Реферат: Системы и среды
В англоязычной технической литературе термин System Software (системное программное обеспечение) означает программы и комплексы программ, являющиеся общими для всех, кто совместно использует технические средства компьютера, и применяемые как для автоматизации разработки (создания) новых программ, так и для организации выполнения программ существующих. С этих позиций системное программное обеспечение может быть разделено на следующие пять групп:
1. Операционные системы,
2. Системы управления файлами.
3. Интерфейсные оболочки для взаимодействия пользователя с ОС и программ
ные среды.
4. Системы программирования.
5. Утилиты.
Рассмотрим вкратце эти группы системных программ.
1. Под операционной системой (ОС) обычно понимают комплекс управляющих и обрабатывающих программ, который, с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой — предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений. Любой из компонентов прикладного программного обеспечения обязательно работает под управлением ОС. На рис. 1 изображена обобщенная структура программного обеспечения вычислительной системы. Видно, что ни один из компонентов программного обеспечения, за исключением самой ОС, не имеет непосредственного доступа к аппаратуре компьютера. Даже пользователи
взаимодействуют со своими программами через интерфейс ОС. Любые их команды, прежде чем попасть в прикладную программу, сначала проходят через ОС.
Основными функциями, которые выполняет ОС, являются следующие:
О прием от пользователя (или от оператора системы) заданий или команд, сформулированных на соответствующем языке — в виде директив (команд) оператора или в виде указаний (своеобразных команд) с помощью соответствующего манипулятора (например, с помощью мыши), — и их обработка;
О прием и исполнение программных запросов на запуск, приостановку, остановку других программ;
О загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ;
О инициация программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу);
О идентификация всех программ и данных;
О обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения;
О обеспечение режима мультипрограммирования, то есть выполнение двух или более программ на одном процессоре, создающее видимость их одновременного исполнения;
О обеспечение функций по организации и управлению всеми операциями ввода/вывода;
О удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для соответствующих ОС);
О распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти;
О планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания;
О организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами;
О защита одной программы от влияния другой; обеспечение сохранности данных;
О предоставление услуг на случай частичного сбоя системы;
О обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.
2. Назначение системы управления файлами — организация более удобного доступа к данным, организованным как файлы. Именно благодаря системе управления файлами вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нужной нам записи используется логический доступ с указанием имени файла и записи в нем. Как правило, все современные ОС имеют соответствующие системы управления файлами. Однако выделение этого вида системного программного обеспечения в отдельную категорию представляется целесообразным, поскольку ряд ОС позволяет работать с несколькими файловыми системами (либо с одной из нескольких, либо сразу с несколькими одновременно). В этом случае говорят о монтируемых файловых системах (дополнительную систему управления файлами можно установить), и в этом смысле они самостоятельны. Более того, можно назвать примеры простейших ОС, которые могут работать и без файловых систем, а значит, им необязательно иметь систему управления файлами, либо они могут работать с одной из выбранных файловых систем. Надо, однако, понимать, что любая система управления файлами не существует сама по себе — она разработана для работы в конкретной ОС и с конкретной файловой системой. Можно сказать, что всем известная файловая система FAT (file allocation table)1 имеет множество реализаций как система управления файлами, например FAT-16 для самой MS-DOS, super-FAT для OS/2, FAT для Windows NT
1 Здесь и далее без указания на источник заимствования приводятся английские эквиваленты слов и словосочетаний.
и т. д. Другими словами, для работы с файлами, организованными в соответствии с некоторой файловой системой, для каждой ОС должна быть разработана соответствующая система управления файлами; и эта система управления файлами будет работать только в той ОС, для которой она и создана.
