2011. Машбук, страница 5

Драйвер физического устройства скрывает от пользователядетальные элементы управления конкретным физическим устройством и предоставляетпользователю упрощенный программный интерфейс работы с устройством. Интерфейсдрайвера физического устройства ориентирован на конкретные свойства устройства.Таким образом, в вычислительной системе, способной одновременно работать созначительным количеством устройств (устройства печати, устройства внешней памяти ит.п.), пользователю становится доступным спектр драйверов физических устройств,каждый из которых имеет свои особенности использования.

Драйвер физическогоустройства стал неотъемлемой частью самого физического устройства и в большинствеслучаев разрабатывался производителем устройства вместе с сами устройством.Совокупность драйверов физических устройств составляет уровень управленияфизическими устройствами вычислительной системы. Уровень управленияфизическими устройствами стандартизует правила, по которым возможно внесение всистему новых драйверов устройств.

Следует отметить, что в системе для одного и тогоже физического устройства возможно наличие нескольких различных драйверов, которыеимеют различные пользовательские интерфейсы, а также предоставляют различныевозможности. Примером может служить устройство магнитной лены, которое взависимости от драйвера может сохранять информацию либо в виде последовательностиблоков одинакового размера, либо в виде логических записей произвольного размера(Рис. 5).0123Драйвер AПоследовательность блоков одинакового размера.Всего занято 4 блока.Драйвер Bмаркерначала записиРис.

5.Запись произвольного размера.маркерконца записиПример зависимости от драйвера.Таким образом, на уровне управления физическими ресурсами (устройствами)вычислительной системы пользователю доступна система команд компьютера, а такжеинтерфейсы драйверов физических устройств компьютера.Появление уровня управления физическими устройствами упростило процессадаптации программы для работы с различными типами и разновидностями устройств, атакже существенно повысило надежность программирования и снизило уровеньтребований к программисту о знании специфики управления конкретными устройствами.Однако использование исключительно уровня драйверов физических устройств оставилоряд специфических проблем:13программист должен быть «знаком» со всеми интерфейсами драйверовиспользуемых физических устройств;программы пользователей, использующие конкретные драйверы физическихустройств, должны модифицироваться каждый раз, когда возникает необходимостьиспользовать другие физические устройства данного типа (это работа несоизмеримопроще той, которая выполнялась, когда внешнее устройство непосредственнопрограммировалось в программе пользователя, но, тем не менее, в программунеобходимо внести изменения, позволяющие использовать другой драйвер сдругими интерфейсами).1.1.4 Управление логическими/виртуальными ресурсамиРазвитием системного программного обеспечения стало появление уровняуправления логическими, или виртуальными, ресурсами (или устройствами).

В основуэтого уровня легло обобщение особенностей физических устройств одного вида исоздание драйверов, имеющих единые интерфейсы, посредством которых осуществляетсядоступ к различным физическим устройствам одного типа. Для этих целей в современныхвычислительных системах предусмотрена возможность программного создания ииспользования т.н. логических, или виртуальных, ресурсов (виртуальное —нечто реальнонесуществующее,неимеющеереальной,физическойорганизации).Логическое/виртуальное устройство (ресурс) — это устройство/ресурс, некоторыеэксплутационные характеристики которого (возможно все) реализованы программнымобразом.

Современные вычислительные системы позволяют создавать разнообразныелогические/виртуальные устройства и соответствующие им драйверы. Драйверлогического/виртуального ресурса — это программа, обеспечивающая существование ииспользование соответствующего ресурса. Для этих целей при его реализации возможноиспользование существующих драйверов физических и виртуальных устройств.Возможно построение достаточно развитой иерархии логических устройств. Например, наРис. 6 изображена упрощенная схема организации ввода-вывода в системе.

Она включаетв себя многоуровневую иерархию виртуальных и физических устройств исоответствующих им драйверов, по степени обобщения которых можно выделитьследующие группы.A. Драйверы физических устройств — обеспечивают доступ к конкретным физическимустройствам. Например, драйвер жесткого диска фирмы IBM модели Deskstar илидрайвер жесткого диска фирмы Seagate модели Barracuda 3. Каждый из данныхдрайверов имеет особенности, характеризующие конкретное устройство,отраженные в соответствующем интерфейсе.B. Драйверы виртуальных устройств определенного типа (например, драйвервиртуального диска), предоставляют обобщенные интерфейсы доступа кразнообразным физическим устройствам данного типа.

Данные драйверы имеютсвязи с драйверами конкретных физических устройств данного типа. Запрос кданному драйверу виртуального устройства обычно транслируется драйверуконкретного физического устройства и, в конечном итоге, управляющие командыполучит само устройство. Кроме того, возможна «реализация» виртуальногоустройства определенного типа на устройствах других типов, например, возможнаорганизация работы с виртуальным диском, реализованном на пространствеоперативной памяти, в этом случае драйвер виртуального устройства имеет связь сдрайверами физических устройств других типов.C.

