Системне програмне забезпечення
Тема 1: Основні поняття обчислювальних систем Призначення та склад системного програмного забезпечення
Системне Програмне Забезпечення (System Software) – це комплекс програм, які забезпечують ефективне управління компонентами обчислювальної системи, такими як процесор, оперативна пам’ять, канали введення-виведення, мережне і комунікаційне устаткування і т.п. Системне програмне забезпечення реалізує зв’язок апаратного і програмного забезпечення, виступаючи як «інтерфейс між шарами» з одного боку якого апаратура, а з іншою додатки користувача. Ці програми та комплекси програм, є спільними для всіх, хто використовує технічні засоби комп’ютера і застосовуються, як для автоматизації розробки (створення) нових програм, так і для організації виконання існуючих програм (Див. Рис. 1).
За своїм призначенням та особливостями застосування системне програмне забезпечення (СПЗ) може бути розділене на такі групи:
1. Операційні системи (ОС).
2. Системи програмування (СП).
3. Системи управління файлами (СУФ).
4. Оболонки для взаємодії користувача з ОС (Інтерфейс користувача).
5. Утиліти.
Рис. 1. Узагальнена структура програмного забезпечення обчислювальної системи
Операційні Системи (ОС) – це, комплекс керуючих та обробляючих програм, який з одного боку виступає як інтерфейс між апаратурою комп’ютера та користувачем з його задачами, а з другого боку – призначений для найбільш ефективного використання ресурсів комп’ютера (або ширше – обчислювано системи) та організації надійних обчислень.
Довільний з компонентів обчислювано системи обов’язково працює під керуванням ОС. Жодна з компонент програмного забезпечення, за виключенням ОС (Див. Рис. 1) не має безпосереднього доступу до апаратури комп’ютера. Навіть користувачі взаємодіють із своїми програмами через інтерфейс ОС. Довільні команди, перш ніж попасти у прикладу програму, спочатку проходять через ОС.
Системи Програмування (СП) включають в себе перш за все такі компоненти як транслятори з мов програмування, бібліотеки підпрограм, редактори, компоновщики та відлагоджувачі. Зовсім самостійних, тобто відірваних від конкретної ОС систем програмування не буває. Довільна система програмування може працювати тільки під відповідною ОС, під яку вона створена. Але система програмування може давати можливість розробляти програмне забезпечення і під інші ОС та апаратні платфоорми. У такому випадку, коли програми, що створюється, повинні працювати на іншій апаратній базі, маємо крос – систему.
Система Управління Файлами (СУФ) призначена для організації зручнішого доступу до даних, що організовані як файли. Як правило, всі сучасні ОС мають відповідні системи управління файлами. Проте виділення цього виду СПЗ в окрему категорію є доцільним, оскільки ряд ОС дозволяє працювати з декількома файловими системами (або з однією з декількох, або відразу з декількома одночасно). У цьому випадку говорять про файлові системи, що вмонтовуються (додаткову систему управління файлами можна встановити), і в цьому значенні вони самостійні. Більше того, можна назвати приклади найпростіших ОС, які можуть працювати і без файлових систем, а значить, їм необов’язково мати систему управління файлами, або вони можуть працювати з однією з вибраних систем. Треба, проте, розуміти, що будь-яка СУФ не існує сама по собі – вона розробляється для роботи в конкретній ОС і з конкретною файловою системою. Іншими словами, для роботи з файлами, організованими відповідно до певної файлової системи, для кожної ОС повинна бути розроблена відповідна система управління файлами; і ця система управління файлами працюватиме тільки в тій ОС, для якої вона і створена.
Оболонки для взаємодії користувача з ОС (Інтерфейс користувача) створюються для зручності взаємодії з ОС. Їх основне призначення – або розширити можливості з управління ОС, або змінити вбудовані в систему можливості. Як класичні приклади інтерфейсних оболонок і відповідних операційних середовищ виконання програм можна назвати різні варіанти графічного інтерфейсу X Window в системах сімейства UNIX (наприклад, До Desktop Environment в Linux), PM Shell або Object Desktop в OS/2 з графічним інтерфейсом Presentation Manager; нарешті, можна вказати різноманітні варіанти інтерфейсів для сімейства ОС Windows компанії Microsoft, які замінюють Explorer і можуть нагадувати або UNIX з його графічним інтерфейсом, або OS/2, або MAC OS. Слід зазначити, що про сімейство ОС компанії Microsoft із загальним інтерфейсом, що реалізуються програмними модулями з назвами Explorer, все ж таки можна сказати, що замінюваною в цих системах є тільки інтерфейсна оболонка, тоді як сама операційна система залишається незмінною, вона була інтегрована в ОС. Іншими словами, операційне середовище визначається програмними інтерфейсами, тобто API (арplication program interface). Інтерфейс прикладного програмування (API) включає управління процесами, пам’яттю і уведення-виведенням.
Нарешті, до цього класу системного програмного забезпечення слід віднести і емулятори, що дозволяють змоделювати в одній операційній системі яку-небудь іншу машину або операційну систему. Так, відома система емуляції WMWARE, яка дозволяє запустити в середовищі Linux будь-яку іншу ОС, наприклад, Windows. Можна, навпаки, створити емулятор, що працює в оточенні Windows, яке дозволить змоделювати комп’ютер, що працює під управлінням будь-якої ОС, у тому числі і під Linux.
Утиліти – це спеціальні системні програми за допомогою яких можна як обслуговувати саму ОС, так і готувати для роботи носії даних, виконувати перекодування даних, оптимізацію розміщення даних на носії та виконувати деякі інші роботи, пов’язані із обслуговуванням обчислювальних систем. Зрозуміло, що утиліти можуть працювати тільки під відповідною операційною системою.
До утиліт відносяться також і відомі комплекси програм фірми Symantec, що носять ім’я Пітера Нортона (творця цієї фірми і співавтора популярного набору утиліт для перших IBM PC). Ці утиліти спочатку розроблялися як програми користувача, а згодом деякі з них (верифікація, де фрагментація файлової системи, архівація файлів) увійшли у склад наступних версій ОС.
У межах даного курсу вивчатимуться основи побудови та функціонування операційних систем як основної складової системного програмного забезпечення, розглядаються призначення та побудова керуючих програм ОС. Системи програмування вивчалися в курсі «Системне Програмування». Системи управління файлами частково розглядатимуться в межах файлових систем, а детальніше в курсі «Системи Баз Даних».