計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)_07操作系統(tǒng)接口

1、第七章操作系統(tǒng)接口 第七章操作系統(tǒng)接口 7.1聯(lián)機(jī)用戶接口聯(lián)機(jī)用戶接口7.2Shell命令語言命令語言7.3系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用7.4UNIX系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 7.5 圖形用戶接口圖形用戶接口 第七章操作系統(tǒng)接口 7.1聯(lián)機(jī)用戶接口聯(lián)機(jī)用戶接口 7.1.1 7.1.1 聯(lián)機(jī)用戶接口聯(lián)機(jī)用戶接口聯(lián)機(jī)用戶接口，也稱為聯(lián)機(jī)命令接口。不同操作系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)命令接口有所不同，這不僅指命令的種類、數(shù)量及功能方面，也可能體現(xiàn)在命令的形式、用法等方面。不同的用法和形式構(gòu)成了不同的用戶界面，可分成以下兩種：(1) 字符顯示式用戶界面；(2) 圖形化用戶界面。 第七章操作系統(tǒng)接口 1 1命令行方式命令行方式該方式是指以行

2、為單位輸入和顯示不同的命令。每行長度一般不超過256個(gè)字符，命令的結(jié)束通常以回車符為標(biāo)記。命令的執(zhí)行是串行、間斷的，后一個(gè)命令的輸入一般需等到前一個(gè)命令執(zhí)行結(jié)束，如用戶鍵入的一條命令處理完成后，系統(tǒng)發(fā)出新的命令輸入提示符，用戶才可以繼續(xù)輸入下一條命令。 第七章操作系統(tǒng)接口 也有許多操作系統(tǒng)提供了命令的并行執(zhí)行方式，例如一條命令的執(zhí)行需要耗費(fèi)較長時(shí)間，并且用戶也不急需其結(jié)果時(shí)(即兩條命令執(zhí)行是不相關(guān)的)，則可以在一個(gè)命令的結(jié)尾輸入特定的標(biāo)記，將該命令作為后臺(tái)命令處理，用戶接著即可繼續(xù)輸入下一條命令，系統(tǒng)便可對(duì)兩條命令進(jìn)行并行處理。一般而言，對(duì)新用戶來說，命令行方式十分繁瑣，難以記憶，但對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的

3、用戶而言，命令行方式用起來快捷便當(dāng)、十分靈活，所以，至今許多操作員仍常使用這種命令方式。簡單命令的一般形式為：Command arg1 arg2 argn其中，Command 是命令名，又稱命令動(dòng)詞，其余為該命令所帶的執(zhí)行參數(shù)，有些命令可以沒有參數(shù)。 第七章操作系統(tǒng)接口 2 2批命令方式批命令方式在操作命令的實(shí)際使用過程中，經(jīng)常遇到需要對(duì)多條命令的連續(xù)使用，或若干條命令的重復(fù)使用，或?qū)Σ煌钸M(jìn)行選擇性使用的情況。如果用戶每次都采用命令行方式，將命令一條條由鍵盤輸入，既浪費(fèi)時(shí)間，又容易出錯(cuò)。因此，操作系統(tǒng)都支持一種稱為批命令的特別命令方式，允許用戶預(yù)先把一系列命令組織在一種稱為批命令文件的文件

4、中，一次建立，多次執(zhí)行。使用這種方式可減少用戶輸入命令的次數(shù)，既節(jié)省了時(shí)間和減少了出錯(cuò)概率，又方便了用戶。通常批命令文件都有特殊的文件擴(kuò)展名，如MS-DOS系統(tǒng)的 .BAT文件。 第七章操作系統(tǒng)接口 同時(shí)，操作系統(tǒng)還提供了一套控制子命令，增強(qiáng)對(duì)命令文件使用的支持。用戶可以使用這些子命令和形式參數(shù)書寫批命令文件，使得這樣的批命令文件可以執(zhí)行不同的命令序列，從而增強(qiáng)了命令接口的處理能力。如UNIX 和Linux 中的Shell不僅是一種交互型命令解釋程序，也是一種命令級(jí)程序設(shè)計(jì)語言解釋系統(tǒng)，它允許用戶使用Shell 簡單命令、位置參數(shù)和控制流語句編制帶形式參數(shù)的批命令文件，稱做Shell 文件或S

5、hell 過程，Shell 可以自動(dòng)解釋和執(zhí)行該文件或過程中的命令。 第七章操作系統(tǒng)接口 .2聯(lián)機(jī)命令的類型聯(lián)機(jī)命令的類型為了能向用戶提供多方面的服務(wù)，通常，OS都向用戶提供了幾十條甚至上百條的聯(lián)機(jī)命令。根據(jù)這些命令所完成功能的不同，可把它們分成以下幾類: 系統(tǒng)訪問類； 磁盤操作類； 文件操作類； 目錄操作類； 通信類； 其他命令?，F(xiàn)分述如下。 第七章操作系統(tǒng)接口 1 1系統(tǒng)訪問類系統(tǒng)訪問類在單用戶微型機(jī)中，一般沒有設(shè)置系統(tǒng)訪問命令。然而在多用戶系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)的安全性，都毫無例外地設(shè)置了系統(tǒng)訪問命令，即注冊(cè)命令Login。用戶在每次開始使用某終端時(shí)，都須使用該命令，使系統(tǒng)

6、能識(shí)別該用戶。凡要在多用戶系統(tǒng)的終端上上機(jī)的用戶，都必須先在系統(tǒng)管理員處獲得一合法的注冊(cè)名和口令。以后，每當(dāng)用戶在接通其所用終端的電源后，便由系統(tǒng)直接調(diào)用，并在屏幕上顯示出以下的注冊(cè)命令：第七章操作系統(tǒng)接口 Login: /提示用戶鍵入自己的注冊(cè)名當(dāng)用戶鍵入正確的注冊(cè)名，并按下回車鍵后，屏幕上又會(huì)出現(xiàn):Password:/提示用戶鍵入自己的口令用戶在鍵入口令時(shí)，系統(tǒng)將關(guān)閉掉回送顯示，以使口令不在屏幕上顯示出來。如果鍵入的口令正確而使注冊(cè)成功時(shí)，屏幕上會(huì)立即出現(xiàn)系統(tǒng)提示符(所用符號(hào)隨系統(tǒng)而異)，表示用戶可以開始鍵入命令。如果用戶多次(通常不超過三次)鍵入的注冊(cè)名或口令都有錯(cuò)，系統(tǒng)將解除與用戶的聯(lián)

7、接。 第七章操作系統(tǒng)接口 2 2磁盤操作命令磁盤操作命令在微機(jī)操作系統(tǒng)中，通常都提供了若干條磁盤操作命令。(1) 磁盤格式化命令Format。它被用于對(duì)指定驅(qū)動(dòng)器上的軟盤進(jìn)行格式化。每張新盤在使用前都必須先格式化。其目的是使磁盤記錄格式能為操作系統(tǒng)所接受。可見，不同操作系統(tǒng)將磁盤初始化后的格式各異。此外，在格式化過程中，還將對(duì)有缺陷的磁道和扇區(qū)加保留記號(hào)，以防止將它分配給數(shù)據(jù)文件。 第七章操作系統(tǒng)接口 (2) 復(fù)制整個(gè)軟盤命令Diskcopy。該命令用于復(fù)制整個(gè)磁盤，另外它還有附加的格式化功能。如果目標(biāo)盤片是尚未格式化的，則該命令在執(zhí)行時(shí)，首先將未格式化的軟盤格式化，然后再進(jìn)行復(fù)制。(3) 軟

8、盤比較命令Diskcomp。該命令用于將源盤與目標(biāo)盤的各磁道及各扇區(qū)中的數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行比較。(4) 備份命令Backup。該命令用于把硬盤上的文件復(fù)制到軟盤上，而RESTORE命令則完成相反的操作。 第七章操作系統(tǒng)接口 3 3文件操作命令文件操作命令每個(gè)操作系統(tǒng)都提供了一組文件操作命令。在微機(jī)OS中的文件操作命令有下述幾種：(1) 顯示文件命令type：用于將指定文件內(nèi)容顯示在屏幕上。(2) 拷貝文件命令copy：用于實(shí)現(xiàn)文件的拷貝。(3) 文件比較命令comp：用于對(duì)兩個(gè)指定文件進(jìn)行比較。兩文件可以在同一個(gè)或不同的驅(qū)動(dòng)器上。(4) 重新命名命令Rename：用于將以第一參數(shù)命名的文件改成用第二

