Аппаратная зависимость и переносимость ОС

Многие операционные системы успешно работают на различных аппаратных платформах без существенных изменений в своем составе. Во многом это объясняется тем, что, несмотря на различия в деталях, средства аппаратной поддержки ОС большинства компьютеров приобрели сегодня много типовых черт, а именно эти средства в первую очередь влияют на работу компонентов операционной системы. В результате в ОС можно выделить достаточно компактный слой машинно-зависимых компонентов ядра и сделать остальные слои ОС общими для разных аппаратных платформ.

Четкой границы между программной и аппаратной реализацией функций ОС не существует - решение о том, какие функции ОС будут выполняться программно, а какие аппаратно, принимается разработчиками аппаратного и программного обеспечения компьютера. Тем не менее практически все современные аппаратные платформы имеют некоторый типичный набор средств аппаратной поддержки ОС, в который входят следующие компоненты:

1. средства поддержки привилегированного режима;

2. средства трансляции адресов;

3. средства переключения процессов;

4. система прерываний;

5. системный таймер;

6. средства защиты областей памяти.

Средства поддержки привилегированного режима обычно основаны на системном регистре процессора, часто называемом «словом состояния» машины или процессора. Этот регистр содержит некоторые признаки, определяющие режимы работы процессора, в том числе и признак текущего режима привилегий. Смена режима привилегий выполняется за счет изменения слова состояния машины в результате прерывания или выполнения привилегированной команды. Число градаций привилегированности может быть разным у разных типов процессоров, наиболее часто используются два уровня (ядро-пользователь) или четыре (например, ядро-супервизор-выполнение-пользователь у платформы VAX или 0-1-2-3 у процессоров Intel х86/Pentium). В обязанности средств поддержки привилегированного режима входит выполнение проверки допустимости выполнения активной программой инструкций процессора при текущем уровне привилегированности.

Средства трансляции адресов выполняют операции преобразования виртуальных адресов, которые содержатся в кодах процесса, в адреса физической памяти (см. главу, посвященную виртуальной памяти).

Средства переключения процессов предназначены для быстрого сохранения контекста приостанавливаемого процесса и восстановления контекста процесса, который становится активным. Содержимое контекста обычно включает содержимое всех регистров общего назначения процессора, регистра флагов операций (то есть флагов нуля, переноса, переполнения и т. п.), а также тех системных регистров и указателей, которые связаны с отдельным процессом, а не операционной системой, например, указателя на таблицу трансляции адресов процесса. Переключение контекста выполняется по определенным командам процессора, например, по команде перехода на новую задачу. Такая команда вызывает автоматическую загрузку данных из сохраненного контекста в регистры процессора, после чего процесс продолжается с прерванного ранее места.

Система прерываний позволяет компьютеру реагировать на внешние события, синхронизировать выполнение процессов и работу устройств ввода-вывода, быстро переходить с одной программы на другую. Механизм прерываний нужен для того, чтобы оповестить процессор о возникновении в вычислительной системе некоторого непредсказуемого события или события, которое не синхронизировано с циклом работы процессора. Примерами таких событий могут служить завершение операции ввода-вывода внешним устройством (например, запись блока данных контроллером диска), некорректное завершение арифметической операции (например, переполнение регистра), истечение интервала астрономического времени. При возникновении условий прерывания его источник (контроллер внешнего устройства, таймер, арифметический блок процессора и т. п.) выставляет определенный электрический сигнал. Этот сигнал прерывает выполнение процессором последовательности команд, задаваемой исполняемым кодом, и вызывает автоматический переход на заранее определенную процедуру, называемую процедурой обработки прерываний. В большинстве моделей процессоровотрабатываемый аппаратурой переход на процедуру обработки прерываний сопровождается заменой слова состояния машины (или даже всего контекста процесса), что позволяет одновременно с переходом по нужному адресу выполнить переход в привилегированный режим. После завершения обработки прерывания обычно происходит возврат к исполнению прерванного кода.

Системный таймер, часто реализуемый в виде быстродействующего регистра-счетчика, необходим операционной системе для выдержки интервалов времени. Для этого в регистр таймера программно загружается значение требуемого интервала в условных единицах, из которого затем автоматически с определенной частотой начинает вычитаться по единице. Частота «тиков» таймера, как правило, тесно связана с частотой тактового генератора процессора. (Не следует путать таймер ни с тактовым генератором, который вырабатывает сигналы, синхронизирующие всеоперации в компьютере, ни с системными часами - работающей на батареях электронной схеме, - которые ведут независимый отсчет времени и календарной даты.) При достижении нулевого значения счетчика таймер инициирует прерывание, которое обрабатывается процедурой операционной системы. Прерывания от системного таймера используются ОС, в первую очередь, для слежения за тем, как отдельные процессы расходуют время процессора. Например, в системе разделения времени при обработке очередного прерывания от таймера планировщик процессов может принудительно передать управление другому процессу, если данный процесс исчерпал выделенный ему квант времени.

