2. Основные понятия ос

2.1. Понятие операционной среды

Операционная система выполняет функции управления вычислительными процессами в вычислительной системе, распределяет ресурсы вычислительной системы между различными вычислительными процессами и образует программную среду, в которой выполняются прикладные программы пользователей. Такая среда называется операционной. Последнее следует понимать в том плане, что при запуске программы она будет обращаться к операционной системе с соответствующими запросами на выполнение определенных действий, или функций. Эти функции операционная система выполняет, запуская специальные системные программные модули, входящие в ее состав.

Любая программа имеет дело с некоторыми исходными данными, которые она обрабатывает, и порождает в конечном итоге некоторые выходные данные, результаты вычислений. Очевидно, что в абсолютном большинстве случаев исходные данные попадают в оперативную память (с которой непосредственно работает процессор, выполняя вычисления по программе) с внешних (периферийных) устройств. Аналогично и результаты вычислений, в конце концов, должны быть выведены на внешние устройства. Следует заметить, что программирование операций ввода/вывода относится, пожалуй, к наиболее сложным и трудоемким задачам. Дело в том, что при создании таких программ без использования современных систем программирования, нужно знать не только архитектуру процессора (его состав, назначение основных регистров, систему команд процессора, форматы данных и т. п.), но и архитектуру подсистемы ввода/вывода (соответствующие интерфейсы, протоколы обмена данными, алгоритм работы контроллера устройства ввода/вывода и т. д.). Именно поэтому развитие системного программирования и самого системного программного обеспечения пошло по пути выделения наиболее часто встречающихся операций и создания для них соответствующих программных модулей, которые можно в дальнейшем использовать в большинстве вновь создаваемых программ. Например, в далекие пятидесятые годы, на заре развития вычислительных систем, при разработке первых систем программирования прежде всего создавали программные модули для подсистемы ввода/вывода, а уже затем – вычисления часто встречающихся математических операций и функций. Благодаря этому при создании прикладных программ программисты могли просто обращаться к соответствующим функциям ввода/вывода и иным функциям и процедурам, что избавляло их от необходимости каждый раз создавать все программные компоненты «с нуля» и от необходимости знать во всех подробностях особенности работы контроллеров ввода/вывода и соответствующих интерфейсов.

Следующий шаг в автоматизации создания готовых к выполнению машинных двоичных программ заключался в том, что транслятор с алгоритмического языка более высокого уровня, нежели первые ассемблеры, уже сам мог подставить вместо высокоуровневого оператора типа READ или WRITE все необходимые вызовы к готовым библиотечным программным модулям. Состав и количество библиотек систем программирования постоянно увеличивались. В конечном итоге возникла ситуация, когда при создании двоичных машинных программ программисты могут вообще не знать многих деталей управления конкретными ресурсами вычислительной системы, а должны только обращаться к некоторой программной подсистеме с соответствующими вызовами и получать от нее необходимые функции и сервисы. Эта программная подсистема и есть операционная систем (ОС), а набор ее функций, сервисов и правила обращения к ним как раз и образуют то базовое понятие, которое мы называем операционной средой. Таким образом, можно сказать, что термин операционная среда означает прежде всего соответствующие интерфейсы, необходимые программам и пользователям для обращения к ОС с целью получить определенные сервисы.

Можно спросить: а чем отличаются системные программные модули, реализующие основные системные функции, от тех программных модулей, что пишутся прикладными программистами? Ответ простой: тем, что эти модули, как правило, используются всеми прикладными программами. Поэтому нет особого смысла на этапе создания машинной двоичной программы (которую и исполняет процессор) присоединять соответствующие системные программные модули к телу программы. Выгоднее просто обращаться к этим программным модулям, указывая их адреса и передавая им необходимые параметры, поскольку они уже итак находятся в основной памяти, ибо нужны всем. Другими словами, эти основные системные программные модули входят в состав самой ОС.

Параллельное существование терминов «операционная система» и «операционная среда» вызвано тем, что ОС в общем случае может поддерживать несколько операционных сред. Например, операционная система OS/2 Warp может выполнять следующие программы:

– так называемые «нативные» (от английского Native – «родной») программы, созданные с учетом соответствующего «родного» 32-битового программного интерфейса этой ОС;

– 16-битовые программы, созданные для систем OS/2 первого поколения;

– 16-битовые приложения, разработанные для выполнения в операционной среде MS-DOS или PC DOS;

– 16-битовые приложения, созданные для операционной среды Windows 3.x;

– саму операционную оболочку Windows и уже в ней – созданные для неё программы.

Операционная среда может включать несколько интерфейсов: пользовательские и программные. Если говорить о пользовательских, то, например, система Linux имеет для пользователя как интерфейсы командной строки (можно использо­вать различные «оболочки» — shell), интерфейс наподобие Norton Commander – Midnight Commander, так и графические интерфейсы – X-Window с различны­ми менеджерами окон – KDE, Gnome и т. д. Если же говорить о программных интерфейсах, то в той же ОС Linux программы могут обращаться как к операционной системе за соответствующими сервисами и функциями, так и к графической подсистеме (если она используется). С точки зрения архитектуры процессора (и всего ПК в целом) двоичная программа, созданная для работы в среде Linux, использует те же команды и форматы данных, что и программа, создан­ная для работы в среде Windows NT. Однако в первом случае мы имеем обращение к одной операционной среде, а во втором – к другой. И программа, созданная для Windows непосредственно, не будет выполняться в Linux; однако если в ОС Linux организовать полноценную операционную среду Windows, то Windows-программа сможет быть выполнена. Можно сказать, что операционная среда – это то системное программное окружение, в котором могут выполняться программы, созданные по правилам работы этой среды.