informatica_refer_01 (Структура программного обеспечения)

Структура программного обеспечения.

Программное обеспечение разделяют на общее или системное (general Software) и специальное или прикладное ( application or special Software).

ОС

Управление заданиями

Управление задачами

Управление данными

Системные обслуживающие программы

рис.1. Структура программного обеспечения.

Общее ПО объединяет программные компоненты. Сюда входят программы, организующие вычислительный процесс, программы контроля работоспособности ЭВМ, программы контроля заданий пользователей и тд.

Специальное ПО содержит пакеты прикладных программ (ППП), обеспечивающие специфическое применение компьютеров и вычислительных систем.

ППП(прикладные программы) называется программный продукт, предназначенный для решения конкретной задачи пользователя.

Общее ПО включает в себя:

- операционную систему;

- средства автоматизации программирования (САП);

- комплекс программ технического обслуживания (КПТО);

- пакеты программ, дополняющие возможности ОС (ППос);

- систему документации (СД).

Операционная система служит для управления вычислительным процессом путем обеспечения его необходимыми ресурсами.

Средства автоматизации программирования объединяют программные модули, обеспечивающие этапы подготовки задач к решению.

Модули КПТО предназначены для проверки работоспособности вычислительного комплекса.

Но важной частью ПО является СД, для изучения программных средств , она определяет порядок их использования, устанавливает требования и правила разработки новых программных компонентов и особенности их включения в состав ОПО или СПО.

Операционная система.

В наборе программного обеспечения главное место занимает операционная система. Она представляет собой «систему программ, предназначенную для обеспечения определенного уровня эффективности цифровой вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и предоставляемого пользователям набора услуг» (ГОСТ 15971-84).

UNIX.

Важной вехой в истории операционных систем явилось создание ОС UNIX. Первоначально эта ОС предназначалась для поддерживания режима разделения времени в мини-компьютере PDP-7.Поначалу это была сравнительно маленькая, очень простая в использовании и понятная система. UNIX обладала огромным преимуществом перед другими ОС – она была переносимой и могла быть установлена на компьютере любой архитектуры. Структура системы и ядро UNIX.

init

Библиотека

Интерфейс системного вызова

Файловая подсистема

Управление процессами, IPC и планирование

Буферный кэш

Управление памятью

Символьный ввод-вывод	Блочный ввод-вывод
Д райверы устройств

Управление аппаратным обеспечением / диспетчеризация прерываний

Аппаратное обеспечение

Рис.2 Общая схема модулей ядра UNIX.

Основные модули ядра UNIX:

• Интерфейс системного вызова - позволяет процессам обращаться к сервисам операционной системы. Это стандартный управляемый способ входа прикладных процессов в ядро операционной системы с переключением в привилегированный режим выполнения. Ядро операционной системы UNIX выполняется без вытеснения, процесс, функционирующий в режиме ядра, не может быть вытеснен планировщиком с целью передачи управления другому процессу. Однако при этом процесс ядра может вызвать блокирующую операцию, в частности, когда он выполняет ввод – вывод и вынужден приостановить работу до тех пор, пока устройство не удовлетворит запрос.

• Модули символьного и блочного ввода – вывода, а также драйверов устройств – используются при реализации файловых систем и для доступа к устройствам. Подсистема блочного ввода- вывода отвечает за доступ к дискам, на которых храниться файловая система. А модуль символьного ввода- вывода выполняет все остальные операции ввода – вывода, включая операции символьных терминалов и сетевых устройств. Драйверы устройств в UNIX выполняют стандартные функции. Драйвер делиться на две части: верхнюю, выполняемую в ответ за запросы подсистем блочного и символьного ввода- вывода, и нижнюю, вызываемую обработчиком прерывания.

• Буферный кэш – отвечает за кэширование данных. Над которыми выполняются блочные операции ввода – вывода; он повышает производительность системы. Представляет собой общедоступную структуру данных, используемую всеми выполняющимися в ядре процессами. Проблемы откладывания записей данных в постоянную память:

1. если произойдет отказ системы, будут утеряны данные, для которых уже подтверждена успешная запись на диск;

2. приложение не может рассчитывать на строго определенный порядок операций записи, поскольку он скорее всего будет изменен с целью оптимизации доступа к диску;

3. система не в состоянии своевременно сообщать приложениям об ошибках записи на диск ; как правило, сообщение об ошибке выдается только при закрытии файла.

