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计算机操作系统概述2

操作系统控制计算机

计算机系统操作方式

OS规定了合理操作计算机的工作流程,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,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

脱机作业控制方式

  • OS:提供作业说明语言
  • 用户:编写作业说明书,确定作业加工控制步骤,并与程序数据一并提交
  • 操作员:通过控制台输入作业
  • OS:通过作业控制程序自动控制作业的执行
  • 例:批处理OS的作业控制方式,UNIX的shell程序,DOS的bat文件

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
  • 例:分时OS的交互控制方式

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

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

OS改善人机界面,为用户使用计算机提供良好的环境,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,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,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

初期发展

  • 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
  • 斯坦福研究所提出的发展计划
    • 始于1960年代,1980年代广泛应用
    • 强调人而不是技术是人机交互的中心
    • 代表性成果:鼠标、菜单与窗口控制

WIMP界面

  • 缘起:70年代后期Xerox的原型机Star
  • 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
  • 得益:Apple最初采用并大力推动
  • 时间:1990年代开始广泛使用
  • 不足:不允许同时使用多个交互通道,从而产生人-机交互的不平衡

多媒体计算机

  • 缘起:1985年的MPC
  • 把音频视屏、图形图像和人机交互控制结合起来,进行综合处理的计算机系统
  • 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
  • 提供与时间有关的时变媒体界面,既控制信息呈现,也控制何时呈现/如何呈现
  • 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

虚拟现实系统

  • 缘起:1980年代的虚拟现实新型用户界面
  • 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

程序接口

操作系统的程序接口

操作系统的程序接口——系统调用,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

实现机制

  • 陷入处理机制:计算机系统中控制和实现系统调用的机制
  • 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
  • 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

系统结构

操作系统软件的规模

在计算机软件发展史上,OS是第一个大规模的软件系统,1960年代,由OS开发所衍生的体系结构、模块化开发、测试与验证、演化与维护等研究,直接催生了软件工程这一新兴研究领域(另一个催生来源是DB应用引发的需求与规格),OS作为大型软件,结构设计是关键

操作系统软件的结构设计

  • OS构件
    • 内核、进程、线程、管程等
  • 设计概念
    • 模块化、层次式、虚拟化
  • 内核设计是OS设计中最为复杂的部分

操作系统内核

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)

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

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

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

posted @ 2020-02-20 10:51  跌倒的小黄瓜  阅读(110)  评论(0编辑  收藏