9、參數(shù)給定的名字。(5) 刪除文件命令erase：用于刪除一個(gè)或一組文件，當(dāng)參數(shù)路徑名為*.BAK時(shí)，表示刪除指定目錄下的所有其擴(kuò)展名為 .Bak的文件。 第七章操作系統(tǒng)接口 4 4目錄操作命令目錄操作命令(1) 建立子目錄命令mkdir：用于建立指定名字的新目錄。(2) 顯示目錄命令dir：用于顯示指定磁盤中的目錄項(xiàng)。(3) 刪除子目錄命令rmdir：用于刪除指定的子目錄文件，但不能刪除普通文件，而且，一次只能刪除一個(gè)空目錄(其中僅含“.”和“.”兩個(gè)文件)，不能刪除根及當(dāng)前目錄。(4) 顯示目錄結(jié)構(gòu)命令tree：用于顯示指定盤上的所有目錄路徑及其層次關(guān)系。(5) 改變當(dāng)前目錄命令chdir：

10、用于將當(dāng)前目錄改變?yōu)橛陕窂矫麉?shù)給定的目錄。用“.”作參數(shù)時(shí)，表示應(yīng)返回到上一級(jí)目錄下。 第七章操作系統(tǒng)接口 5 5其它命令其它命令(1) 輸入輸出重定向命令。在有的OS中定義了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)I/O設(shè)備。通常，命令的輸入取自標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備，即鍵盤；而命令的輸出通常是送往標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備，即顯示終端。如果在命令中設(shè)置輸出重定向“”符，其后接文件名或設(shè)備名，表示將命令的輸出改向，送到指定文件或設(shè)備上。類似地，若在命令中設(shè)置輸入重定向“”符，則不再是從鍵盤而是從重定向符左邊參數(shù)所指定的文件或設(shè)備上，取得輸入信息。 第七章操作系統(tǒng)接口 (2) 管道連接。這是指把第一條命令的輸出信息作為第二條命令的輸入信息；類似地

11、，又可把第二條命令的輸出信息作為第三條命令的輸入信息。這樣，由兩個(gè)(含兩條)以上的命令可形成一條管道。在MS-DOS和UNIX中，都用“|”作為管道符號(hào)，其一般格式為：Command1 | Command2 | | Commandn; 第七章操作系統(tǒng)接口 (3) 過濾命令。在UNIX及MS-DOS中都有過濾命令，用于讀取指定文件或標(biāo)準(zhǔn)輸入，從中找出由參數(shù)指定的模式，然后把所有包含該模式的行都打印出來。例如，MS-DOS中用命令find/N“erase”(路徑名)可對(duì)由路徑名指定的輸入文件逐行檢索，把含有字符串“erase”的行輸出。其中，/N是選擇開關(guān)，表示輸出含有指定字串的行；如果不用N而用

12、C，則表示只輸出含有指定字串的行數(shù)；若用V，則表示輸出不含指定字串的行。 第七章操作系統(tǒng)接口 (4) 批命令。為了能連續(xù)地使用多條鍵盤命令，或多次反復(fù)地執(zhí)行指定的若干條命令，而又免去每次重敲這些命令的麻煩，可以提供一特定文件。在MS-DOS中提供了一種特殊文件，其后綴名用“.BAT”；在UNIX系統(tǒng)中稱為命令文件。它們都是利用一些鍵盤命令構(gòu)成一個(gè)程序，一次建立供多次使用。在MS-DOS中用batch命令去執(zhí)行由指定或默認(rèn)驅(qū)動(dòng)器的工作目錄上指定文件中所包含的一些命令。 第七章操作系統(tǒng)接口 .3鍵盤終端處理程序鍵盤終端處理程序?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)人機(jī)交互，還須在微機(jī)或終端上配置相應(yīng)的鍵盤終端處

13、理程序，它應(yīng)具有下述幾方面的功能：(1) 接收用戶從終端上打入的字符。(2) 字符緩沖，用于暫存所接收的字符。(3) 回送顯示。(4) 屏幕編輯。(5) 特殊字符處理。 第七章操作系統(tǒng)接口 1 1字符接收功能字符接收功能為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，鍵盤終端處理程序必須能夠接收從終端輸入的字符，并將之傳送給用戶程序。有兩種方式來實(shí)現(xiàn)字符接收功能:(1) 面向字符方式。驅(qū)動(dòng)程序只接收從終端打入的字符，并且不加修改地將它傳送給用戶程序。這通常是一串未加工的ASCII碼。但大多數(shù)的用戶并不喜歡這種方式。 第七章操作系統(tǒng)接口 (2) 面向行方式。終端處理程序?qū)⑺邮盏淖址麜捍嬖谛芯彌_中，并可對(duì)行內(nèi)字符進(jìn)行編輯。僅

14、在收到行結(jié)束符后，才將一行正確的信息送命令解釋程序。在有的計(jì)算機(jī)中，從鍵盤硬件送出的是鍵的編碼(簡稱鍵碼)，而不是ASCII碼。例如，當(dāng)打入a鍵時(shí)，是將鍵碼“30”放入I/O寄存器，此時(shí)，終端處理程序必須參照某種表格，將鍵碼轉(zhuǎn)換成ASCII碼。應(yīng)當(dāng)注意，某些IBM的兼容機(jī)使用的不是標(biāo)準(zhǔn)鍵碼。此時(shí)，處理程序還須選用相應(yīng)的表格將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)鍵碼。 第七章操作系統(tǒng)接口 2 2字符緩沖功能字符緩沖功能為了能暫存從終端鍵入的字符，以降低中斷處理器的頻率，在終端處理程序中，還必須具有字符緩沖功能。字符緩沖可采用以下兩種方式之一：(1) 專用緩沖區(qū)方式。這是指系統(tǒng)為每個(gè)終端設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū)，暫存用戶鍵入的一批

15、字符，緩沖區(qū)的典型長度為200個(gè)字符左右。這種方式較適合于單用戶微機(jī)或終端很少的多用戶機(jī)。當(dāng)終端數(shù)目較多時(shí)，需要的緩沖區(qū)數(shù)目可能很大，且每個(gè)緩沖區(qū)的利用率也很低。例如，當(dāng)有100個(gè)終端時(shí)，要求有20 KB的緩沖區(qū)。但專用緩沖區(qū)方式可使終端處理程序簡化。圖7-1(a)示出了專用緩沖區(qū)方式。 第七章操作系統(tǒng)接口 圖7-1兩種緩沖方式 終端專用緩沖區(qū)主機(jī)終端(a) 專用緩沖區(qū)方式終端主機(jī)(b) 公用緩沖池方式公用緩沖池第七章操作系統(tǒng)接口 (2) 公用緩沖池方式。系統(tǒng)不必為每個(gè)終端設(shè)置專用緩沖區(qū)，只須設(shè)置一個(gè)由多個(gè)緩沖區(qū)構(gòu)成的公用緩沖池。其中的每個(gè)緩沖區(qū)大小相同，如為20個(gè)字符，再將所有的空緩沖區(qū)鏈接

16、成一個(gè)空緩沖區(qū)鏈。當(dāng)終端有數(shù)據(jù)輸入時(shí)，可先向空緩沖區(qū)鏈申請(qǐng)一空緩沖區(qū)來接收輸入字符；當(dāng)該緩沖區(qū)裝滿后，再申請(qǐng)一空緩沖區(qū)。這樣，直至全部輸入完畢，并利用鏈接指針將這些裝有輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)鏈接成一條輸入鏈。每當(dāng)該輸入鏈中一個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)的字符被全部傳送給用戶程序后，便將該緩沖區(qū)從輸入鏈中移出，再重新鏈入空緩沖區(qū)鏈中。顯然，利用公用緩沖池方式可有效地提高緩沖的利用率。圖7-1(b)示出了公用緩沖池方式。 第七章操作系統(tǒng)接口 3 3回送顯示回送顯示回送顯示(回顯)是指每當(dāng)用戶從鍵盤輸入一個(gè)字符后，終端處理程序便將該字符送往屏幕顯示。有些終端的回顯由硬件實(shí)現(xiàn)，其速度較快，但往往會(huì)引起麻煩。如當(dāng)用戶鍵入口令時(shí)

