第四讲 操作系统运行模型与用户接口目的与要求:了解典型操作系统运行模型及系统调用和用户使用操作系统的界面。重点与难点：操作系统内核嵌入用户
进程执行模型；命令解释器及系统调用实现。作业：8，9，10，112.3操作系统运行模型操作系统核心的主要功能模块如下:系统初始化模
块：准备系统运行环境，最后为每个终端创建一个进程运行命令解释程序.进程管理模块：处理进程类系统调用（如进程创建/结束、进程间通讯等
）；进程调度.存储管理模块：配合进程管理分配进程空间；处理存储类系统调用（如动态增加进程空间）；虚存系统缺页时调入页面处理.文件管
理模块.处理文件类系统调用.外设管理模块.负责外设驱动,中断处理.操作系统三种运行模型:独立运行的内核:用户程序与核心程序在分离的
运行环境中运行,核心程序作为一个独立的特殊执行体运行，有自己独立的运行栈，用户进程通过中断/陷入机制启动核心程序运行（以请求包方式
传递用户请求）。嵌入用户进程执行模式:操作系统核心程序通过中断/陷入机制启动运行，但运行于被打断进程的核心栈上,内核程序执行并发性
好。本书以后对操作系统的描述都是基于这种模式，也是实用OS所用模式。微内核模式:核心程序只包含中断处理,系统调用总控,进程调度等功
能,其他功能由用户态运行的系统进程实现,这种结构开销很大.2.4系统调用凡是涉及操作系统核心管理资源的操作必须由系统调用实现一.主
要系统调用:进程管理:创建进程 pid=fork()终止进程 exit(status)等待子进程结束 pid=waitp
id(pid,…)替换进程映像 s=execve(name,…)文件管理:创建文件 fd=creat(name,…)打开文件 f
d=open(name,…)读文件 n=read(fd,buffer,nbyte)写文件 n=write(fd,buffer,
nbyte)移动文件指针 pos=lseek(fd,offset,…)关闭文件 s=close(fd)存储管理:动态申请/释放存储
空间等其它:设置/获得时间等用户编程时不一定直接调用“系统调用”函数，而是调用更高层的库函数，如win32的API函数、C库函数
等。二.自陷指令(trap)系统调用是一种特殊形式的转子方法,他导致处理机态的变化,为了方便编程，提供系统调用库，由其中的子程序来
组织系统调用,用户程序调系统调用库的子程序。系统调用库程序一般格式： . . .(传给核心的参数按约定填入寄存器) tra
p .(从约定的寄存器中获得核心返回值） . return处理机执行trap指令会导致控制转到操作系统内核的trap处理程序
入口, trap处理程序获得参数,按系统调用入口表散转.参数传递的一般形式：用寄存器传递参数.Trap指令自带参数, Trap指令
是一条长指令,内核通过断点PC值加偏移获得参数系统调用各模块关系图异步调用接口系统调用接口用户程序系统调用库内核总控系统调用处理
总控Write处理磁盘控制器盘中断处理用户态核心态磁盘驱动程序用户程序三.系统调用实现举例系统调用的基本处理过程:write(fd
,…)是一个系统调用库子程序,该子程序用汇编语言写,其中包含trap指令.处理机运行到trap指令,保护现场,转入内核总控总控进一
步保护现场,因为是trap指令引起陷入所以转系统调用处理程序(转下页)(续上页)系统调用处理程序根据系统调用号查系统调用入口表,
得知该系统调用参数个数及处理程序入口地址,获得参数并转相应write处理程序write处理程序将数据从用户缓冲区考入内核的系统缓冲
区,…,调磁盘驱动程序的启动I/O函数,驱动程序生成一个磁盘请求包,启动磁盘传输(或排入磁盘请求队列),等待传输完成(保护现场,这
时可重新调度进程,CPU切换到另一个进程…)(转下页)磁盘I/O完成,产生一个磁盘中断,（这时正运行进程程序被中断打断）启动磁盘
中断处理程序,磁盘中断处理程序清中断位,再从磁盘请求队列中取下一请求,启动磁盘传输.然后找到刚完成请求的请求包,标志成完成状态，(
这时先前进程从阻塞变成就绪,可被调度占用处理机)恢复相应栈中的现场,转write系统调用的后续处理程序...write处理程序处理
结束后返回,系统调用处理总控程序将此次服务结果存入约定好的寄存器(或现场区)返回内核总控（这时会进行进程调度）,恢复现场,用户程序
继续运行.异步调用接口系统调用接口用户程序系统调用库内核总控系统调用处理总控Write处理磁盘控制器盘中断处理用户态核心态磁盘驱
动程序用户程序2.5命令语言与窗口用户界面2.5.1命令语言 (通讯语言/作业控制语言)它是控制作业流程的用户界面,由语言解释器解
释执行命令。UNIX启动一个解释器执行的过程:系统启动时1号进程为每个终端生成一个tty进程,让其运行登录程序用户输入ID及口令,
验证完用户后,转去执行shell命令解释器由解释器处理用户输入命令Shell解释器流程：（功能:解释执行shell命令）通过发“
从终端读”系统调用接收输入直接处理一些控制语句,简单命令对不识别的命令关键字,到PATH环境变量所指目录中找到与命令关键字同名执行
代码文件,产生子进程去运行该程序.等子进程结束后取下一输入命令.实用程序；服务程序；用户程序都是可以通过拍入对应的终端命令而运行
的。系统主要的实用程序有：编辑器。供用户建立和修改文本文件。它会提供一组内部编辑命令。编译器和装配器。实现编译源程序、链接模块、装
配目标程序等功能。文件及文件系统相关的实用程序。文件的拷贝，打印，文件系统装卸等。显示系统进程，资源状态的实用程序。用户管理。如用
户加入删除，口令修改。用户命令与系统调用的关系用户命令对应的实用程序(包括命令解释器本身)在用户态运行,而系统调用处理程序在核心态
运行.实用程序在运行过程中可能会调用系统调用.用户命令是用户操作接口,系统调用是用户与操作系统之间的编程接口.2.5.2图形化的用户界面所有命令行都用图符,菜单来表示,参数则通过对话框,提示用户选择或输入.命令解释器变成了图形化的程序管理器 |
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