Драйверы виртуальных устройств, которым затруднительно поставить всоответствие физическое устройство или группу физических устройствопределенного типа. Примером могут служить драйверы различных файловых14систем (файловая система — программный компонент вычислительной системы,обеспечивающий именованное хранение и доступ к данным).Основным результатом появления уровня управления виртуальными устройствамивычислительной системы стала многоуровневая унификация интерфейсов доступа кресурсам вычислительной системы, что существенно упростило проблемупрограммирование устройств компьютера, а также предоставило качественно новыевозможности в функционировании вычислительных систем и в создании их программногообеспечения.

Примером могут служить файловые системы, которые обеспечиваютпростые и надежные интерфейсы именованного хранения и использования данных,полностью скрывая от пользователя проблемы ее внутренней организации. К примеру,пользователь современной вычислительной системы может не только не знать, на какомвнешнем запоминающем устройстве размещены данные его файлов, он может не знать итерриториальное расположение и тип компьютера, на котором хранятся его данные.Существенное развитие получили средства управления виртуальными устройствами(ресурсами), которые обеспечивают контроль за созданием и использованием ресурсоввычислительной системы.Операции ввода/выводаopen(), close(), read(), write()«С:»HD IBM....«F:»Виртуальный дискдрайвервиртуальногодискадрайверHD IBMдрайвероперативнойпамятиФайловаясистемадрайверфайловойсистемыгруппа «B»группа «C»группа «А»УстройствоHDD IBMРис.

6.ОперативнаяпамятьСхема организации ввода-вывода в системе.Итак, мы рассмотрели два первых программных уровня структуры вычислительнойсистемы — это уровни, обеспечивающие функционирование ресурсов в вычислительнойсистеме. Под ресурсами вычислительной системы мы будем понимать совокупностьвсех физических и виртуальных ресурсов. Одной из характеристик ресурсоввычислительной системы является их конечность. То есть рано или поздно в системе15возникает конкуренция за обладание ресурсом между его программными потребителями.При этом если речь идет о таком виртуальном ресурсе, как файловая система, токонечным является размер файловой системы на устройствах хранения данных,ограничения на предельное количество зарегистрированных в файловой системе файлов.Именно за эти параметры возможно возникновение конкуренции при использованиифайловой системы.

А теперь попытаемся вернуться к проблеме определения понятияоперационной системы. Операционная система — это комплекс программ,обеспечивающий управление ресурсами вычислительной системы. Это основнаяконцепция данного понятия. Позднее мы будем уточнять это определение, рассматриватьотдельные функции ОС. В структурной организации вычислительной системыоперационная система представляется уровнями управления физическими ивиртуальными ресурсами.С точки зрения средств программирования, доступных на уровне управлениявиртуальными ресурсами, пользователю предоставляются система команд компьютера, атакже интерфейсы, обеспечивающие доступ к устройствам компьютера (как физическим,так и виртуальным). Доступная пользователю совокупность интерфейсов устройствкомпьютера может включать в себя как аппаратные интерфейсы доступа к устройствам,так и драйверы физических и/или виртуальных устройств.

Конкретный составинтерфейсов определяется свойствами вычислительной системы, соответствующими,уровнями управления ресурсами, а также привилегиями пользователя (об этом подробнеемы будем говорить несколько позднее).1.1.5 Системы программированияПрежде чем начать рассматривать следующий уровень структурной организациивычислительных систем, обратимся к последовательности этапов, традиционносвязываемых с разработкой и внедрением программных систем.

Совокупность этих этаповсоставляют жизненный цикл программы в вычислительной системе. Остановимся наосновных задачах, решаемых на каждом из этапов жизненного цикла программы. Следуетотметить, что мы будем рассматривать традиционное, неформальное определение этаповжизненного цикла программы, которые сформировались естественным образом впроцессе появления и развития вычислительной техники и программного обеспечения. Насегодняшний день существуют международные стандарты, которые формализуютпонимание жизненного цикла программы (например, ISO/IEC 12207: 1995 “InformationTechnology — Software Life Cycle Processes), но это стандарты, соответствующиеисключительно сегодняшнему пониманию этого термина и связанные во многом ссуществующими на сегодня технологиями программирования.Проектирование программной системы.

На данном этапе принимаются решения,традиционно включающие в себя следующие шаги.Исследование решаемой задачи, формирование концептуальных требований кразрабатываемой программной системе.Определение характеристик объектной вычислительной системы — характеристикаппаратных и программных компонентов вычислительной системы, в рамках которойбудет работать создаваемая программная система.Построение моделей функционирования автоматизируемого объекта.Определение характеристик инструментальной вычислительной системы —вычислительной системы, которая будет использоваться при создании программнойсистемы. Зачастую характеристики объектной и инструментальной вычислительнойсистемы совпадают: тип вычислительных систем, на которых в дальнейшем будетработать программная система, совпадает с типом вычислительной системы, котораяиспользовалась при разработке. Однако, в общем случае это не совсем так.