17、，為防止口令被盜用，顯然不該有回顯。此外，用硬件實(shí)現(xiàn)回顯也缺乏靈活性，因而近年來多改用軟件來實(shí)現(xiàn)回顯，這樣可以做到在用戶需要時(shí)才回顯。用軟件實(shí)現(xiàn)回顯，還可方便地進(jìn)行字符變換，如將鍵盤輸入的小寫英文字母變成大寫，或相反。驅(qū)動(dòng)程序在將輸入的字符送往屏幕回顯時(shí)，應(yīng)打印在正確的位置上；當(dāng)光標(biāo)走到一行的最后一個(gè)位置后，便應(yīng)返回到下一行的開始位置。例如，當(dāng)所鍵入的字符數(shù)目超過一行的80個(gè)(字符)時(shí)，應(yīng)自動(dòng)地將下一個(gè)字符打印到下一行的開始位置。 第七章操作系統(tǒng)接口 4 4屏幕編輯屏幕編輯用戶經(jīng)常希望能對(duì)從鍵盤打入的數(shù)據(jù)(字符)進(jìn)行修改，如刪除(插入)一個(gè)或多個(gè)字符。為此，在終端處理程序中，還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)屏幕編輯

18、功能，包括能提供若干個(gè)編輯鍵。常用的編輯鍵有：(1) 刪除字符鍵。它允許將用戶剛鍵入的字符刪除。在有的系統(tǒng)中是利用退格鍵即Backspace(Ctrl+H)鍵。當(dāng)用戶敲該鍵時(shí)，處理程序并不將剛鍵入的字符送入字符隊(duì)列，而是從字符隊(duì)列中移出其前的一個(gè)字符。第七章操作系統(tǒng)接口 (2) 刪除一行鍵。該鍵用于將剛輸入的一行刪去。(3) 插入鍵。利用該鍵在光標(biāo)處可插入一個(gè)字符或一行正文。(4) 移動(dòng)光標(biāo)鍵。在鍵盤上有用于對(duì)光標(biāo)進(jìn)行上、下、左、右移動(dòng)的鍵。(5) 屏幕上卷或下移鍵，等等。 第七章操作系統(tǒng)接口 5 5特殊字符處理特殊字符處理終端處理程序必須能對(duì)若干特殊字符進(jìn)行及時(shí)處理，這些字符是：(1) 中斷

19、字符。當(dāng)程序在運(yùn)行中出現(xiàn)異常情況時(shí)，用戶可通過鍵入中斷字符的辦法來中止當(dāng)前程序的運(yùn)行。在許多系統(tǒng)中是利用Break或Delete或Ctrl+C鍵作為中斷字符。對(duì)中斷字符的處理比較復(fù)雜。當(dāng)終端處理程序收到用戶鍵入的中斷字符后，將向該終端上的所有進(jìn)程發(fā)送一個(gè)要求進(jìn)程終止的軟中斷信號(hào)，這些進(jìn)程收到該軟中斷信號(hào)后，便進(jìn)行自我終止。 第七章操作系統(tǒng)接口 (2) 停止上卷字符。用戶鍵入此字符后，終端處理程序應(yīng)使正在上卷的屏幕暫停上卷，以便用戶仔細(xì)觀察屏幕內(nèi)容。在有的系統(tǒng)中，是利用Ctrl+S鍵來停止屏幕上卷的。(3) 恢復(fù)上卷字符。有的系統(tǒng)利用Ctrl+Q鍵使停止上卷的屏幕恢復(fù)上卷。終端處理程序收到該字符

20、后，便恢復(fù)屏幕的上卷功能。上述的Ctrl+S與Ctrl+Q兩字符并不被存儲(chǔ)，而是被用去設(shè)置終端數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的某個(gè)標(biāo)志。每當(dāng)終端試圖輸出時(shí)，都須先檢查該標(biāo)志。若該標(biāo)志已被設(shè)置，便不再把字符送至屏幕。 第七章操作系統(tǒng)接口 .4命令解釋程序命令解釋程序1 1命令解釋程序的作用命令解釋程序的作用在聯(lián)機(jī)操作方式下，終端處理程序把用戶鍵入的信息送鍵盤緩沖區(qū)中保存。一旦用戶鍵入回車符，便立即把控制權(quán)交給命令處理程序。顯然，對(duì)于不同的命令，應(yīng)有能完成特定功能的命令處理程序與之對(duì)應(yīng)?？梢?，命令解釋程序的主要作用是在屏幕上給出提示符，請(qǐng)用戶鍵入命令，然后讀入該命令，識(shí)別命令，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)命令處理程序的

21、入口地址，把控制權(quán)交給該處理程序去執(zhí)行，并將處理結(jié)果送屏幕上顯示。若用戶鍵入的命令有錯(cuò)，而命令解釋程序未能予以識(shí)別，或在執(zhí)行中間出現(xiàn)問題時(shí)，則應(yīng)顯示出某一出錯(cuò)信息。 第七章操作系統(tǒng)接口 2 2命令解釋程序的組成命令解釋程序的組成(1) 常駐部分。這部分包括一些中斷服務(wù)子程序。例如：正常退出中斷INT 20，它用于在用戶程序執(zhí)行完畢后，退回操作系統(tǒng)；駐留退出中斷INT 27，用這種方式，退出程序可駐留在內(nèi)存中；還有用于處理和顯示標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤信息的INT 24等。常駐部分還包括這樣的程序: 當(dāng)用戶程序終止后，它檢查暫存部分是否已被用戶程序覆蓋，若已被覆蓋，便重新將暫存部分調(diào)入內(nèi)存。 第七章操作系統(tǒng)接口

22、 (2) 初始化部分。它跟隨在常駐內(nèi)存部分之后，在啟動(dòng)時(shí)獲得控制權(quán)。這部分還包括對(duì)AUTOEXEC.BAT文件的處理程序，并決定應(yīng)用程序裝入的基地址。每當(dāng)系統(tǒng)接電或重新啟動(dòng)后，由處理程序找到并執(zhí)行AUTOEXEC.BAT文件。由于該文件在用完后不再被需要，因而它將被第一個(gè)由COMMAND.COM裝入的文件所覆蓋。(3) 暫存部分。這部分主要是命令解釋程序，并包含了所有的內(nèi)部命令處理程序、批文件處理程序，以及裝入和執(zhí)行外部命令的程序。它們都駐留在內(nèi)存中，但用戶程序可以使用并覆蓋這部分內(nèi)存，在用戶程序結(jié)束時(shí)，常駐程序又會(huì)將它們重新從磁盤調(diào)入內(nèi)存，恢復(fù)暫存部分。 第七章操作系統(tǒng)接口 3 3命令解釋程

23、序的工作流程命令解釋程序的工作流程系統(tǒng)在接通電源或復(fù)位后，初始化部分獲得控制權(quán)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)完成初始化工作，并自動(dòng)執(zhí)行AUTOEXEC.BAT文件，之后便把控制權(quán)交給暫存部分。暫存部分首先讀入鍵盤緩沖區(qū)中的命令，判別其文件名、擴(kuò)展名及驅(qū)動(dòng)器名是否正確。若發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)，在給出出錯(cuò)信息后返回；若無錯(cuò)，再識(shí)別該命令。一種簡單的識(shí)別命令的方法是基于一張表格，其中的每一表目都是由命令名及其處理程序的入口地址兩項(xiàng)所組成的。如果暫存部分在該表中能找到鍵入的命令，且是內(nèi)部命令，便可以直接從對(duì)應(yīng)表項(xiàng)中獲得該命令處理程序的入口地址，然后把控制權(quán)交給該處理程序去執(zhí)行該命令。如果發(fā)現(xiàn)鍵入的命令不屬于內(nèi)部命令而是外部命令，則

