操作系统的界面

1、第第2章章 操作系统的界面操作系统的界面 2.1 用户工作环境2.2 操作系统的用户接口2.3 操作系统提供的服务2.1 用户工作环境用户工作环境n用户环境指的是用户以自己的账号和密码登录到系统后所见到的整体操作环境，这个环境应该由操作系统和用户自身设定综合而成。 操作系统会在用户账号下关联一个操作偏好设置的记录，当某用户以自身账号和相应密码登录系统后，操作系统将自动按照该记录设置默认的用户操作环境。对普通用户而言，图形化的环境更容易上手和操作对特殊应用领域的用户而言，使用命令行形式能获得更好的响应效率2.1.1 用户环境用户环境n在设定用户环境前，通常要求系统先启动，即先将所有用户的公共服务

2、和基本的系统操作环境设置好，然后再根据各用户的个人设定进行细微的调整。 以linux为例，看到如下图像表示系统正在开机自检并配置基本操作环境。2.1.2 系统的生成与引导系统的生成与引导n操作系统需要完成生成与引导两个步骤后才能为用户提供正确的服务，确保用户任务的顺利完成。系统生成(System Generation，SYSGEN)：在为用户建立工作环境前，需要先检测硬件情况，并在特定硬件之上配置和构造操作系统。系统引导指的是将操作系统内核装入内存并启动系统的过程。 2.1.2 系统的生成与引导系统的生成与引导n系统生成当裸机被启动时，为了生成正确的操作系统，需要根据硬件平台的状况进行一系列重

3、要的安装工作，为此需要设计一个特殊的程序来自动进行系统生成。l系统生成程序从指定文件中读取硬件系统的配置信息，或从操作人员处获取这些信息，甚至在某些系统采用硬件直接检测的信息获取方式。l配置信息用来帮助系统记录硬件配置信息，以便能根据硬件选择合适的操作系统模块组。 2.1.2 系统的生成与引导系统的生成与引导n系统生成时参考的重要配置信息CPU类型内存大小 当前关联设备的类型和数量 操作系统的重要功能选项和参数 2.1.2 系统的生成与引导系统的生成与引导n系统生成方法表驱动法：所有的系统代码(尤其是实现核心功能的内核代码)以文件形式出现在外存的指定位置。当系统实际运行时，根据自身当前运行需要

4、选择相应的功能模块装入内存。l这种方法的好处是能以最小的内存空间保证最基本的系统功能运作，同时也加速了启动速度。 2.1.2 系统的生成与引导系统的生成与引导n系统生成方法其他方法：为了实现专有硬件平台对实时性、快速性等特殊性能的更高要求，可根据用户的特定需求定制操作系统，并将其完全编译，形成专用系统。l此类系统将一些与用户需求无关的功能直接裁掉，以牺牲全面性能的方式换取更快速响应。 2.1.2 系统的生成与引导系统的生成与引导n系统引导 系统引导由位于系统ROM中的启动引导程序完成，整个系统引导过程包括定位内核代码在外存的具体位置、按照要求正确装入内核至内存并最终使内核运行起来。l初始引导l

5、内核初始化l全系统初始化2.1.2 系统的生成与引导系统的生成与引导n 初始引导 计算机BIOS完成，包括中断服务程序、系统设置程序、上电自检(Power On Self Test ，POST)和系统启动自举程序等l中断服务程序是系统软硬件间的一个可编程接口，用于完成硬件初始化l系统设置程序用来设置CMOS RAM中的各项参数l上电自检POST在通电后自动对系统中各关键和主要外设进行检查，一旦在自检中发现问题就通过鸣笛或提示信息警告用户 l系统启动自举程序按照系统CMOS设置中保存的启动顺序搜索有效的硬件驱动器，读入操作系统引导程序，接着将系统控制权交给引导程序，并由引导程序装入内核代码，以便

6、完成系统的顺序启动 2.1.2 系统的生成与引导系统的生成与引导n内核初始化引导程序将系统内核装入内存后就将CPU控制权交给内核内核执行对硬件、电路逻辑等的初始化操作，以及对内核数据结构的初始化 2.1.2 系统的生成与引导系统的生成与引导n全系统初始化 该步骤的主要任务是启动用户接口，使系统处于等待命令输入状态l此时操作系统做的主要工作是为用户创建基本工作环境，接收、解释和执行用户程序与指令。l全系统初始化完成后，各用户看到的接口表现会根据用户自身设定显示 Linux用户命令行登录界面Linux用户图形登录界面2.1.3 实例分析：实例分析：Linux系统启动系统启动nLinux的启动过程需

