68902

Понятие системного программирования

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Например с точки зрения программиста который занимается ядром операционной системы человек создающий компилятор является пользователем системы т. Примеров таких систем можно привести множество: операционная система офисное программное обеспечение системы проектирования и т.

Русский

2014-09-27

56 KB

18 чел.

Лекция 1

Понятие системного программирования

Понятие "Системное программирование" существует со времен появления компьютерной техники. И с самого его появления считалось, что "Системщик" – это программист, который работает на самом "нижнем" уровне программного обеспечения и пишет программы на машинном языке (команды процессора или язык Ассемблер). Это содержание сохранилось и сегодня. Однако, оно расширилось и включило в себя новые области.

Граница между системным программированием и прикладным программированием зависит от обстоятельств. Например, с точки зрения программиста, который занимается ядром операционной системы, человек, создающий компилятор, является пользователем системы (т.е. прикладным программистом). Этот же человек будет, вероятно, рассматриваться как системный программист тем лицом, которое занимается написанием подпрограмм отыскания минимума функции. Вместе с тем, человек, который будет использовать программу минимизации, может считать всех трех вышеупомянутых программистов системными программистами.

Основываясь на этом примере, можно увидеть обширность применения понятия "Системное программирование". Но такая неопределенность не может послужить основой для построения курса. Поэтому, мы выберем некоторую область и попытаемся обосновать этот выбор.

Системное программирование – это создание системного программного обеспечения, то есть написание таких программ, которые в совокупности составляют некоторую программную систему либо набор элементов для построения программных систем.

Примеров таких систем можно привести множество: операционная система, офисное программное обеспечение, системы проектирования и т.п. Можно сказать, что любой современный пакет, который продается сегодня на рынке, представляет собой сложную программную систему.

Системное программирование для персональных компьютеров

Системное программирование – это прежде всего, программирование для какой-то аппаратной системы. Наиболее распространенными системами на сегодняшний день (с точки зрения обучения и повседневного использования) являются персональные компьютеры. Персональный компьютер – это аппаратно-программная система, которая состоит из аппаратной части (процессор память, контроллеры, и т.п.) – hardware - и, как минимум, операционной системы (ОС) – программы (или совокупности программ), которая загружается при включении компьютера и управляет как оборудованием так и исполняемыми прикладными программами - software.

Любая программа представляет собой набор команд, которые выполняются либо аппаратурой (процессором, дисководом, принтером), либо операционной системой. В последнем случае команда операционной системы является некоторой функцией (подпрограммой), которая, в конечном счете, также исполняется оборудованием. Программа может содержать команды обоих типов (рис.1).

Рис.1 Пример программы, содержащей команды операционной системы и команды процессора

В настоящий момент трудно представить персональный компьютер без операционной системы и прикладную программу, не использующую функции операционной системы, а содержащую только команды процессора. Таким образом, если говорить о системном программировании для персонального компьютера, необходимо рассматривать его как неразрывное сочетание ОС и аппаратуры.

Наиболее распространенной ОС для персональных компьютеров в настоящее время является ОС Windows. Однако, несмотря на то, что это ОС для ПК, она содержит в себе большинство особенностей, характерных для современных программных систем, например, многозадачность, сетевую поддержку. Именно на примере программирования для Win32 и построен настоящий курс.

Следует также сказать несколько слов о языке, который выбран в качестве демонстрации излагаемого материала. По большому счету, все, о чем будет говориться в курсе, можно исполнить на любом языке программирования (Delphi, C++, Assembler). Однако, мы выберем для показа примеров язык С++ по трем причинам. Во-первых, язык С общепризнанно считается языком системного программирования и является наиболее близким к аппаратуре из языков высокого уровня. Во-вторых, большинство документации по системному программированию (включая наиболее полную документацию - MSDN) написано с его использованием. И, наконец, среда Microsoft Visual C++ (которая лежит в основе практической части курса) и ОС Windows разработаны одной фирмой (Microsoft) и имеют очень хорошую интеграцию.

Краткая характеристика ОС Windows

Каждый пользователь ПК может самостоятельно дать характеристику этой широко распространенной операционной системе. Постараемся выделить самые значительные ее стороны.

1. Графический интерфейс. В отличие от предыдущей ОС (MS DOS), Windows является полностью графической оболочкой. Все элементы, которые пользователь видит на экране (окна, кнопки, полосы скроллинга), поддерживаются на уровне ОС. В ее состав входит множество библиотек, которые содержат функции по управлению этими элементами, что позволяет прикладному программисту не отвлекаться на создание интерфейса программы и стандартизует внешний вид приложений.

2. Многозадачность. Windows поддерживает многозадачность (параллельное исполнение программ) на уровнях процессов (программ) и потоков (внутри программный параллелизм), обеспечение которых происходит с участием аппаратного уровня. ОС содержит большое количество функций, обеспечивающих управление параллельно исполняемыми программами, синхронизацию, разделение адресного пространства памяти между приложениями и т.п.

3. Аппаратно-независимое программирование. Использование в прикладной программе функций операционной системы обеспечивает возможность для программиста не заботиться о совместимости программы с аппаратурой (видео- и аудио- карты, принтер, винчестер). ОС сама (с помощью драйверов, устанавливаемых внутри) выполняет согласование ввода-вывода. Таким образом, программа, созданная на одной конфигурации будет работать на другой.