24、暫存部分還須為之建立命令行；再通過執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用exec來裝入該命令的處理程序，并得到其基地址；然后把控制權(quán)交給該程序去執(zhí)行相應(yīng)的命令。圖7-2 示出了MS-DOS的COMMAND.COM的工作流程。 第七章操作系統(tǒng)接口 圖7-2COMMAND.COM的工作流程 是內(nèi)部命令？DIR命令處理程序Type命令處理程序Copy命令處理程序Date命令處理程序命令合法否？輸入命令行從外存調(diào)入外部命令執(zhí)行顯示提示符第七章操作系統(tǒng)接口 7.2Shell命令語言命令語言 .1簡單命令簡單命令所謂簡單命令，實(shí)際上是一個(gè)能完成某種功能的目標(biāo)程序的名字。UNIX系統(tǒng)規(guī)定的命令由小寫字母構(gòu)成(僅前8個(gè)

25、字母有效)。命令可帶有參數(shù)表，用于給出執(zhí)行命令時(shí)的附加信息。命令名與參數(shù)表之間還可使用一種稱為選項(xiàng)的自變量，用破折號(hào)開始，后跟一個(gè)或多個(gè)字母、數(shù)字。選項(xiàng)是對(duì)命令的正常操作加以修改，一條命令可有多個(gè)選項(xiàng)，命令的格式如下：$ Command-option argument list例如：$ LS file1 file2 第七章操作系統(tǒng)接口 這是一條不帶選項(xiàng)的列目錄命令，$是系統(tǒng)提示符。該命令用于列出file1和file2兩個(gè)目錄文件中所包含的目錄項(xiàng)，并隱含地指出按英文字母順序列表。若給出-tr選項(xiàng)，該命令可表示成：$ LS-tr file1 file 2 其中，選項(xiàng)t和r分別表示按最近修改次序及按

26、反字母順序列表。通常，命令名與該程序的功能緊密相關(guān)，以便于記憶。命令參數(shù)可多可少，也可缺省。例如：$ LS 第七章操作系統(tǒng)接口 1 1進(jìn)入與退出系統(tǒng)進(jìn)入與退出系統(tǒng)(1) 進(jìn)入系統(tǒng)，也稱為注冊(cè)。事先，用戶須與系統(tǒng)管理員商定一個(gè)唯一的用戶名。管理員用該名字在系統(tǒng)文件樹上，為用戶建立一個(gè)子目錄樹的根結(jié)點(diǎn)。當(dāng)用戶打開自己的終端時(shí)，屏幕上會(huì)出現(xiàn)Login:提示，這時(shí)用戶便可鍵入自己的注冊(cè)名，并用回車符結(jié)束。然后，系統(tǒng)又詢問用戶口令，用戶可用回車符或事先約定的口令鍵入。這兩步均須正確通過檢查，才能出現(xiàn)系統(tǒng)提示符(隨系統(tǒng)而異)，以提示用戶自己已通過檢查，可以使用系統(tǒng)。若任一步驟有錯(cuò)，系統(tǒng)均通過提示要求用戶重

27、新鍵入。 第七章操作系統(tǒng)接口 (2) 退出系統(tǒng)。每當(dāng)用戶用完系統(tǒng)后，應(yīng)向系統(tǒng)報(bào)告自己不再往系統(tǒng)裝入任何處理要求。系統(tǒng)得知后，便馬上為用戶記賬，清除用戶的使用環(huán)境。若用戶使用系統(tǒng)是免費(fèi)的，退出操作僅僅是一種禮貌。如果用戶使用的是多終端中的一個(gè)終端，為了退出，用戶只需按下Control-D鍵即可，系統(tǒng)會(huì)重新給出提示符即Login，以表明該終端可供另一新用戶使用。用戶的進(jìn)入與退出過程，實(shí)際上是由系統(tǒng)直接調(diào)用Login及Logout程序完成的。 第七章操作系統(tǒng)接口 2 2文件操作命令文件操作命令(1) 顯示文件內(nèi)容命令cat。如果用戶想了解自己在當(dāng)前目錄中的某個(gè)或某幾個(gè)指定文件的內(nèi)容時(shí)，便可使用下述格

28、式的cat命令：$ cat filename1 filename2 執(zhí)行上述命令后，將按參數(shù)指定的順序，依次把所列名字的文件內(nèi)容送屏幕顯示。若鍵入文件名有錯(cuò)，或該文件不在當(dāng)前目錄下，則該命令執(zhí)行結(jié)果將顯示指定文件不能打開的信息。 第七章操作系統(tǒng)接口 (2) 復(fù)制文件副本的命令cp。其格式為：cp source target該命令用于對(duì)已存在的文件source建立一個(gè)名為target的副本。(3) 對(duì)已有文件改名的命令mv。其格式為mv oldname newname用于把原來的老名字改成指定的新名字。(4) 撤消文件的命令rm。它給出一個(gè)參數(shù)表，是要撤消的文件名清單。(5) 確定文件類型的命令

29、file。該命令帶有一個(gè)參數(shù)表，用于給出想了解其(文件)類型的文件名清單。命令執(zhí)行的結(jié)果將在屏幕上顯示出各個(gè)文件的類型。 第七章操作系統(tǒng)接口 3 3目錄操作命令目錄操作命令(1) 建立目錄的命令mkdir(簡稱md)。當(dāng)用戶要?jiǎng)?chuàng)建或保存較多的文件時(shí)，應(yīng)該以自己的注冊(cè)名作為根結(jié)點(diǎn)，建立一棵子目錄樹，子樹中的各結(jié)點(diǎn)(除樹葉外)都是目錄文件?？捎胢d命令來構(gòu)建一個(gè)目錄，參數(shù)是新創(chuàng)建目錄的名字。但應(yīng)注意該命令的使用，必須在其父目錄中有寫許可時(shí)，才允許為其創(chuàng)建子目錄。(2) 撤消目錄的命令rmdir(簡稱rd)。它實(shí)際上是rm命令的一個(gè)特例，用于刪除一個(gè)或多個(gè)指定的下級(jí)空目錄。若目錄下仍有文件，該命令將

30、被認(rèn)為是一個(gè)錯(cuò)誤操作，這樣可以防止因不慎而消除了一個(gè)想保留的文件。命令的參數(shù)表用于給出要撤消的目錄文件清單。 第七章操作系統(tǒng)接口 (3) 改變工作目錄的命令cd。不帶參數(shù)的cd命令將使用戶從任何其它目錄回到自己的注冊(cè)目錄上；若用全路徑名作參數(shù)，cd命令將使用戶來到由該路徑名確定的結(jié)點(diǎn)上；若用當(dāng)前目錄的子目錄名作參數(shù)，將把用戶移到當(dāng)前目錄指定的下一級(jí)目錄上(即用其下一級(jí)目錄作為新的當(dāng)前目錄)；用“.”號(hào)或“*”號(hào)將使當(dāng)前目錄上移一級(jí)，即移到其父結(jié)點(diǎn)上。(4) 改變對(duì)文件的存取方式的命令chmod。其格式為chmod op-code permission filename 第七章操作系統(tǒng)接口 其中

31、，用于指明訪問者的身份，可以是用戶自己、用戶組、所有其他用戶及全部，分別用u、g、o和a表示；op-code是操作碼，分別用 +、- 及 = 表示增加、消除及賦予訪問者以某種權(quán)利；而permission則是分別用r、 w及x表示讀、 寫及執(zhí)行許可。例如，命令chmod go-w temp表示消除用戶組及所有其他用戶對(duì)文件temp的寫許可。 第七章操作系統(tǒng)接口 4 4系統(tǒng)詢問命令系統(tǒng)詢問命令(1) 訪問當(dāng)前日期和時(shí)間命令date。例如，用命令$ date 屏幕上將給出當(dāng)前的日期和時(shí)間，如為Wed Ang 14 09:27:20 PDT 1991表示當(dāng)前日期是1991年9月14日、 星期三，還有時(shí)