7、要多个环节的配合，首先需要由BIOS加载操作系统引导程序，由其加载操作系统内核，内核装入时需要先进行代码的解压缩，然后才能开始初始化过程，初始化过程完成后陆续生成各终端进程，以便为用户提供所需系统服务。BIOS初始化 装载启动引导程序 内核初始化 启动系统 2.1.3 实例分析：实例分析：Linux系统启动系统启动nBIOS初始化 硬件配置检测：检查并获取外设数量、类型、工作方式等重要的管控信息 硬件初始化：可避免硬件设备操作不会造成硬件冲突，同时显示系统中所有PCI设备列表装入引导程序：根据用户预定义次序依次访问软盘、硬盘和CD-ROM的第一个扇区，并将搜索过程中遇到的第一个引导程序装入内存

8、转向引导程序：引导程序装载完成后，复制主引导扇区到内存起始位置为0 x7C000处，并将此地址存放在指令指针寄存器里，此时下一条要执行的就是该寄存器所指向单元处的指令，即系统启动引导程序的第一条指令2.1.3 实例分析：实例分析：Linux系统启动系统启动n装载启动引导程序 Linux中当前最流行的启动引导程序为GRUBlGRUB占用空间较大，无法一次性全部放入MBR，因此在BIOS初始化时装入的只是最初的部分内容（stage 1）lStage1的工作是将GRUB的剩余功能代码(Stage2)装入内存， Stage2将汇编语言环境转化为C语言环境，接着显示一个界面让用户选择想要启动的操作系统l

9、用户选择了要启动的系统后，相应内核将被装入内存Red Hat Enterprise Linux 5 的启动菜单 2.1.3 实例分析：实例分析：Linux系统启动系统启动n内核初始化（ Setup.S程序）首先从BIOS中获取有关内存、磁盘以及其它设备的重要参数等数据，并将这些数据放到内存的特定空间对读入的内核信息进行检测检测并配置内存、键盘、磁盘等各种设备，设置中断描述符表、全局描述符表等表格以及中断向量等数据结构启动startup_32()函数装入各数据段寄存器、初始化页表、建立0号进程的内核堆栈，重新设置中断描述符表、全局描述符表，拷贝系统参数启动init()函数(1号进程)。 2.1.

10、3 实例分析：实例分析：Linux系统启动系统启动n启动系统启动系统过程由init()函数完成，因此它又被称为初始化进程，负责创建并初始化其它所有的新进程 工作过程l读取设置文件/etc/inittabl执行系统初始化脚本、对系统进行基本设置、挂载根文件系统和其它文件系统l确定启动后进入的运行级别l顺序启动并初始化系统重要服务工作l启动虚拟终端，并在运行级别5上运行X-windowLinux的图形界面服务软件2.1.3 实例分析：实例分析：Linux系统启动系统启动nLinux启动过程实际上是一个CPU控制权的传递过程 2.2 操作系统的用户接口操作系统的用户接口n操作系统是用户程序执行的平台

11、，为用户进程提供系统服务n操作系统的关键性、重要性要求用户不能随意直接访问和调用系统功能模块在现代计算机体系中，用户使用系统服务必须通过规定好的接口2.2 操作系统的用户接口操作系统的用户接口n操作系统为用户提供的接口有图形接口、命令接口和程序接口几种形式2.2 操作系统的用户接口操作系统的用户接口n命令接口使用方法：在终端上输入命令，指定要获取的系统服务名称、具体服务内容和被操作对象等信息，这些信息将被传输给服务程序，以便满足用户要求命令接口是交互式接口，由终端处理程序、命令解释程序和指令集合组成l终端处理程序：接收用户输入的命令，并将其显示在屏幕上l命令解释程序：用户核查无误后，使用回车键