• Файловая система – управляет иерархическим пространством имен файлов, каталогов и устройств ввода – вывода, именование которых унифицировано. В классической UNIX, в отличии от многих использовавшихся тогда операционных систем, где файлы делились на записи, файл представляет собой неструктурированный байтовый потом с произвольным доступом. Помимо обычных файлов поддерживаются специализированные файлы, предназначенные для доступа к устройствам или для взаимодействия между процессами. Интеграция механизмов файлового ввода – вывода, взаимодействия между процессами и доступа к устройствам облегчает создание модульного системного программного обеспечения: универсальная программа, предназначенная для выполнения операций ввода – вывода, не всегда зависит от типа источника или приемника данных.Для чтения и записи данных файла система поддерживает текущее смещение, которое нередко задается и из программы.

• Модуль управления памятью - поддерживает виртуальную память UNIX.

• Модуль управления процессами – отвечает за создание и планирование процессов, прекращение их работы и поддержку базовых средств их взаимодействия. Процессом в UNIX называется единица исполнения программного кода (классическая UNIX не поддерживает потоки). Адресное пространство процесса разделено на две части. В одной из них резидентно располагается ядро UNIX, которое для каждого процесса находится по одним и тем же логическим адресам. Другая часть адресного пространства предназначена для собственных нужд процесса. Доступная пользовательскому коду часть адресного пространства делиться на три логических сегмента: текст (программный код), данные и стек. Сегмент текста защищен от записи и может использоваться совместно с другими процессами для выполнения общей программы. Сегменты стека и данных приватны для процесса.

История UNIX началась с маленькой предельно простой однопроцессорной операционной системы, и долгое время это была исследовательская, нежели коммерческая платформа. Но со временем она превратилась в мощную и гибкую многопроцессорную систему с модульным ядром и поддержкой параллельного выполнения программного кода, открытую для наращивания функциональных возможностей и модификации существующих компонентов.

MS – DOS.

Одной из распространенных операционных систем для персональных компьютеров является MS-DOS, дисковая операционная система, разработанная корпорацией Microsoft. В функции операционной системы входят:

• Осуществление диалога с пользователем;

• Ввод- вывод и управление данными;

• Планирование и организация процесса обработки программ;

• Распределение ресурсов (памяти, процессора, внешних устройств);

• Запуск программ на выполнение;

• Всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

• Передача информации между различными внутренними устройствами;

• Программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, накопителей на дисках, принтера и т.д.).

MS –DOS содержит следующие основные компоненты :

• Программы, управляющие файловой системой и планирующие задания для компьютеров;

• Программы управления вводом – выводом;

• Процессор командного языка, который принимает, анализирует и выполняет команды, адресованные операционные системе.

Важнейшим достоинством MS-DOS является модульность. Это свойство позволяет изолировать друг от друга отдельные части большой и сложной программы, облегчая ее разработку, а также объединить в каждом модуле определенные логически связанные группы функций. MS –DOS состоит из следующих основных модулей:

• Базовой системы ввода – вывода ( BIOS – Basic Input Output SYSTEM) –является надстройкой аппаратурной части компьютера и напрямую к DOS не относится. Влияние BIOS на характеристики DOS осуществляется через постоянный модуль BIOS и модуль расширения. Постоянный модуль BIOS отвечает за тестирование компьютера после его включения, вызов программы начальной загрузки. Базовый модуль ДОС отвечает за работу файловой системы, обслуживает прерывание верхнего уровня, обеспечивает информационное взаимодействие с внешними устройствами;

• Блока начальной загрузки (Boot record) – находится в первом секторе на нулевой дорожке системного диска. Занимает объем 512 байт. Назначением является вызов модуля расширения IO.sys и базового модуля MSDOS.sys;

• Модуля расширения базовой системы ввода – вывода (IO.SYS) - Модуль расширения обеспечивает подключение к компьютеру периферийных дополнительных устройств, изменение некоторых параметров ДОС, замещение некоторых стандартных функций, загрузку командного процессора и его запуск.

• Командного процессора (COMMAND.COM) – для выполнения команд, загружаемых в командную строку ДОС;

• Внешних команд (файлы) – это требования запуска каких-либо программ, находящихся на дисках;

• Драйверов устройств (файлы) – специальные программы, которые дополняют систему ввода – вывода и обеспечивают обслуживание дополнительных внешних устройств.

Место размещения модулей операционной системы.

Место размещения	Модули MS – DOS
Постоянная память	Базовая система ввода – вывода (BIOS)
	Блок начальной загрузки (Boot record)
Системный диск «скрытые файлы»	Модуль расширения базовой системы ввода – вывода (файл IO.SYS)
	Модуль обработки прерываний (файл MSDOS.SYS)
	Командный процессор (файл COMMAND.COM)
Системный или рабочий диск	Внешние команды (файлы)
	Драйверы устройств (файлы)

Некорректно написанные приложения вполне могли разрушить основные модули