32、間信息。若在命令名后給出參數(shù)，則date程序把參數(shù)作為重置系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)間。 第七章操作系統(tǒng)接口 (2) 詢問系統(tǒng)當(dāng)前用戶的命令who。who命令可列出當(dāng)前每一個(gè)處在系統(tǒng)中的用戶的注冊(cè)名、終端名和注冊(cè)進(jìn)入時(shí)間，并按終端標(biāo)志的字母順序排序。例如，報(bào)告有下列三用戶：Veronica bxo66 Aug2713:28Rathomas dz24 Aug2807:42Jlyates tty5 Aug2807:39 第七章操作系統(tǒng)接口 用戶可用who命令了解系統(tǒng)的當(dāng)前負(fù)荷情況；也可在與其他用戶通信之前，用此命令去核實(shí)一下當(dāng)前進(jìn)入系統(tǒng)的用戶及其所使用終端名和所用的正確的注冊(cè)名。例如，用戶在使用系統(tǒng)的過程中，有

33、時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在打入一個(gè)請(qǐng)求后，系統(tǒng)響應(yīng)很慢，這時(shí)用戶可用“who|we-L”命令，使系統(tǒng)打印出當(dāng)前的用戶數(shù)目而不顯示系統(tǒng)用戶名等的完整清單，以得知當(dāng)前用戶數(shù)目。 第七章操作系統(tǒng)接口 (3) 顯示當(dāng)前目錄路徑名的命令pwd。當(dāng)前目錄的路徑名是從根結(jié)點(diǎn)開始，通過分支上的所有結(jié)點(diǎn)到達(dá)當(dāng)前目錄結(jié)點(diǎn)為止的路徑上的所有結(jié)點(diǎn)的名字拼起來構(gòu)成的。用戶的當(dāng)前目錄可能經(jīng)常在樹上移動(dòng)。如果用戶忘記了自己在哪里，便可用pwd確定自己的位置。 第七章操作系統(tǒng)接口 .2重定向與管道命令重定向與管道命令1 1重定向命令重定向命令在UNIX系統(tǒng)中，由系統(tǒng)定義了三個(gè)文件。其中，有兩個(gè)分別稱為標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出的文件

34、，各對(duì)應(yīng)于終端鍵盤輸入和終端屏幕輸出。它們是在用戶注冊(cè)時(shí)，由Login程序打開的。這樣，在用戶程序執(zhí)行時(shí)，隱含的標(biāo)準(zhǔn)輸入是鍵盤輸入，標(biāo)準(zhǔn)輸出即屏幕(輸出)顯示。但用戶程序中可能不要求從鍵盤輸入，而是從某個(gè)指定文件上讀取信息供程序使用；同樣，用戶可能希望把程序執(zhí)行時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù)，寫到某個(gè)指定文件中而非屏幕上。這就使用戶必須去改變輸入與輸出文件，即不使用標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出，而是把另外的某個(gè)指定文件或設(shè)備，作為輸入或輸出文件。 第七章操作系統(tǒng)接口 Shell向用戶提供了這種用于改變輸入、 輸出設(shè)備的手段，此即標(biāo)準(zhǔn)輸入與標(biāo)準(zhǔn)輸出的重新定向。用重定向符“”分別表示輸入轉(zhuǎn)向與輸出轉(zhuǎn)向。例如，對(duì)于命令$

35、 cat file1 表示將文件file1的內(nèi)容在標(biāo)準(zhǔn)輸出上打印出來。若改變其輸出，用命令$ cat file1file2 時(shí)，表示把文件file1的內(nèi)容打印輸出到文件file2上。同理，對(duì)于命令$ wc 第七章操作系統(tǒng)接口 須指明的是，在做輸出轉(zhuǎn)向時(shí)，若上述的文件file2并不存在，則先創(chuàng)建它；若已存在，則認(rèn)為它是空白的，執(zhí)行上述輸出轉(zhuǎn)向命令時(shí)，是用命令的輸出數(shù)據(jù)去重寫該文件；如果文件file2事先已有內(nèi)容，則命令執(zhí)行結(jié)果將用文件file1的內(nèi)容去更新文件file2的原有內(nèi)容?，F(xiàn)在，如果又要求把file4的內(nèi)容附加到現(xiàn)有的文件file2的末尾，則應(yīng)使用另一個(gè)輸出轉(zhuǎn)向符“”，即此時(shí)應(yīng)再用命令$

36、 cat file4file2 第七章操作系統(tǒng)接口 便可在文件file2中，除了上次復(fù)制的file1內(nèi)容外，后面又附加了file4的內(nèi)容。當(dāng)然，若想一次把兩個(gè)文件file1和file4全部復(fù)制到file2中，則可用命令$ cat file1 file4file2 此外，也可在一個(gè)命令行中，同時(shí)改變輸入與輸出。例如，命令行a.outfile0 表示在可執(zhí)行文件a.out執(zhí)行時(shí)，將從文件file1中提取數(shù)據(jù)，而把a(bǔ).out的執(zhí)行結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到文件file0中。 第七章操作系統(tǒng)接口 2 2管道命令管道命令在有了上述的重定向思想后，為了進(jìn)一步增強(qiáng)功能，人們又進(jìn)一步把這種思想加以擴(kuò)充，用符號(hào)“|”來連接

37、兩條命令，使其前一條命令的輸出作為后一條命令的輸入。即$ command 1| command 2 例如，對(duì)于下述輸入cat file|wc 將使命令cat把文件file中的數(shù)據(jù)作為wc命令的計(jì)數(shù)用輸入。 第七章操作系統(tǒng)接口 從概念上說，系統(tǒng)執(zhí)行上述輸入時(shí)，將為管道建立一個(gè)作為通信通道的pipe文件。這時(shí)，cat命令的輸出既不出現(xiàn)在終端(屏幕)上，也不存入某中間文件，而是由UNIX系統(tǒng)來“緩沖”第一條命令的輸出，并作為第二條命令的輸入。在用管道線所連接的命令之間，實(shí)現(xiàn)單向、同步運(yùn)行。其單向性表現(xiàn)在: 只把管道線前面的命令的輸出送入管道，而管道的輸出數(shù)據(jù)僅供管道線后面的命令去讀取。管道的同步特性

38、則表現(xiàn)為：當(dāng)一條管道滿時(shí)，其前一條命令停止執(zhí)行；而當(dāng)管道空時(shí)，則其后一條命令停止運(yùn)行。除此兩種情況外，用管道所連接的兩條命令“同時(shí)”運(yùn)行?？梢姡霉艿拦δ埽梢粤魉€方式實(shí)現(xiàn)命令的流水線化，即在單一命令行下，同時(shí)運(yùn)行多條命令，以加速復(fù)雜任務(wù)的完成。 第七章操作系統(tǒng)接口 .3通信命令通信命令1 1信箱通信命令信箱通信命令mailmailmail命令被作為在UNIX的各用戶之間進(jìn)行非交互式通信的工具。mail采用信箱通信方式。發(fā)信者把要發(fā)送的消息寫成信件，“郵寄”到對(duì)方的信箱中。通常各用戶的私有信箱采用各自的注冊(cè)名命名，即它是目錄/usr/spool/mail中的一個(gè)文件，而文件

39、名又是用接收者的注冊(cè)名來命名的。信箱中的信件可以一直保留到被信箱所有者消除為止。第七章操作系統(tǒng)接口 因而，用mail進(jìn)行通信時(shí)，不要求接收者利用終端與發(fā)送者會(huì)話。亦即，在發(fā)信者發(fā)送信息時(shí)，雖然接收者已在系統(tǒng)中注冊(cè)過，但允許他此時(shí)沒有使用系統(tǒng)；也可以是雖在使用系統(tǒng)，但拒絕接收任何信息。mail命令在用于發(fā)信時(shí)，把接收者的注冊(cè)名當(dāng)作參數(shù)打入后，便可在新行開始鍵入信件正文，最后仍在一個(gè)新行上用“.”來結(jié)束信件或用“D”退出mail程序(也可帶選項(xiàng)，此處從略)。 第七章操作系統(tǒng)接口 接收者也用mail命令讀取信件，可使用可選項(xiàng)r、 q或p等。其命令格式為mail -r-q-p-file-F perso