Средства защиты областей памяти обеспечивают на аппаратном уровне проверку возможности программного кода осуществлять с данными определенной области памяти такие операции, как чтение, запись или выполнение (при передачах управления). Функции аппаратуры по защите памяти обычно состоят в сравнении уровней привилегий текущего кода процессора и сегмента памяти, к которому производится обращение.

. 7. Взаємодія ОС та прикладних програм. Системні виклики та інтерфейс програмування застосувань.

Содержание

[убрать]

· 1 Определение

· 2 Классификация

o 2.1 По типу

o 2.2 По сфере применения

· 3 См. также

Определение[править | править вики-текст]

К прикладному программному обеспечению относятся компьютерные программы, написанные для пользователей или самими пользователями, для задания компьютеру конкретной работы. Программы обработки заказов или создания списков рассылки — пример прикладного программного обеспечения. Программистов, которые пишут прикладное программное обеспечение, называют прикладными программистами.

Классификация[править | править вики-текст]

По типу[править | править вики-текст]

· программные средства общего назначения

· Текстовые редакторы

· Текстовые процессоры

· Системы компьютерной вёрстки

· Графические редакторы

· СУБД

· Электронные таблицы

· Веб-браузеры

· программные средства развлекательного назначения

· Медиаплееры

· Компьютерные игры

· программные средства специального назначения

· Экспертные системы

· Трансляторы

· Мультимедиа-приложения (медиаплееры, программы для создания и редактирования видео, звука, text-to-speech и пр.)

· Гипертекстовые системы (электронные словари, энциклопедии, справочные системы)

· Системы управления содержимым

· профессиональные программные средства

· САПР

· АРМ

· АСУ

· АСУ ТП

· АСНИ

· Геоинформационные системы

· Биллинговые системы

· CRM

· CTRM/ETRM — системы управления складом

· SRM (Supplier Relationship Management) — системы управления взаимоотношениями с поставщиками

· BI (Business Intelligence) — аналитические системы

· DMS (Document Management System) — СЭД (системы электронного документооборота)

· CMS (Content Management System) — системы управления содержанием (контентом)

· WMS (Warehouse Management System) — системы управления складом (СУС)

· ERP-системы — системы планирования ресурсов предприятия

· EAM-системы — системы управления основными фондами предприятия

· MRM-системы — системы управления маркетинговыми ресурсами

· MES-системы — системы оперативного (цехового) управления производством и ремонтами

· Интеграционные шины данных (ESB)

По сфере применения[править | править вики-текст]

· Прикладное программное обеспечение предприятий и организаций. Например, финансовое управление, система отношений с потребителями, сеть поставок. К этому типу относится также ведомственное ПО предприятий малого бизнеса, а также ПО отдельных подразделений внутри большого предприятия. (Примеры: управление транспортными расходами, служба IT-поддержки)

· Программное обеспечение, обеспечивающее доступ пользователя к устройствам компьютера.

· Программное обеспечение инфраструктуры предприятия. Обеспечивает общие возможности для поддержки ПО предприятий. Это системы управления базами данных, серверы электронной почты, управление сетью и безопасностью.

· Программное обеспечение информационного работника. Обслуживает потребности индивидуальных пользователей в создании и управлении информацией. Это, как правило, управление временем, ресурсами, документацией, например, текстовые редакторы, электронные таблицы, программы-клиенты для электронной почты и блогов, персональные информационные системы и медиаредакторы.

· Программное обеспечение для доступа к контенту. Используется для доступа к тем или иным программам или ресурсам без их редактирования (однако может и включать функцию редактирования). Предназначено для групп или индивидуальных пользователей цифрового контента. Это, например, медиаплееры, веб-браузеры, вспомогательные браузеры и др.

· Образовательное программное обеспечение по содержанию близко к ПО для медиа и развлечений, однако в отличие от него имеет четкие требования по тестированию знаний пользователя и отслеживанию прогресса в изучении того или иного материала. Многие образовательные программы включают функции совместного пользования и многостороннего сотрудничества.

· Имитационное программное обеспечение. Используется для симуляции физических или абстрактных систем в целях научных исследований, обучения или развлечения.

· Инструментальные программные средства в области медиа. Обеспечивают потребности пользователей, которые производят печатные или электронные медиаресурсы для других потребителей, на коммерческой или образовательной основе. Это программы полиграфической обработки,вёрстки, обработки мультимедиа, редакторы HTML, редакторы цифровой анимации, цифрового звука и т. п.