4. События и механизм сообщений. Очень важной особенностью современного программирования является то, что в большинстве случаев программа начинает работать только при совершении какого либо события в системе (запуск программы, необходимость перерисовки окна приложения, сигнал от таймера и т.п.). В остальное время, программа либо вообще не выполняется, либо выполняет небольшой код в фоновом режиме. Более того, ОС не прямо вызывает некоторую процедуру программы для отработки реакции на какое-нибудь событие, а посылает соответствующее сообщение в программу, а программа сама решает, что ей делать в ответ на получение сообщения.

5. Оконная среда. В девяноста процентах случаев каждой программе соответствует одно или несколько окон, которые имеют стандартный вид и содержат обязательные элементы (например, иконку, строку заголовка, схожее меню, кнопки закрытия, минимизации и максимизации). Стандартизация окон помогает при освоении новых приложений.

Интерфейс программ API(Application Programming Interface)

Вышеупомянутые функции операционной системы составляют библиотеку, размещаемую в файлах формата DLL в каталоге WINDOWS\SYSTEM\. Данная библиотека называется библиотекой интерфейса программ (API). Данная библиотека даступна для использования всеми приложениями. API делится на специализированные библиотеки, объединенные по функциональному назначению. Например, графический API (получивший название графического интерфейса пользователя - GUI), API сообщений, крипто API и др.

Первая программа

В заключении лекции рассмотрим первую программу, написанную для Win32.

Для тех, кто знаком с языком С, внешний вид первой программы не будет чем-то удивительным. Он очень похож на обычную программу, начинающуюся со стандартной функции main(). Отличие будет только в названии главной функции и ее параметрах:

WinMain(HINSTANCE hInstance,  HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int  nCmdShow)

{// текст программы

  MessageBox(NULL," Hello","Hello",MB_OK);

return 0;

}

Параметры функции следующие:

hInstance  - описатель приложения (часто применяемый параметр, который используется программой для идентификации приложения и нахождения различных объектов программы, например, обращения к ресурсному файлу приложения);

hPrevInstance - описатель приложения, которое запустило данную программу;

lpCmdLine  - указатель на командную строку;

nCmdShow  - режим запуска приложения (например, определяет будет ли приложение свернуто после запуска).

Данная программа содержит одну лишь функцию - MessageBox, однако, в результате ее выполнения на экране появится окно, содержащее все необходимые атрибуты окна WINDOWS: рамку, строку заголовка, кнопку закрытия. Кроме того, внутри окна будет надпись, кнопка OK, и это окно можно будет передвигать по экрану.

Однако, все перечисленные свойства оконного приложения реализуются внутри функции MessageBox, и, более того, вы ничего не можете изменить в окне во время выполнения. Для того, чтобы ваша программа могла сама сделать все эти "вещи" и получить контроль над выполнением, необходимо написать довольно большую программу, рассмотрению которой будет посвящена следующая лекция.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8788. IP-Security (IPSec) 66 KB
  IPSec IP-Security (IPSec) - набор протоколов сетевого уровня для защищенного обмена данными в TCP/IP сетях. Актуальная версия датируется осенью 1998 г. Допустимы два режима работы - транспортный и туннельный. Первый режим х...
8789. Методы доступа 73.5 KB
  Методы доступа Важным аспектом сетевых структур являются методы доступа к сетевой среде, т.е. принципы, используемые компьютерами для обращения к ресурсам сети. Основные методы доступа к сетевой среде основаны на логической топологии сети. Метод опр...
8790. Технологии для проводных телефонных каналов 80 KB
  Технологии для проводных телефонных каналов. Проводные каналы общественных телефонных сетей принято делить на выделенные (2-х или 4-х проводные), физическое соединение по которым действует постоянно и не разрушается по завершению сеанса, и коммутиру...
8791. Технология ISDN (Integrated Services Digital Network) 82.5 KB
  ISDN ТехнологияISDN (Integrated Services Digita Network) - цифровая сеть с интеграцией услуг явилась результатом развития идеи оцифровки телефонных сетей общего пользования вплоть до потребителя, которому весь спектр усл...
8792. H.323 –один из наиболее популярных протоколов для реализации мультимедийных приложений в IP сетях 89.5 KB
  H.323 H.323 -один из наиболее популярных протоколов для реализации мультимедийных приложений в IP сетях. Протокол относится к т.н. зонтичный протоколам, которые охватывают целое направление и оставляют детализацию конкретных решений за уточняющ...
8793. UNIX/Linux - одна из первых сетевых операционных систем 120 KB
  UNIX/Linux. UNIX - одна из первых сетевых операционных систем. Датой возникновения UNIX можно считать 1969 г., когда MTI (Massachusetts Institute of Technology - Массачусетский технологический институт), BellLabs и GeneralElectric разраб...
8794. Мультимедийные службы. IP-телефония, Internet-вещание (-радио), конференции 125.5 KB
  Мультимедийные службы IP-телефония, Internet-вещание (-радио), конференции - далеко неполный перечень популярных мультимедийных сетевых служб и приложений. Первые опыты передачи голоса по сети Internet относятся к 1983 г. (Кембридж, Массачусетс...
8795. Ethernet/IEEE 802.3 128 KB
  Ethernet Ethernet/IEEE 802.3 (от лат. luminiferous ether - светоносный эфир)- самая популярная технология LAN с методом доступа CSMA/CD. Технология была создана в 70-х гг. доктором Робертом Меткалфом (RobertMetcalfe) как часть ...
8796. Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи) 199.5 KB
  ATM ТехнологияATM (Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи)позиционируется как универсальный сетевой транспорт для локальных и глобальных компьютерных сетей (полумагистральная). Иногда для обозначение АТМ ис...