Управление файлами и внешними устройствами

К основным подсистемам управления ресурсами относится и подсистема управления файлами и внешними устройствами.

Управление файлами и внешними устройствами осуществляется совместной работой двух подсистем – файловой системы и подсистемы ввода-вывода.

Файловая система (ФС), экранирует сложности взаимодействия с реальной аппаратурой при работе с данными. ФС виртуализирует для пользователя набор данных на внешнем накопителе в виде файла – последовательности байтов, имеющей символьное имя. Файлы группируются в каталоги. Пользователь может с помощью ОС выполнять над каталогами и файлами такие действия как создание, изменение, удаление, вывод содержимого, поиск по имени.

Файловая система выполняет преобразование символьных имен файлов в физические адреса данных на диске, организует совместный доступ к файлам, защищает их от несанкционированного доступа.

Подсистема ввода-вывода, или подсистема управления внешними устройствами, осуществляет передачу данных между дисками и оперативной памятью по запросам файловой системы. Эта подсистема, располагая набором драйверов различных устройств, обеспечивает также интерфейс между компьютером и устройствами, подключенными к нему.

Таким образом, ОС поддерживает высокоуровневый унифицированный интерфейс для написания прикладных программ. Со времени появления ОС Unix этот интерфейс в большинстве систем строится на концепции файлового доступа: обмен с внешним устройством выглядит как обмен с файлом. В качестве файла может выступать как реальный файл на диске, так и алфавитно-цифровой терминал, принтер или сетевой адаптер. Реальная аппаратура подменяется удобными для пользователя и программиста абстракциями.

Интерфейс прикладного программирования и пользовательский интерфейс

Под интерфейсом прикладного программирования понимаются средства, предоставляемые операционной системой для обращения к ее возможностям при написании приложений. Традиционно термин «прикладное программирование» использовался как противоположный «системному программированию». Относительное различие системного и прикладного программирования заключается в том, что путем создания программ первое предполагает расширение возможностей операционной системы, а второе – решение задач из конкретной проблемной области. В данном случае это различие несущественно.

В программах обращения к ОС используются, по крайней мере, в следующих случаях:

• для выполнения действий с особым статусом, которым обладает только ОС (например, для управления аппаратными средствами компьютера); обычно это необходимо для более эффективного использования аппаратных ресурсов;

• для упрощения написания приложений посредством использования готовых отлаженных сервисных функций ОС, реализующих часто требующиеся универсальные действия.

Возможности ОС доступны программисту в виде набора функций, называющегося API (Application Programming Interface, интерфейс прикладного программирования). При этом для разработчика приложений все особенности конкретной ОС представлены особенностями ее API, поэтому операционные системы с различной внутренней организацией, но с одинаковым набором функций API представляются на этом уровне как одна ОС. Это упрощает стандартизацию ОС и обеспечивает переносимость приложений в рамках ОС одного стандарта. Например, следование общим стандартам API Unix позволяет говорить о некоторой обобщенной ОС Unix при существенных различиях внутренней организации версий этой ОС от разных производителей.

Приложения обращаются к функциям API с помощью системных вызовов. Способ организации системных вызовов зависит от структурной организации ОС, связанной с аппаратной платформой, и от языка программирования.

Так, в MS-DOS обращение к системным функциям осуществляется из программы

на языке ассемблера путем вызова программного прерывания. Предварительно в регистры заносятся код системной функции и адрес размещения входных данных либо сами данные. Выходные данные возвращаются функцией в зависимости от ее назначения на устройство вывода либо через регистр. Термин API применительно к средствам вызова системных функций MS-DOS не использовался (он введен позже) и может быть применен только задним числом.

ОС Windows поддерживает объектно-ориентированный стиль программирования.

Объектами являются окна. Поэтому работа с системными функциями Windows может осуществляться по тем же правилам, что и с пользовательскими функциями. Например, программу с использованием системных функций Windows можно реализовать в среде Delphi или на С++.

Функции WinAPI находятся в системных загружаемых библиотеках, таких как system32.dll, kernel32.dll, user32.dll, gdi32.dll и др. (каталог g:\WINDOWS\system32).

Эти библиотеки используются самой ОС, поэтому они всегда находятся в памяти. Каждое приложение должно самостоятельно подключать библиотеки, содержащие необходимые ему функции. Описания функций WinAPI на языке Си можно посмотреть через меню Пуск/Программы/Borland Delphi 7/Help/MS SDK Help Files/Win32 Developer’s References.

В ОС Unix вызов системных функций аналогичен вызову пользовательских; необходимые описания функций организованы в системных заголовочных файлах.

Под пользовательским интерфейсом понимается совокупность средств, предоставляемая человеку, работающему в интерактивном режиме за терминалом. Это может быть конечный пользователь, администратор ОС или тот же программист, но взаимодействующий с программой «извне». От такого пользователя функции API скрыты за оболочкой текстового (алфавитно-цифрового) или графического интерфейса.

Современные ОС поддерживают функции пользовательского интерфейса двух типов:

• командный язык для работы с терминалом; команды вводятся по одной с терминала либо их последовательность считывается из командного файла и выполняются командным интерпретатором (разновидности Unix в их исходном варианте);

• графический пользовательский интерфейс (GUI); выполнению нужного действия соответствует выбор с помощью мыши пункта меню или пиктограммы, либо иные операции с визуальными элементами на экране.

К графическому интерфейсу можно отнести и нестандартные устройства ввода, образующих «физический» интерфейс (рули, панели различных устройств типа сканера и т.п.) в ОС Windows и разновидностях Unix, располагающих GUI.

Защита данных и администрирование

Безопасность данных обеспечивается:

• средствами отказоустойчивости ОС (защита от сбоев и отказов аппаратуры и ошибок программного обеспечения);

• средствами защиты от несанкционированного доступа (защита от ошибочного или злонамеренного поведения пользователей системы).

Функции защиты тесно связаны с функциями администрирования, так как именно администратор определяет права и возможности пользователей, отслеживает события, от которых зависит безопасность системы, и поддерживает отказоустойчивость (например, посредством утилит регулярно выполняя операции резервного копирования).

Контрольные вопросы

1. Что понимают под ресурсом ОС?

2. Назовите основные ресурсы.

3. Что называют подсистемами ОС?

4. По каким признакам подсистемы ОС разделяются на классы?

5. Какие подсистемы управления ресурсами относятся к основным?

6. Какие подсистемы ОС являются общими для всех ресурсов?

7. Каковы функции подсистемы управления процессами?

8. Каково назначение подсистемы управления памятью?

9. Какие подсистемы осуществляют управление файлами и внешними устройствами?

10. Какие средства обеспечивают безопасность данных?