· Прикладные программы для проектирования и конструирования. Используются при разработке аппаратного и программного обеспечения. Охватывают автоматизированное проектирование (системы автоматизированного проектирования — САПР), автоматизированную инженерию (computer aided engineering — CAE), редактирование и компилирование языков программирования, программы интегрированной среды разработки(Integrated Development Environments — IDE).

Систе́мный вы́зов (англ. system call) в программировании и вычислительной технике — обращениеприкладной программы к ядру операционной системы для выполнения какой-либо операции.

Современные операционные системы (ОС) предусматривают разделение времени между выполняющимися вычислительными процессами (многозадачность) и разделение полномочий, препятствующее исполняемым программам обращаться к данным других программ и оборудованию. Ядро ОС исполняется в привилегированном режиме работы процессора. Для выполнения межпроцессной операции или операции, требующей доступа к оборудованию, программа обращается к ядру, которое, в зависимости от полномочий вызывающего процесса, исполняет либо отказывает в исполнении такого вызова.

С точки зрения программиста, системный вызов обычно выглядит как вызов подпрограммы или функции из системной библиотеки. Однако системный вызов, как частный случай вызова такой функции или подпрограммы, следует отличать от более общего обращения к системной библиотеке, поскольку последнее может и не требовать выполнения привилегированных операций.

Интерфе́йс (от лат. inter — «между», и face — «поверхность») — семантическая^{[ источник не указан 591 день ]} и синтаксическая конструкция в коде программы, используемая для специфицирования услуг, предоставляемых классом или компонентом.

Интерфейс определяет границу взаимодействия между классами или компонентами, специфицируя определенную абстракцию, которую осуществляет реализующая сторона. В отличие от концепции интерфейсов во многих других областях, интерфейс в ООП является строго формализованным элементом объектно-ориентированного языка и в качестве семантической конструкции^{[ источник не указан 591 день ]} широко используется кодом программы.

Интерфейсы позволяют наладить множественное наследование объектов и в то же время избавиться от ромбовидного наследования.^{[ источник не указан 591 день ]}

Содержание

[убрать]

· 1 Описание и использование интерфейсов

· 2 Интерфейсы и абстрактные классы

· 3 Множественное наследование и реализация интерфейсов

· 4 Интерфейсы в конкретных языках и системах

o 4.1 Delphi

o 4.2 C++

o 4.3 Java

§ 4.3.1 Объявление интерфейсов

§ 4.3.2 Реализация интерфейса

o 4.4 C#

· 5 Интерфейсы в UML

· 6 См. также

· 7 Примечания

· 8 Ссылки

Описание и использование интерфейсов[править | править вики-текст]

Описание ООП-интерфейса, если отвлечься от деталей синтаксиса конкретных языков, состоит из двух частей: имени и методов интерфейса.

· Имя интерфейса строится по тем же правилам, что и другие идентификаторы используемого языка программирования. Разные языки и среды разработки имеют различные соглашения по оформлению кода, в соответствии с которыми имена интерфейсов могут формироваться по некоторым правилам, которые помогают отличать имя интерфейса от имён других элементов программы. Например, в технологии COM и во всех поддерживающих её языках действует соглашение, следуя которому, имя интерфейса строится по шаблону «I<Имя>», то есть состоит из написанного с заглавной буквы осмысленного имени, которому предшествует прописная латинская буква I (IUnknown, IDispatch, IStringListи т. п.).

· Методы интерфейса. В описании интерфейса определяются имена и сигнатуры входящих в него методов, то есть процедур или функций класса.

Использование интерфейсов возможно двумя способами:

· Класс может реализовывать интерфейс. Реализация интерфейса заключается в том, что в описании класса данный интерфейс указывается как реализуемый, а в коде класса обязательно определяются все методы, которые описаны в интерфейсе, в полном соответствии с сигнатурами из описания этого интерфейса. То есть, если класс реализует интерфейс, для любого экземпляра этого класса существуют и могут быть вызваны все описанные в интерфейсе методы. Один класс может реализовать несколько интерфейсов одновременно.

· Возможно объявление переменных и параметров методов как имеющих тип-интерфейс. В такую переменную или параметр может быть записан экземпляр любого класса, реализующего интерфейс. Если интерфейс объявлен как тип возвращаемого значения функции, это означает, что функция возвращает объект класса, реализующего данный интерфейс.

Как правило, в объектно-ориентированных языках программирования интерфейсы, как и классы, могут наследоваться друг от друга. В этом случае интерфейс-потомок включает все методы интерфейса-предка и, возможно, добавляет к ним свои собственные.

