计算机系统概述
操作系统控制计算机
计算机系统操作方式
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OS规定了合理操作计算机的工作流程。
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OS的操作接口——系统程序
- OS提供给用户的功能级接口， 为用户提供的解决操作计算机和计算共性问题的所有服务的集合。
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OS的两类作业级接口
- 脱机作业控制方式： 作业控制语言
- 联机作业控制方式： 操作控制命令
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联机作业控制方式
- 计算机： 提供终端（键盘/显示器）
- 用户： 登录系统
- OS： 提供命令解释程序
- 用户： 联机输入命令， 直接控制作业步的执行‘
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命令解释程序
- 命令解释程序： 接受和执行一条用户提出的对作业的加工处理命令。
- 当一个新的批作业被启动， 或新的交互型用户登录进系统时， 系统就自动地执行命令解释程序， 负责读入控制卡或命令行， 作出相应解释， 并予以执行。
- 会话语言： 可编程的命令解释程序
- 图形化的命令控制方式
- 多通道交互的命令控制方式
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命令解释程序的处理过程
- OS启动命令解释程序， 输出命令提示符， 等待键盘中断/鼠标点击/多通道识别。
- 每当用户输入一条命令(暂存在命令缓冲区)并按回车换行时， 申请中断。
- CPU响应后， 将控制权交给命令解释程序，接着读入命令缓冲区内容， 分析命令、 接受参数， 执行处理代码。
- 前台命令执行结束后， 再次输出命令提示符，等待下一条命令。
- 后台命令处理启动后， 即可接收下条命令。
人机交互
操作系统的人机交互部分
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OS改善人机界面， 为用户使用计算机提供良好的环境。
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人机交互设备包括传统的终端设备和新型的模式识别设备。
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OS的人机交互部分用于控制有关设备运行和理解执行设备传来的命令。
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人机交互功能是决定计算机系统友善性的重要因素，是当今OS研发热点。
人机交互的发展
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交互式控制方式
- 行命令控制方式： 1960年代开始使用。
- 全屏幕控制方式： 1970年代开始使用。
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WIMP界面
- 特征： 窗口(Windows) 、 图标(Icons)、菜单(Menu) 和指示装置(PointingDevices)为基础的图形用户界面WIMP。
- 时间： 1990年代开始广泛使用。
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多媒体计算机
- 构成： 多媒体硬件平台、 多媒体OS 、 图形用户接口、 多媒体数据开发工具。
- 人机交互界面需要使用多种媒体， 同时支持多通道交互整合， 改善用户体验。
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虚拟现实系统
- VR通过计算机模拟三维虚拟世界， 根据观察点、 观察点改变的导航和对周围对象
的操作， 来模拟临境(身临其境)的感觉。 - 支持多通道交互整合， 提供良好用户体验。
- 支持用户主动参与的高度自然的三维HCI，以及语音识别、 头部跟踪、 视觉跟踪、 姿
势识别等新型HCI。 - 容许用户产生含糊和不精确的输入。
- VR通过计算机模拟三维虚拟世界， 根据观察点、 观察点改变的导航和对周围对象
程序接口
操作系统的程序接口
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操作系统的程序接口——系统调用。
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操作系统实现的完成某种特定功能的过程； 为所有运行程序提供访问操作系统的接口。
系统调用的实现机制
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陷入处理机制： 计算机系统中控制和实现系统调用的机制。
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陷入指令： 也称访管指令， 或异常中断指令， 计算机系统为实现系统调用而引起处理器中断的指令。
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每个系统调用都事先规定了编号， 并在约定寄存器中规定了传递给内部处理程序的参数。
系统调用的实现要点
- 编写系统调用处理程序。
- 设计一张系统调用入口地址表， 每个入口地址指向一个系统调用的处理程序， 并包含系统调用自带参数的个数。
- 陷入处理机制需开辟现场保护区， 以保存发生系统调用时的处理器现场。
系统调用的实现流程
系统结构
操作系统软件的结构设计
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OS构件
- 内核、 进程、 线程、 管程等。
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设计概念
- 模块化、 层次式、 虚拟化。
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内核设计是OS设计中最为复杂的部分。
操作系统内核
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单内核： 内核中各部件杂然混居的形态， 始于1960年代， 广泛使用； 如Unix/Linux， 及Windows(自称采用混合内核的CS结构)。
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微内核： 1980年代始， 强调结构性部件与功能性部件的分离， 大部分OS研究都集中在此。
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混合内核： 微内核和单内核的折中， 较多组件在核心态中运行， 以获得更快的执行速度。
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外内核： 尽可能减少内核的软件抽象化和传统微内核的消息传递机制， 使得开发者专注于硬件的抽象化； 部分嵌入式系统使用。
