程式設計菜鳥到大佬之路：計算機作業系統（四）
阿新 • • 發佈：2018-12-17
計算機系統概述
作業系統控制計算機
計算機系統操作方式
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OS規定了合理操作計算機的工作流程。
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OS的操作介面——系統程式
- OS提供給使用者的功能級介面， 為使用者提供的解決操作計算機和計算共性問題的所有服務的集合。
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OS的兩類作業級介面
- 離線作業控制方式： 作業控制語言
- 聯機作業控制方式： 操作控制命令
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聯機作業控制方式
- 計算機： 提供終端（鍵盤/顯示器）
- 使用者： 登入系統
- OS： 提供命令解釋程式
- 使用者： 聯機輸入命令， 直接控制作業步的執行‘
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命令解釋程式
- 命令解釋程式： 接受和執行一條使用者提出的對作業的加工處理命令。
- 當一個新的批作業被啟動， 或新的互動型使用者登入進系統時， 系統就自動地執行命令解釋程式， 負責讀入控制卡或命令列， 作出相應解釋， 並予以執行。
- 會話語言： 可程式設計的命令解釋程式
- 圖形化的命令控制方式
- 多通道互動的命令控制方式
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命令解釋程式的處理過程
- OS啟動命令解釋程式， 輸出命令提示符， 等待鍵盤中斷/滑鼠點選/多通道識別。
- 每當使用者輸入一條命令(暫存在命令緩衝區)並按回車換行時， 申請中斷。
- CPU響應後， 將控制權交給命令解釋程式，接著讀入命令緩衝區內容， 分析命令、 接受引數， 執行處理程式碼。
- 前臺命令執行結束後， 再次輸出命令提示符，等待下一條命令。
- 後臺命令處理啟動後， 即可接收下條命令。
人機互動
作業系統的人機互動部分
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OS改善人機介面， 為使用者使用計算機提供良好的環境。
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人機互動裝置包括傳統的終端裝置和新型的模式識別裝置。
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OS的人機互動部分用於控制有關裝置執行和理解執行裝置傳來的命令。
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人機互動功能是決定計算機系統友善性的重要因素，是當今OS研發熱點。
人機互動的發展
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互動式控制方式
- 行命令控制方式： 1960年代開始使用。
- 全螢幕控制方式： 1970年代開始使用。
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WIMP介面
- 特徵： 視窗(Windows) 、 圖示(Icons)、選單(Menu) 和指示裝置(PointingDevices)為基礎的圖形使用者介面WIMP。
- 時間： 1990年代開始廣泛使用。
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多媒體計算機
- 構成： 多媒體硬體平臺、 多媒體OS 、 圖形使用者介面、 多媒體資料開發工具。
- 人機互動介面需要使用多種媒體， 同時支援多通道互動整合， 改善使用者體驗。
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虛擬現實系統
- VR通過計算機模擬三維虛擬世界， 根據觀察點、 觀察點改變的導航和對周圍物件 的操作， 來模擬臨境(身臨其境)的感覺。
- 支援多通道互動整合， 提供良好使用者體驗。
- 支援使用者主動參與的高度自然的三維HCI，以及語音識別、 頭部跟蹤、 視覺跟蹤、 姿 勢識別等新型HCI。
- 容許使用者產生含糊和不精確的輸入。
程式介面
作業系統的程式介面
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作業系統的程式介面——系統呼叫。
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作業系統實現的完成某種特定功能的過程； 為所有執行程式提供訪問作業系統的介面。
系統呼叫的實現機制
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陷入處理機制： 計算機系統中控制和實現系統呼叫的機制。
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陷入指令： 也稱訪管指令， 或異常中斷指令， 計算機系統為實現系統呼叫而引起處理器中斷的指令。
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每個系統呼叫都事先規定了編號， 並在約定暫存器中規定了傳遞給內部處理程式的引數。
系統呼叫的實現要點
- 編寫系統呼叫處理程式。
- 設計一張系統呼叫入口地址表， 每個入口地址指向一個系統呼叫的處理程式， 幷包含系統呼叫自帶引數的個數。
- 陷入處理機制需開闢現場保護區， 以儲存發生系統呼叫時的處理器現場。
系統呼叫的實現流程
系統結構
作業系統軟體的結構設計
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OS構件
- 核心、 程序、 執行緒、 管程等。
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設計概念
- 模組化、 層次式、 虛擬化。
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核心設計是OS設計中最為複雜的部分。
作業系統核心
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單核心： 核心中各部件雜然混居的形態， 始於1960年代， 廣泛使用； 如Unix/Linux， 及Windows(自稱採用混合核心的CS結構)。
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微核心： 1980年代始， 強調結構性部件與功能性部件的分離， 大部分OS研究都集中在此。
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混合核心： 微核心和單核心的折中， 較多元件在核心態中執行， 以獲得更快的執行速度。
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外核心： 儘可能減少核心的軟體抽象化和傳統微核心的訊息傳遞機制， 使得開發者專注於硬體的抽象化； 部分嵌入式系統使用。