40、ns由于信箱中可存放所接收的多個(gè)信件，這就存在一個(gè)選取信件的問題。上述幾個(gè)選項(xiàng)分別表示: 按先進(jìn)先出順序顯示各信件的內(nèi)容；在輸入中斷字符(Del或Return)后，退出mail程序而不改變信箱的內(nèi)容；一次性地顯示信箱全部內(nèi)容而不帶詢問；把指定文件當(dāng)作信件來顯示。在不使用-p選項(xiàng)時(shí)，表示在顯示完一個(gè)信件后，便出現(xiàn)“？”，以詢問用戶是否繼續(xù)顯示下一條消息，或選讀完最后一條消息后退出mail。 第七章操作系統(tǒng)接口 2 2對(duì)話通信命令對(duì)話通信命令writewrite用這條命令可以使用戶與當(dāng)前在系統(tǒng)中的其他用戶直接進(jìn)行聯(lián)機(jī)通信。由于UNIX系統(tǒng)允許一個(gè)用戶同時(shí)在幾個(gè)終端上注冊(cè)，故在用此命令前，要用who

41、命令去查看目標(biāo)用戶當(dāng)前是否聯(lián)機(jī)，或確定接收者所使用的終端名。命令格式為write userttyname當(dāng)接收者只有一個(gè)終端時(shí)，終端名可缺省。當(dāng)接收者的終端被允許接收消息時(shí)，屏幕提示會(huì)通知接收者源用戶名及其所用終端名。 第七章操作系統(tǒng)接口 3 3允許或拒絕接收消息命令允許或拒絕接收消息命令mesgmesgmesg命令的格式為：mesg-n-y選項(xiàng)n表示拒絕對(duì)方的寫許可(即拒絕接收消息)；選項(xiàng)y指示恢復(fù)對(duì)方的寫許可，僅在此時(shí)，雙方才可聯(lián)機(jī)通信。當(dāng)用戶正在聯(lián)機(jī)編寫一份資料而不愿被別人干擾時(shí)，常選用n選項(xiàng)來拒絕對(duì)方的寫許可。編輯完畢，再用帶有y選項(xiàng)的mesg命令來恢復(fù)對(duì)方的寫許可，不帶自變量的mes

42、g命令只報(bào)告當(dāng)前狀態(tài)而不改變它。 第七章操作系統(tǒng)接口 .4后臺(tái)命令后臺(tái)命令有些命令需要執(zhí)行很長的時(shí)間，這樣，當(dāng)用戶鍵入該命令后，便會(huì)發(fā)現(xiàn)自己已無事可做，要一直等到該命令執(zhí)行完畢，方可再鍵入下一條命令。這時(shí)用戶自然會(huì)想到應(yīng)該利用這段時(shí)間去做些別的事。UNIX系統(tǒng)提供了這種機(jī)制，用戶可以在這種命令后面再加上“&”號(hào)，以告訴Shell將該命令放在后臺(tái)執(zhí)行，以便用戶在前臺(tái)繼續(xù)鍵入其它命令。 第七章操作系統(tǒng)接口 在后臺(tái)運(yùn)行的程序仍然把終端作為它的標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤文件，除非對(duì)它們進(jìn)行重新定向。其標(biāo)準(zhǔn)輸入文件是自動(dòng)地被從終端定向到一個(gè)被稱為“/dev/null”的空文件中。若she

43、ll未重定向標(biāo)準(zhǔn)輸入，則shell和后臺(tái)進(jìn)程將會(huì)同時(shí)從終端進(jìn)行讀入。這時(shí)，用戶從終端鍵入的字符可能被發(fā)送到一個(gè)進(jìn)程或另一個(gè)進(jìn)程，并不能預(yù)測(cè)哪個(gè)進(jìn)程將得到該字符。因此，對(duì)所有在后臺(tái)運(yùn)行的命令的標(biāo)準(zhǔn)輸入，都必須加以重定向，從而使從終端鍵入的所有字符都被送到Shell進(jìn)程。用戶可使用ps、wait及Kill命令去了解和控制后臺(tái)進(jìn)程的運(yùn)行。 第七章操作系統(tǒng)接口 7.3系系 統(tǒng)統(tǒng) 調(diào)調(diào) 用用 .1系統(tǒng)調(diào)用的基本概念系統(tǒng)調(diào)用的基本概念通常，在OS的核心中都設(shè)置了一組用于實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的子程序(過程)，并將它們提供給應(yīng)用程序調(diào)用。由于這些程序或過程是OS系統(tǒng)本身程序模塊中的一部分，為了保護(hù)

44、操作系統(tǒng)程序不被用戶程序破壞，一般都不允許用戶程序訪問操作系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)，所以也不允許應(yīng)用程序采用一般的過程調(diào)用方式來直接調(diào)用這些過程，而是向應(yīng)用程序提供了一系列的系統(tǒng)調(diào)用命令，讓應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用去調(diào)用所需的系統(tǒng)過程。 第七章操作系統(tǒng)接口 1 1系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常運(yùn)行著兩類程序：系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序，為了保證系統(tǒng)程序不被應(yīng)用程序有意或無意地破壞，為計(jì)算機(jī)設(shè)置了兩種狀態(tài)：系統(tǒng)態(tài)(也稱為管態(tài)或核心態(tài))和用戶態(tài)(也稱為目態(tài))。操作系統(tǒng)在系統(tǒng)態(tài)運(yùn)行，而應(yīng)用程序只能在用戶態(tài)運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行過程中，處理機(jī)會(huì)在系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)間切換。相應(yīng)地，現(xiàn)代多數(shù)操作系統(tǒng)將CPU的指令集分

45、為特權(quán)指令和非特權(quán)指令兩類。 第七章操作系統(tǒng)接口 1) 特權(quán)指令所謂特權(quán)指令，就是在系統(tǒng)態(tài)時(shí)運(yùn)行的指令，是關(guān)系到系統(tǒng)全局的指令。其對(duì)內(nèi)存空間的訪問范圍基本不受限制，不僅能訪問用戶存儲(chǔ)空間，也能訪問系統(tǒng)存儲(chǔ)空間，如啟動(dòng)各種外部設(shè)備、設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)間、關(guān)中斷、清主存、修改存儲(chǔ)器管理寄存器、執(zhí)行停機(jī)指令、轉(zhuǎn)換執(zhí)行狀態(tài)等。特權(quán)指令只允許操作系統(tǒng)使用，不允許應(yīng)用程序使用，否則會(huì)引起系統(tǒng)混亂。 第七章操作系統(tǒng)接口 2) 非特權(quán)指令非特權(quán)指令是在用戶態(tài)時(shí)運(yùn)行的指令。一般應(yīng)用程序所使用的都是非特權(quán)指令，它只能完成一般性的操作和任務(wù)，不能對(duì)系統(tǒng)中的硬件和軟件直接進(jìn)行訪問，其對(duì)內(nèi)存的訪問范圍也局限于用戶空間。這樣

46、，可以防止應(yīng)用程序的運(yùn)行異常對(duì)系統(tǒng)造成的破壞。這種限制是由硬件實(shí)現(xiàn)的，如果在應(yīng)用程序中使用了特權(quán)指令，就會(huì)發(fā)出權(quán)限出錯(cuò)信號(hào)，操作系統(tǒng)捕獲到這個(gè)信號(hào)后，將轉(zhuǎn)入相應(yīng)的錯(cuò)誤處理程序，并將停止該應(yīng)用程序的運(yùn)行，重新調(diào)度。 第七章操作系統(tǒng)接口 2 2系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用如上所述，一方面由于系統(tǒng)提供了保護(hù)機(jī)制，防止應(yīng)用程序直接調(diào)用操作系統(tǒng)的過程，從而避免了系統(tǒng)的不安全性。但另一方面，應(yīng)用程序又必須取得操作系統(tǒng)所提供的服務(wù)，否則，應(yīng)用程序幾乎無法作任何有價(jià)值的事情，甚至無法運(yùn)行。為此，在操作系統(tǒng)中提供了系統(tǒng)調(diào)用，使應(yīng)用程序可以通過系統(tǒng)調(diào)用的方法，間接調(diào)用操作系統(tǒng)的相關(guān)過程，取得相應(yīng)的服務(wù)。當(dāng)應(yīng)用程序中需要操作系

