操作系统用户接口

用户想在自己的程序中调用操作系统的子功能，就必须改变机器 的状态。
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2.4系统调用
2. 系统调用的实现
1、什么是系统调用？
对于用户所需要的各种模块，在操作系统设计时，就确定和编制好能实
现这些功能的例行子程序，它们属于操作系统的内核模块。用户要使用这些
例行子程序，就要采用系统调用的方式。 用户程序运行时处于用户态，而操作系统例行子程序的执行处于管态。用
Trap的16进制操作码为89，write的功能码为04。即write 将被翻译 成一条二进制为“1000100100000100”的机器指令（其八进制是104404）。 Write命令括号中的参数，将由编译程序把它们顺序放在trap指令的后面。
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2.4系统调用
2. 系统调用的实现 C语言源程序
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2.4系统调用
2. 系统调用的实现
2、系统调用实现过程。
操作系统提供的系统调用与一般的过程调用（或称子程序调用）的区别：
1）一般的过程调用，调用者与被调用者都运行在相同的CPU状态，即或都处于 目态（用户程序调用用户程序），或都处于管态（系统程序调用系统程序）； 但发生系统调用时，发出调用命令的调用者运行在目态，而被调用的对象则运 行在管态。
为管态。
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2.4系统调用
2. 系统调用的实现
1、什么是系统调用？
为了使控制能跳到用户当前所需要的那个例行子程序去，就需要指令提 供一个地址码，用这个地址码表示系统调用的功能号。它也是操作系统提供 的例行子程序的编号。然后在访管指令中输入相应的号码，以完成用户当前 所需要的服务。因此，一个带有一定功能号的访管指令就定义了一条系统调 用命令。用户可以用带有不同功能号的访管指令来请求各种不同的功能。
为了确保只在操作系统范围内使用特权指令，计算机系统让CPU取两种工 作状态：管态和目态（又称核心态和用户态）。规定当CPU处于管态时，可以 执行包括特权指令在内的一切机器指令；当其处于目态时，只能执行非特权 指令，禁止使用特权指令。
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2.4系统调用
CPU是处于管态还是目态，硬件会自动设置与识别。当CPU的控制 权移到操作系统时，硬件就把CPU工作的方式设置成管态；当操作系统 选择用户程序占用处理机时，CPU的工作方式就会由管态转换成目态。
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2.1 用户接口简介
作业控制语言（脱机用户接口）
普通用户
命令操作接口 键盘命令（联机用户接口）
操
图形化用户接口
作
计
系
算
统
机
编程人员
程序接口即系统调用
图2.1 操作系统提供的接口
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2.2 命令接口
1.作业
作业由程序、数据和作业说明书三部分组成。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业务处理工作。作业说明书则体现用户的 控制意图。
例如： svc 0 svc 1
显示一个字符 打印一个字符串

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2.4系统调用
2. 系统调用的实现
2、系统调用实现过程。
在系统中为控制系统调用服务的处理机构称为陷阱(trap)处理机 构。与此相对应，把由于系统调用引起处理机中断的指令称为陷阱指 令（或称访管指令）。
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2.4系统am 调用
操作系统实用教程
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第2章 操作系统用户接口
2.1
用户接口简介
2.2
命令接口
2.3
图形接口
2.4
系统调用
2.5
Linux编程基础
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2.1 用户接口简介
操作系统是用户和计算机之间的接口，即用户是通过操作系统来 使用计算机的，用户接口是操作系统的重要组成部分。
一般来说，计算机系统有两类用户。一类是使用和管理计算机应用 程序的用户，也就是被服务者，另一类是程序开发人员。操作系统为 不同的用户提供不同的用户接口。
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2.4系统调用
1. 处理机的两种工作状态
在多道程序设计环境下，多个程序共享系统资源。正是由于要实现对资源 的“共享”，涉及资源管理的硬指令就不能随便使用。因此常把CPU指令系统 中的指令划分为两类，一类是大家（指操作系统和用户）都能使用的指令，称 为“非特权指令”；一类是操作系统使用的指令，称为“特权指令”。
2. 系统调用的实现
2、系统调用实现过程。
为了实现系统调用，操作系统设计 者必须完成的工作如下：
用户程序
SVC i
1）编写调试好能实现各种功能的例 行子程序，如sub0、sub1断处理程序
(1)保护现场 (2)取i值寻 找子程序入 口 (3)返回
入口地址表
A A+0 A+1
a0 a1
A+i ai