Таким образом, с одной стороны, интерфейс — это «договор», который обязуется выполнить класс, реализующий его, с другой стороны, интерфейс — это тип данных, потому что его описание достаточно чётко определяет свойства объектов, чтобы наравне с классом типизировать переменные. Следует, однако, подчеркнуть, что интерфейс не является полноценным типом данных, так как он задаёт только внешнее поведение объектов. Внутреннюю структуру и реализацию заданного интерфейсом поведения обеспечивает класс, реализующий интерфейс; именно поэтому «экземпляров интерфейса» в чистом виде не бывает, и любая переменная типа «интерфейс» содержит экземпляры конкретных классов.

Использование интерфейсов — один из вариантов обеспечения полиморфизма в объектных языках и средах. Все классы, реализующие один и тот же интерфейс, с точки зрения определяемого ими поведения, ведут себя внешне одинаково. Это позволяет писать обобщённые алгоритмы обработки данных, использующие в качестве типов параметры интерфейсов, и применять их к объектам различных типов, всякий раз получая требуемый результат.

Например, интерфейс «Cloneable» может описать абстракцию клонирования (создания точных копий) объектов, специфицировав метод «Clone», который должен выполнять копирование содержимого объекта в другой объект того же типа. Тогда любой класс, объекты которого может понадобиться копировать, должен реализовать интерфейс Cloneable и предоставить метод Clone, а в любом месте программы, где требуется клонирование объектов, для этой цели у объекта вызывается метод Clone. Причём, использующему этот метод коду достаточно иметь только описание интерфейса, он может ничего не знать о фактическом классе, объекты которого копируются. Таким образом, интерфейсы позволяют разбить программную систему на модули без взаимной зависимости кода.

Интерфейсы и абстрактные классы[править | править вики-текст]

Можно заметить, что интерфейс, с точки зрения реализации, — это просто чистый абстрактный класс, то есть класс, в котором не определено ничего, кроме абстрактных методов. Если язык программирования поддерживает множественное наследование и абстрактные методы (как, например, C++), то необходимости во введении в синтаксис языка отдельного понятия «интерфейс» не возникает. Данные сущности описываются с помощью абстрактных классов и наследуются классами для реализации абстрактных методов.

Однако поддержка множественного наследования в полном объёме достаточно сложна и вызывает множество проблем, как на уровне реализации языка, так и на уровне архитектуры приложений. Введение понятия интерфейсов является компромиссом, позволяющим получить многие преимущества множественного наследования (в частности, возможность удобно определять логически связанные наборы методов в виде сущностей, подобных классам и допускающих наследование и реализацию), не реализуя его в полном объёме и не сталкиваясь, таким образом, с большинством связанных с ним трудностей.

Множественное наследование и реализация интерфейсов[править | править вики-текст]

Как правило, языки программирования разрешают наследовать интерфейс от нескольких интерфейсов-предков. Все методы, объявленные в интерфейсах-предках, становятся частью объявления интерфейса-потомка. В отличие от наследования классов, множественное наследование интерфейсов гораздо проще реализуется и не вызывает существенных затруднений.

Тем не менее, одна коллизия при множественном наследовании интерфейсов и при реализации нескольких интерфейсов одним классом всё-таки возможна. Она возникает, когда в двух или более интерфейсах, наследуемых новым интерфейсом или реализуемых классом, имеются методы с одинаковыми сигнатурами. Разработчики языков программирования вынуждены выбирать для таких случаев те или иные способы разрешения противоречий. Вариантов здесь несколько: запрет на реализацию, явное указание конкретного и реализация базового интерфейса или класса.

· Запрет. В одном классе просто запрещается реализовывать несколько интерфейсов, имеющих методы с одинаковыми сигнатурами. Если для какого-то класса требуется комбинация несовместимых интерфейсов, программист должен выбрать другой путь решения проблемы, например, выделить несколько классов, каждый из которых реализует один из необходимых интерфейсов, и использовать их экземпляры совместно.

· Явное разрешение неоднозначности. В случае обнаружения компилятором коллизии от программиста требуется явно указать, метод какого из интерфейсов он реализует и вызывает. То есть одноимённые методы реализуются раздельно, а при вызове указывается, какой из них вызывается. При вызове одноимённых методов через переменную типа «интерфейс» неоднозначность не возникает, если использованный в качестве типа переменной интерфейс имеет только один метод с заданным именем. Вариантом этого решения является явное переименование для совпадающих по именам наследуемых или реализуемых методов, за счёт чего в пределах реализующего класса нет одноимённых методов, но при обращении через интерфейс всегда вызывается нужная реализация.

· Общая реализация одноимённых методов. Если наследуется или реализуется несколько методов с одной и той же сигнатурой, то они объединяются в интерфейсе-наследнике, а в классе-реализаторе получают одну общую реализацию. Это хорошо подходит для случаев, когда одноимённые методы разных интерфейсов идентичны по предполагаемой функциональности, но может вызвать нежелательные эффекты, если поведение этих методов должно различаться.