47、統(tǒng)提供服務(wù)時(shí)，如請(qǐng)求I/O資源或執(zhí)行I/O操作，應(yīng)用程序必須使用系統(tǒng)調(diào)用命令。由操作系統(tǒng)捕獲到該命令后，便將CPU的狀態(tài)從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)態(tài)，然后執(zhí)行操作系統(tǒng)中相應(yīng)的子程序(例程)，完成所需的功能。執(zhí)行完成后，系統(tǒng)又將CPU狀態(tài)從系統(tǒng)態(tài)轉(zhuǎn)換到用戶態(tài)，再繼續(xù)執(zhí)行應(yīng)用程序。 第七章操作系統(tǒng)接口 可見，系統(tǒng)調(diào)用在本質(zhì)上是應(yīng)用程序請(qǐng)求OS內(nèi)核完成某功能時(shí)的一種過程調(diào)用，但它是一種特殊的過程調(diào)用，它與一般的過程調(diào)用有下述幾方面的明顯差別：(1) 運(yùn)行在不同的系統(tǒng)狀態(tài)。一般的過程調(diào)用，其調(diào)用程序和被調(diào)用程序都運(yùn)行在相同的狀態(tài)系統(tǒng)態(tài)或用戶態(tài)；而系統(tǒng)調(diào)用與一般調(diào)用的最大區(qū)別就在于：調(diào)用程序是運(yùn)行在用戶態(tài)，而被

48、調(diào)用程序是運(yùn)行在系統(tǒng)態(tài)。 第七章操作系統(tǒng)接口 (2) 狀態(tài)的轉(zhuǎn)換通過軟中斷進(jìn)入。由于一般的過程調(diào)用并不涉及到系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，可直接由調(diào)用過程轉(zhuǎn)向被調(diào)用過程。但在運(yùn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，由于調(diào)用和被調(diào)用過程是工作在不同的系統(tǒng)狀態(tài)，因而不允許由調(diào)用過程直接轉(zhuǎn)向被調(diào)用過程。通常都是通過軟中斷機(jī)制，先由用戶態(tài)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)態(tài)，經(jīng)核心分析后，才能轉(zhuǎn)向相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用處理子程序。(3) 返回問題。在采用了搶占式(剝奪)調(diào)度方式的系統(tǒng)中，在被調(diào)用過程執(zhí)行完后，要對(duì)系統(tǒng)中所有要求運(yùn)行的進(jìn)程做優(yōu)先權(quán)分析。當(dāng)調(diào)用進(jìn)程仍具有最高優(yōu)先級(jí)時(shí)，才返回到調(diào)用進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；否則，將引起重新調(diào)度，以便讓優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程優(yōu)先執(zhí)行。此時(shí)，將把調(diào)

49、用進(jìn)程放入就緒隊(duì)列。 第七章操作系統(tǒng)接口 (4) 嵌套調(diào)用。像一般過程一樣，系統(tǒng)調(diào)用也可以嵌套進(jìn)行，即在一個(gè)被調(diào)用過程的執(zhí)行期間，還可以利用系統(tǒng)調(diào)用命令去調(diào)用另一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。當(dāng)然，每個(gè)系統(tǒng)對(duì)嵌套調(diào)用的深度都有一定的限制，例如最大深度為6。但一般的過程對(duì)嵌套的深度則沒有什么限制。圖7-3示出了沒有嵌套及有嵌套的兩種系統(tǒng)調(diào)用情況。 第七章操作系統(tǒng)接口 圖7-3系統(tǒng)功能的調(diào)用 系統(tǒng)調(diào)用命令調(diào)用返回系統(tǒng)功能用戶程序(a) 系統(tǒng)調(diào)用與返回系統(tǒng)調(diào)用命令調(diào)用系統(tǒng)功能系統(tǒng)調(diào)用命令返回系統(tǒng)子功能(b) 程序之間的嵌套調(diào)用第七章操作系統(tǒng)接口 3 3中斷機(jī)制中斷機(jī)制系統(tǒng)調(diào)用是通過中斷機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，并且一個(gè)操作系統(tǒng)的所

50、有系統(tǒng)調(diào)用都通過同一個(gè)中斷入口來實(shí)現(xiàn)。如MS-DOS提供了INT 21H，應(yīng)用程序通過該中斷獲取操作系統(tǒng)的服務(wù)。對(duì)于擁有保護(hù)機(jī)制的操作系統(tǒng)來說，中斷機(jī)制本身也是受保護(hù)的，在IBM PC上，Intel提供了多達(dá)255 個(gè)中斷號(hào)，但只有授權(quán)給應(yīng)用程序保護(hù)等級(jí)的中斷號(hào)，才是可以被應(yīng)用程序調(diào)用的。對(duì)于未被授權(quán)的中斷號(hào)，如果應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)用，同樣會(huì)引起保護(hù)異常，而導(dǎo)致自己被操作系統(tǒng)停止。如Linux 僅僅給應(yīng)用程序授權(quán)了4 個(gè)中斷號(hào)：3、4、5以及80h，前三個(gè)中斷號(hào)是提供給應(yīng)用程序調(diào)試所使用的，而80h正是系統(tǒng)調(diào)用(system call)的中斷號(hào)。 第七章操作系統(tǒng)接口 .2系統(tǒng)調(diào)用的

51、類型系統(tǒng)調(diào)用的類型1 1進(jìn)程控制類系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)程控制類系統(tǒng)調(diào)用這類系統(tǒng)調(diào)用主要用于對(duì)進(jìn)程的控制，如創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程和終止一個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行，獲得和設(shè)置進(jìn)程屬性等。1) 創(chuàng)建和終止進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用在多道程序環(huán)境下，為使多道程序能并發(fā)執(zhí)行，必須先利用創(chuàng)建進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用來為欲參加并發(fā)執(zhí)行的各程序分別創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程。當(dāng)進(jìn)程已經(jīng)執(zhí)行結(jié)束時(shí)、 或因發(fā)生異常情況而不能繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，可利用終止進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用來結(jié)束該進(jìn)程的運(yùn)行。 第七章操作系統(tǒng)接口 2) 獲得和設(shè)置進(jìn)程屬性的系統(tǒng)調(diào)用當(dāng)我們創(chuàng)建了一個(gè)(些)新進(jìn)程后，為了能控制它(們)的運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)能了解、 確定和重新設(shè)置它(們)的屬性。這些屬性包括: 進(jìn)程標(biāo)識(shí)符、進(jìn)程優(yōu)先級(jí)、

52、最大允許執(zhí)行時(shí)間等。此時(shí)，我們可利用獲得進(jìn)程屬性的系統(tǒng)調(diào)用，來了解某進(jìn)程的屬性，利用設(shè)置進(jìn)程屬性的系統(tǒng)調(diào)用，來確定和重新設(shè)置進(jìn)程的屬性。 第七章操作系統(tǒng)接口 3) 等待某事件出現(xiàn)的系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)程在運(yùn)行過程中，有時(shí)需要等待某事件(條件)出現(xiàn)后方可繼續(xù)執(zhí)行。例如，一進(jìn)程在創(chuàng)建了一個(gè)(些)新進(jìn)程后，需要等待它(們)運(yùn)行結(jié)束后，才能繼續(xù)執(zhí)行，此時(shí)可利用等待子進(jìn)程結(jié)束的系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行等待；又如，在客戶/服務(wù)器模式中，若無任何客戶向服務(wù)器發(fā)出消息，則服務(wù)器接收進(jìn)程便無事可做，此時(shí)該進(jìn)程就可利用等待(事件)的系統(tǒng)調(diào)用，使自己處于等待狀態(tài)，一旦有客戶發(fā)來消息時(shí)，接收進(jìn)程便被喚醒，進(jìn)行消息接收的處理。 第七章操作系

53、統(tǒng)接口 2 2文件操縱類系統(tǒng)調(diào)用文件操縱類系統(tǒng)調(diào)用對(duì)文件進(jìn)行操縱的系統(tǒng)調(diào)用數(shù)量較多，有創(chuàng)建文件、刪除文件、打開文件、關(guān)閉文件、讀文件、寫文件、建立目錄、移動(dòng)文件的讀/寫指針、改變文件的屬性等。1) 創(chuàng)建和刪除文件當(dāng)用戶需要在系統(tǒng)中存放程序或數(shù)據(jù)時(shí)，可利用創(chuàng)建文件的系統(tǒng)調(diào)用creat，由系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的文件名和存取方式來創(chuàng)建一個(gè)新文件；當(dāng)用戶已不再需要某文件時(shí)，可利用刪除文件的系統(tǒng)調(diào)用unlink將指名文件刪除。 第七章操作系統(tǒng)接口 2) 打開和關(guān)閉文件用戶在第一次訪問某個(gè)文件之前，應(yīng)先利用打開文件的系統(tǒng)調(diào)用open，將指名文件打開，即系統(tǒng)將在用戶(程序)與該文件之間建立一條快捷通路。在文件被