12、通知该程序开始分析指令和发送解析结果，并等待服务程序的处理反馈l指令集合：机器语言编写的机器动作指令，由计算机硬件体系的各部件合作完成，该集合表征了计算机的功能2.2 操作系统的用户接口操作系统的用户接口l命令接口批处理文件可被视为特殊的命令接口使用方式l批处理文件的特点l以“行”为单位顺序保存了一个指令序列，该指令序列可以帮助用户完成一个例行任务的快速执行l简化操作、减少输入次数、节省时间l可对指令流进行简单有效的定制l适合专业用户使用：用户必须按照指定格式和名称申请系统服务，还要了解文件系统的目录结构以确定被操作对象的具体位置l批处理文件用于执行例行性任务2.2 操作系统的用户接口操作系统

13、的用户接口n图形用户接口便于非专业用户正确、方便的使用操作系统l使用图形用户界面的操作系统在执行程序时，首先创建一个新的显示区域，该区域称为窗口，然后在该窗口中进行指定程序的执行l用户在使用窗口时可以根据喜好自定义窗口属性，并在窗口中使用鼠标选择所需操作，此时的鼠标动作相当于命令接口中的各种功能指令2.2 操作系统的用户接口操作系统的用户接口l图形用户接口特点l可以简单、便捷、直观地使用操作系统的各项系统服务l拉近了计算机与普通用户的距离，极大地促进了计算机应用的发展l缩短指令学习周期l帮助专业人员将更多的精力和时间放在更为重要的工作上去2.2 操作系统的用户接口操作系统的用户接口n命令接口与

14、图形接口的比较命令接口：优势在于对计算机资源的控制更为直接有效、系统与用户的互动性更强、占用资源少、响应时间短，可以用于实现更为复杂和特殊的计算机操控要求 图形接口：具有美观性、易用性、便捷性，利于非专业人士和无需控制系统环境的专业人士使用命令接口与图形接口均用于人机交互2.2 操作系统的用户接口操作系统的用户接口n程序接口 用户程序中需要使用系统服务时必须使用OS提供的应用程序接口（API）l系统程序：用于管理和分配系统资源，为用户提供服务l用户程序：用于完成用户自身任务，需要向系统提出资源申请并等待系统的审核分配，是服务的申请者操作系统的程序接口由一组能请求操作系统内核完成特定功能的专用过

15、程调用组成，用户程序必须使用这种方式获取核心态的系统服务 2.3 操作系统提供的服务操作系统提供的服务n操作系统提供的基本服务控制程序运行 进行I/O操作操作文件系统 实现通信 错误处理 n操作系统提供的公共函数资源分配统计管理和控制数据提供系统资源保护2.3.1 操作系统提供的基本服务操作系统提供的基本服务n控制程序运行系统通过服务将用户程序装入内存并运行控制程序在规定时间内结束将执行过程中出现的错误和异常及时地报告给用户或系统的其他错误处理程序n进行I/O操作为保证各用户合理、安全地共享设备资源，用户不能直接控制设备，只能通过向系统发送设备申请来请求系统代其处理，因此系统应具有接收并解析设

16、备请求、完成请求工作、反馈设备工作结果给请求用户等一系列的I/O控制功能 2.3.1 操作系统提供的基本服务操作系统提供的基本服务n操作文件系统 文件系统是OS用来管理、存取文件的机制，支持”按名存取“lOS为用户提供根据文件名称创建、访问、修改、删除文件的方法，以确保文件数据的安全可靠以及正确存取l对于多个用户，操作系统可将不同用户的文件分别保护n实现通信当多个程序合作完成一个大型任务时，通常需要借助通信来控制程序的执行顺序，该通信任务由OS提供的服务完成2.3.1 操作系统提供的基本服务操作系统提供的基本服务n错误处理 在系统运行期间，各种级别的程序都有可能出现错误情况，严重者能造成系统崩溃操作系统通常都要设置错误检查和处理机制，以便及时发现错误并采取正确的处理步骤，避免损害系统的正确性和统一性2.3.2 操作系统提供的公共函数操作系统提供的公共函数n系统内核中还提供大量公共基础函数，用来帮助系统高效运行，确保用户合理共享资源，并提高系统效率资源分配：管理特殊系统资源，确保用户和系统之间、用户之间不会产生资源共享冲突，并能完