2）编写并调试好访管中断处理程序，其功能是：做常规的 现场保护后，取i值，然后寻找例行子程序入口地址.
例行子程序
a0 Sub0
a Subi
i
ai subm
3）构造例行子程序入口地址表。假定该表首址为A，每个例行子程序的入口地址占一 个字长，将各例行子程序的入口地址#sub0，#sub1，…，#subi，…，#subm（即a0， a1，…，ai，…，am）分别送入A+0，A+1，…，A+i，…，A+m单元中。
户程序请求操作系统服务时，会发生处理机状态的改变。此时，就必须用到一
种特殊的调用方式：访管方式。 为了实现这种调用，系统提供一条自愿进管指令（访管指令），当CPU执
行到这条指令时就发生中断，称为自愿进管中断（访管中断），它表示正在运
行的程序对操作系统提出某种要求。此时就可以改变机器的状态，即由目态转
2）一般的过程调用，是直接通过转移指令转向被调用的程序；但系统调用时， 只能通过访管指令提供的统一的入口，由目态进入管态，然后转向相应的系统 调用命令。
3）一般的过程调用，执行完后径直返回断点继续执行；但系统调用可能会招致 进程状态的变化，从而引起系统重新分配处理机，因此系统调用处理结束后， 不一定是返回调用者断点处继续执行。
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2.2 命令接口
3. 联机用户接口
这是为联机用户提供的，它由一组键盘操作命令及命令解释程序所组成。 当用户在终端或控制台上每键入一条命令后，系统便立即转入命令解释程序， 对该命令加以解释并执行该命令。在完成指定功能后，控制又返回到终端或 控制台上，等待用户键入下一条命令。这样，用户可通过先后键入不同命令 的方式，来实现对作业的控制，直至作业完成。
4. 携带3个参数去执行write的处理程序，从而完成用户提出的输入/输出操作请求。
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从计算机系统角度来看，作业是用户在一次“算题”过程中要求计算机所 要完成工作的集合。
操作系统的命令控制接口就是用来组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，即脱机方式和联机方式。
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2.2 命令接口
2. 脱机用户接口
该接口是为批处理作业的用户提供的，故也称为批处理用户接口。该接口 由一组作业控制语言JCL组成。
用户用JCL把需要对作业进行的控制和干预，事先写在作业说明书上，然后 将作业连同作业说明书一起提供给系统。当系统调度到该作业运行时，又调用 命令解释程序，对作业说明书上的命令，逐条地解释执行。
如果作业在执行过程中出现异常现象，系统也将根据作业说明书上的指示 进行干预。这样，作业一直在作业说明书的控制下运行，直至遇到作业结束语 句时，系统才停止该作业的运行。
在分时系统和具有交互作用的系统中，操作命令最通常和基本的形式为键
盘命令。
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2.3 图形接口
为了使不同阶层、不同文化程度的人都能使用计算机，必须使人机对话的 界面更 为方便、友好、易学，这是一个十分重要的问题。在这种方式下出现 了菜单驱动方式、图符驱动方式直至视窗操作环境。
1、菜单驱动方式 菜单驱动方式是面向屏幕的交互方式，它将键盘命令以屏幕方式来体现。 菜单系统的类型有多种，如下拉式菜单、上推式菜单和随机弹出式菜单。
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2.4系统调用
2. 系统调用的实现
3、系统调用实例 例：在C语言中，write（fd，buf，count）是UNIX型有关文
件的一个系统调用命令。
C编译程序在编译C的源程序时，总是把系统调用命令翻译成能够引起 软中断的访管指令trap。该指令长两个字节，第1个字节为操作码，第2个 字节为系统调用命令的功能编码。
2、图符驱动方式
图符驱动方式也是一种面向屏幕的图形菜单选择方式。图符也称为图
标，是一个很小的图形符号。它代表操作系统中的命令、系统服务、操作
功能、各种资源。例如用小矩形代表文件，用小剪刀代表剪贴。
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2.4系统调用
系统调用是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的， 是用户程序取得操作系统服务的唯一途径。
系统调用处理程序入口表 trap中断处理程序 目标程序
3、系统调用实例
3
如图描绘系统调用处理过程：
Write(fd,buf,count) 104404 (trap 04)
4
3
write入口
1. C语言编译程序把系统调用命令write（fd， buf，count）翻译成一条trap指令104404， 简记为trap 04。
编译程序
5
产生中断 查入口表
Write 处理程序
2. 当处理机执行到trap 04这条指令时，就产生中断，硬件自动把处理机的工作方式由目 态转变为管态。
3. CPU去执行操作系统中的trap中断处理程序，该程序根据trap后面的功能码04，从系统调用 处理程序入口地址表中的第5个表目中，得到该系统调用应该有3个参数（它跟随在目标程 序trap 04指令的后面）。另外从表目中也得到该系统调用处理程序的入口地址。