54、打開后，系統(tǒng)將給用戶返回一個(gè)該文件的句柄或描述符；當(dāng)用戶不再訪問某文件時(shí)，又可利用關(guān)閉文件的系統(tǒng)調(diào)用close，將此文件關(guān)閉，即斷開該用戶程序與該文件之間的快捷通路。 第七章操作系統(tǒng)接口 3) 讀和寫文件用戶可利用讀系統(tǒng)調(diào)用read，從已打開的文件中讀出給定數(shù)目的字符，并送至指定的緩沖區(qū)中；同樣，用戶也可利用寫系統(tǒng)調(diào)用write，從指定的緩沖區(qū)中將給定數(shù)目的字符寫入指定文件中。read和write兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用是文件操縱類系統(tǒng)調(diào)用中使用最頻繁的。 第七章操作系統(tǒng)接口 3 3進(jìn)程通信類系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)程通信類系統(tǒng)調(diào)用在OS中經(jīng)常采用兩種進(jìn)程通信方式，即消息傳遞方式和共享存儲(chǔ)區(qū)方式。當(dāng)系統(tǒng)中采用消息傳遞方

55、式時(shí)，在通信前，必須先打開一個(gè)連接。為此，應(yīng)由源進(jìn)程發(fā)出一條打開連接的系統(tǒng)調(diào)用open connection，而目標(biāo)進(jìn)程則應(yīng)利用接受連接的系統(tǒng)調(diào)用accept connection表示同意進(jìn)行通信；然后，在源和目標(biāo)進(jìn)程之間便可開始通信?？梢岳冒l(fā)送消息的系統(tǒng)調(diào)用send message或者用接收消息的系統(tǒng)調(diào)用receive message來交換信息。通信結(jié)束后，還須再利用關(guān)閉連接的系統(tǒng)調(diào)用close connection結(jié)束通信。 第七章操作系統(tǒng)接口 用戶在利用共享存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行通信之前，須先利用建立共享存儲(chǔ)區(qū)的系統(tǒng)調(diào)用來建立一個(gè)共享存儲(chǔ)區(qū)，再利用建立連接的系統(tǒng)調(diào)用將該共享存儲(chǔ)區(qū)連接到進(jìn)程自身的虛

56、地址空間上，然后便可利用讀和寫共享存儲(chǔ)區(qū)的系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)相互通信。除上述的三類外，常用的系統(tǒng)調(diào)用還包括設(shè)備管理類系統(tǒng)調(diào)用和信息維護(hù)類系統(tǒng)調(diào)用，前者主要用于實(shí)現(xiàn)申請(qǐng)?jiān)O(shè)備、釋放設(shè)備、設(shè)備I/O 和重定向、獲得和設(shè)置設(shè)備屬性、邏輯上連接和釋放設(shè)備等功能，后者主要用來獲得包括有關(guān)系統(tǒng)和文件的時(shí)間、日期信息、操作系統(tǒng)版本、當(dāng)前用戶以及有關(guān)空閑內(nèi)存和磁盤空間大小等多方面的信息。 第七章操作系統(tǒng)接口 7.3.3 POSIX7.3.3 POSIX標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)目前許多操作系統(tǒng)都提供了上面所介紹的各種類型的系統(tǒng)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)的功能也相類似，但在實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)和形式方面卻相差很大，這種差異給實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)平臺(tái)的無關(guān)性帶來

57、了很大的困難。為解決這一問題，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO給出的有關(guān)系統(tǒng)調(diào)用的國際標(biāo)準(zhǔn)POSIX1003.1(Portable Operating System IX)，也稱為“基于UNIX 的可移植操作系統(tǒng)接口”。POSIX 定義了標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口(API)，用于保證編制的應(yīng)用程序可以在源代碼一級(jí)上在多種操作系統(tǒng)上移植運(yùn)行。只有符合這一標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序，才有可能完全兼容多種操作系統(tǒng)，即在多種操作系統(tǒng)下都能夠運(yùn)行。 第七章操作系統(tǒng)接口 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)定義了一組過程，這組過程是構(gòu)造系統(tǒng)調(diào)用所必須的。通過調(diào)用這些過程所提供的服務(wù)，確定了一系列系統(tǒng)調(diào)用的功能。一般而言，在POSIX標(biāo)準(zhǔn)中，大多數(shù)的系統(tǒng)調(diào)用是

58、一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用直接映射一個(gè)過程，但也有一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)若干個(gè)過程的情形，如一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用所需要的過程是其它系統(tǒng)調(diào)用的組合或變形時(shí)， 則往往會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)過程。 第七章操作系統(tǒng)接口 需要明確的是，POSIX標(biāo)準(zhǔn)所定義的一組過程雖然指定了系統(tǒng)調(diào)用的功能，但并沒有明確規(guī)定系統(tǒng)調(diào)用是以什么形式實(shí)現(xiàn)的，是庫函數(shù)還是其它形式。如早期操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用使用匯編語言編寫，這時(shí)的系統(tǒng)調(diào)用可看成是擴(kuò)展的機(jī)器指令，因而，能在匯編語言編程中直接使用。而在一些高級(jí)語言或C語言中，尤其是最新推出的一些操作系統(tǒng)，如UNIX新版本、Linux、Windows 和OS/2 等，其系統(tǒng)調(diào)用干脆用C語言編寫，并以庫函數(shù)形式提供，所以在用C

59、 語言編制的應(yīng)用程序中，可直接通過使用對(duì)應(yīng)的庫函數(shù)來使用系統(tǒng)調(diào)用，庫函數(shù)的目的是隱藏訪管指令的細(xì)節(jié)，使系統(tǒng)調(diào)用更像過程調(diào)用。但一般地說，庫函數(shù)屬于用戶程序而非系統(tǒng)調(diào)用程序。如圖7-4示出了UNIX/Linux的系統(tǒng)程序、庫函數(shù)、系統(tǒng)調(diào)用的層次關(guān)系。 第七章操作系統(tǒng)接口 圖7-4 Unix/Linux系統(tǒng)程序、庫函數(shù)、系統(tǒng)調(diào)用的分層關(guān)系 操作系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用：進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、文件管理、設(shè)備管理標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)：打開、關(guān)閉、讀、寫、創(chuàng)建、撤銷標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)程序(實(shí)用程序)系統(tǒng)程序：匯編、編譯、編輯、Shell用 戶用戶接口庫函數(shù)接口系統(tǒng)調(diào)用接口第七章操作系統(tǒng)接口 7.3.4 7.3.4 系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)

60、系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)1 1中斷和陷入硬件機(jī)構(gòu)中斷和陷入硬件機(jī)構(gòu)1) 中斷和陷入的概念中斷是指CPU對(duì)系統(tǒng)發(fā)生某事件時(shí)的這樣一種響應(yīng): CPU暫停正在執(zhí)行的程序，在保留現(xiàn)場(chǎng)后自動(dòng)地轉(zhuǎn)去執(zhí)行該事件的中斷處理程序；執(zhí)行完后，再返回到原程序的斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。圖7-5表示中斷時(shí)CPU的活動(dòng)軌跡。還可進(jìn)一步把中斷分為外中斷和內(nèi)中斷。所謂外中斷，是指由于外部設(shè)備事件所引起的中斷，如通常的磁盤中斷、打印機(jī)中斷等；而內(nèi)中斷則是指由于CPU內(nèi)部事件所引起的中斷，如程序出錯(cuò)(非法指令、地址越界)、電源故障等。內(nèi)中斷(trap)也被譯為“捕獲”或“陷入”。通常，陷入是由于執(zhí)行了現(xiàn)行指令所引起的；而中斷則是由于系統(tǒng)中某事件引起的，該