:中断是指CPU对系统发生某事件时的这样一种响应:CPU暂停正在执行的程序,在保留现场后自动地转去执行该事件的中断处理程序;执行完后,再返回到原程序的断点处继续执行.,被中断程序,中断点,中断处 理程序,中断处理开始,中断处理结束,图7-5 中断时的CPU轨迹,外中断(又称中断)：指来自处理器和主存之外的中断，即外部设备事件所引起的中断. 内中
9、断(又称异常)：指来自处理器和主存内部的中断。 内中断（trap）也被译为捕获或陷入。,按照中断信号的来源，可把中断分为 外中断和内中断两类：, 外中断包括：时钟中断、控制台中断、I/O中断等。 不同的中断具有不同的中断优先级，处理高一级中断时，往往会屏蔽部分或全部低级中断。,内中断包括：通路校验错、主存奇偶错、非法操作码、地址越界、页面失效、调试指令、访管中断、算术操作溢出等各种程序性中断。 异常是不能被屏蔽的，一旦出现应立即响应并加以处理。,中断和异常的区别(1)： 中断是由与现行指令无关的中断信号触发的，且中断的发生与CPU处在用户模式或内核模式无关，在两条机器指令之间才可响应中断，一般
10、来说，中断处理程序提供的服务不是为当前进程所需的，如时钟中断、硬盘读写服务请求中断；,中断和异常的区别如下(2)： 异常是由处理器正在执行现行指令而引起的，一条指令执行期间允许响应异常，异常处理程序提供的服务是为当前进程所用的。 异常又分为出错和陷入。,出错和陷入的区别如下： 它们发生时保存的返回指令地址不同，出错保存指向触发异常的那条指令，而陷入保存指向触发异常的那条指令的下一条指令。 从异常返回时，出错会重新执行那条指令，而陷入就不会重新执行那条指令。如缺页异常是一种出错，而陷入主要应用在调试中。,(2)中断和陷入向量,将不同设备的不同的中断处理程序的入口地址放在特定的内存单元中. 不同的
11、设备也对应着不同的处理机状态字PSW 上面的这两个字称为中断向量,存放两个字的单元称为中断向量单元.,2.系统调用号和参数的设置,直接将参数送入相应的寄存器中. 参数表方式,3.系统调用的处理步骤,首先,将处理机状态由用户态转为系统态 其次,是分析系统调用类型,转入相应的系统调用处理程序 在系统调用处理子程序执行完后,应恢复被中断的或设置新进程的CPU现场,然后返回被中断进程或新进程,继续往下执行,4.系统调用处理子程序的处理过程,7.4 UNIX系统调用,7.4.1 UNIX系统调用的类型 包括进程控制、文件操纵、进程间通信和信息维护,1.进程控制,创建进程(fork) 终止进程(exit) 等待子进程结束(wait) 执行一个文件(exec) 获得进程ID 获得用户ID 进程暂停(pause),2.文件操纵,创建文件(creat) 打开文件(open) 关闭文件(close) 读和写文件 连接和去连接,3.进程间通信,消息机制(msgget,msgsend,msgrcv) 共享存储器机制(shmget,shmat,shmdt) 信号量机制,4.信息维护,7.4.2 被中断进程的环境保护,CPU环境保护 AP和FP指针,7.4.3 系统调用陷入后需处理的若干公共问题,要进行的处理包括: 确定系统调用号 实现参数传送 转入相应的系统调用处理子程序,7.5 图形用户接口（GUI),