Для удобства взаимодействия с ОС могут использоваться дополнительные интерфейсные оболочки. Их основное назначение — либо расширить возможности по управлению ОС, либо изменить встроенные в систему возможности. В качестве классических примеров интерфейсных оболочек и соответствующих операционных сред выполнения программ можно назвать различные варианты графического интерфейса X Window в системах семейства UNIX (например, К Desktop Environment в Linux), PM Shell или Object Desktop в OS/2 с графическим интерфейсом Presentation Manager; наконец, можно указать разнообразные варианты интерфейсов для семейства ОС Windows компании Microsoft, которые заменяют Explorer и могут напоминать либо UNIX с его графическим интерфейсом, либо OS/2, либо MAC OS. Следует отметить, что о семействе ОС компании Microsoft с общим интерфейсом, реализуемым программными модулями с названием Explorer (в файле system.ini, который находится в каталоге Windows, имеется строка SHELL=EXPLORER.EXE), все же можно сказать, что заменяемой в этих системах является только интерфейсная оболочка, в то время как сама операционная среда остается неизменной; она интегрирована в ОС. Другими словами, операционная среда определяется программными интерфейсами, то есть API (application program interface). Интерфейс прикладного программирования (API) включает в себя управление процессами, памятью и вводом/выводом.
Ряд операционных систем могут организовывать выполнение программ, созданных для других ОС. Например, в OS/2 можно выполнять как программы, созданные для самой OS/2, так и программы, предназначенные для выполнения в среде MS-DOS и Windows 3.x. Соответствующая операционная среда организуется в операционной системе в рамках отдельной виртуальной машины. Аналогично, в системе Linux можно создать условия для выполнения некоторых программ, написанных для Windows 95/98. Определенными возможностями исполнения программ, созданных для иной операционной среды, обладает и Windows NT. Эта система позволяет выполнять некоторые программы, созданные для MS-DOS, OS/2 1.x, Windows 3.x. Правда, в своем последнем семействе ОС Windows 2000 разработчики решили отказаться от поддержки возможности выполнения DOS-программ.
Наконец, к этому классу системного программного обеспечения следует отнести и эмуляторы, позволяющие смоделировать в одной операционной системе какую-либо другую машину или операционную систему. Так, известна система эмуляции WMWARE, которая позволяет запустить в среде Linux любую другую ОС, например Windows. Можно, наоборот, создать эмулятор, работающий в среде Windows, который позволит смоделировать компьютер, работающий под управлением любой ОС, в том числе и под Linux.
Таким образом, термин операционная среда означает соответствующий интерфейс, необходимый программам для обращения к ОС с целью получить
определенный сервис1 — выполнить операцию ввода/вывода, получить или освободить участок памяти и т. д.
3. Система программирования на рис. 1 представлена прежде всего такими
компонентами, как транслятор с соответствующего языка, библиотеки подпро
грамм, редакторы, компоновщики и отладчики. Не бывает самостоятельных
(оторванных от ОС) систем программирования. Любая система программи
рования может работать только в соответствующей ОС, под которую она и
создана, однако при этом она может позволять разрабатывать программное
обеспечение и под другие ОС. Например, одна из популярных систем про
граммирования на языке C/C++ от фирмы Watcom для OS/2 позволяет по
лучать программы и для самой OS/2, и для DOS, и для Windows.
В том случае, когда создаваемые программы должны работать совсем на другой аппаратной базе, говорят о кросс-системах. Так, для ПК на базе микропроцессоров семейства i80x86 имеется большое количество кросс-систем, позволяющих создавать программное обеспечение для различных микропроцессоров и микроконтроллеров.
4. Наконец, под утилитами понимают специальные системные программы, с по
мощью которых можно как обслуживать саму операционную систему, так и
Подготавливать для работы носители данных, выполнять перекодирование
данных, осуществлять оптимизацию размещения данных на носителе и про
изводить некоторые другие работы, связанные с обслуживанием вычислитель
ной системы. К утилитам следует отнести и программу разбиения накопителя
на магнитных дисках на разделы, и программу форматирования, и программу
переноса основных системных файлов самой ОС. Также к утилитам относят
ся и небезызвестные комплексы программ от фирмы Symantec, носящие имя
Питера Нортона (создателя этой фирмы и соавтора популярного набора ути
лит для первых IBM PC). Естественно, что утилиты могут работать только
в соответствующей операционной среде.
ГЛАВА 1 Основные понятия