МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ТЕОРИИ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Глава 9. Компоненты и подсистемы операционных систем Компоненты и подсистемы Windows

Как и любая другая операционная система, Microsoft Windows содержит в себе ядро, подсистему управления оперативной памятью, подсистему управления программами, файловую систему, драйверы для работы с устройствами ввода/вывода и другие системы.

Рассмотрим кратко основные особенности отдельных подсистем Microsoft Windows.

Ресурсы

Приложения Windows используют новый формат файла загрузочного модуля. Одно из новшеств заключается в том, что файл загрузочного модуля кроме кода и обычных данных содержит так называемые ресурсы. В качестве ресурсов используются текстовые строки, пиктограммы, графические изображения, меню, диалоговые панели, шрифты или любые произвольные данные.

Для создания ресурсов используются специальные программы, которые называются редакторами ресурсов. Такие программы поставляются в комплекте с компилятором. Они позволяют редактировать ресурсы без изменения кода, и в этом смысле можно говорить об относительной независимости ресурсов от программного кода приложения.

Приложение Windows при необходимости может загрузить ресурс в оперативную память и использовать его, например, для вывода на экран.

В качестве ресурса удобно оформить, например, все текстовые сообщения или меню. В этом случае вы сможете редактировать текст сообщений или строк меню без повторной сборки всего приложения. Это удобно, если вам нужно перевести все сообщения или меню на другой язык (например, с русского на английский или наоборот).

Включение в ресурсы пиктограмм и других графических изображений позволит вам редактировать их отдельно, без повторной сборки приложения.

Ресурсы могут загружаться в оперативную память сразу после запуска приложения или при необходимости. В последнем случае после запуска приложения ресурсы хранятся на диске. Если ресурсы не используются, то они не занимают места в оперативной памяти.

Динамический обмен данными DDE

Любая мультизадачная операционная система содержит систему, обеспечивающую взаимодействие работающих параллельно процессов. Операционная система Windows имеет механизм динамического обмена данными DDE, с помощью которого приложения Windows могут обмениваться различной информацией, такой, как текстовые строки, числа или блоки оперативной памяти.

Сетевая операционная система Microsoft Windows for Workgroups использует DDE для организации взаимодействия и передачи данных между приложениями, работающими в сети на разных рабочих станциях.

Очереди сообщений

Иногда говорят, что работа операционной системы Windows основана на передаче сообщений (message). Что это за сообщения, кто, кому и зачем их передает?

Передача сообщений - это способ, при помощи которого в Windows организован обмен информацией между отдельными подсистемами, приложениями или между отдельными модулями одного и того же приложения.

Само по себе сообщение представляет собой структуру данных:

typedef struct tagMSG

{

HWND hwnd;

UINT message;

WPARAM wParam;

LPARAM lParam;

DWORD time;

POINT pt;

} MSGMSG;

Эта структура содержит уникальный для Windows код сообщения message и другие параметры, отражающие адресат (идентификатор получателя) сообщения hwnd, содержимое сообщения wParam и lParam, время отправления time и информацию о координатах pt.

Windows содержит в себе системную очередь сообщений, куда последние могут поступать от драйверов устройств ввода/вывода (при завершении операции ввода/вывода) или от приложений, а также несколько очередей сообщений для каждого приложения.

Когда вы нажимаете клавиши, перемещаете мышь по поверхности стола или нажимаете кнопки на корпусе мыши, соответствующий драйвер (клавиатуры или мыши) вырабатывает сообщения, отражающие выполняемые вами действия. Эти сообщения попадают вначале в общую системную очередь и затем распределяются в очереди отдельных приложений. Подробности распределения и обработки сообщений мы рассмотрим немного позже.

Если вы обратите внимание на внешний вид приложений Windows, то обнаружите, что окно приложения содержит множество органов управления, таких, как кнопки, переключатели, полосы просмотра и т. д. Работа с этими органами управления подробно описана в руководстве пользователя Windows. Действие, выполненное вами над любым органом управления, приводит к генерации соответствующего сообщения и помещения этого сообщения в очередь приложения.

Приложение Windows постоянно анализирует содержимое своей очереди сообщений. Когда в очереди появляется сообщение от какого-либо органа управления, приложение выполняет соответствующее действие.

Такой механизм значительно упрощает программирование, так как приложение не занимается, например, отслеживанием текущих координат курсора мыши для того, чтобы определить, на какую кнопку вы нажали или какую выбрали строку в меню. Приложение получает готовое сообщение о том, что нажата кнопка с определенным идентификатором или выбрана строка из меню с определенным идентификатором, а вся остальная работа, связанная с отслеживанием текущих координат курсора и определением использованной кнопки, выполняется самой операционной системой Windows. Идентификаторы кнопок и других органов управления определяются программистом. Это просто числа, однозначно соответствующие органам управления.

Обычно приложение имеет главное окно, в котором располагаются такие органы управления, как кнопки, меню, полосы просмотра, переключатели и т. д. Работая с приложением, вы выбираете строки меню, нажимаете кнопки или используете другие органы управления. Каждый орган управления (кнопка или строка меню) имеет свой идентификатор. Когда вы нажимаете на кнопку или выбираете строку меню, в очередь сообщений приложения Windows заносит сообщение, содержащее идентификатор использованного органа управления.

Приложение анализирует очередь сообщений и выполняет обработку сообщений. Например, если вы нажали кнопку с надписью "Exit", приложение может завершить свою работу.

Следует отметить, что в Windows используется многоуровневая система сообщений.

Сообщения низкого уровня вырабатываются, когда вы перемещаете мышь или нажимаете клавиши на корпусе мыши или на клавиатуре. В эти сообщения входит информация о текущих координатах курсора мыши или кодах нажатых клавиш. Обычно приложения редко анализируют сообщения низкого уровня. Все эти сообщения передаются операционной системе Windows, которая на их основе формирует сообщения более высокого уровня.

Когда вы нажимаете кнопку на диалоговой панели или выбираете строку из меню приложения Windows, ваше приложение получает сообщение о том, что нажата та или иная клавиша или выбрана та или иная строка в меню. Вам не надо постоянно анализировать координаты курсора мыши или коды нажимаемых клавиш - Windows сама вырабатывает для вас соответствующее сообщение высокого уровня. Таким образом, вы можете возложить на Windows всю работу, связанную с "привязкой" мыши и клавиатуры к органам управления.

Но тем не менее ваше приложение может вмешаться и в обработку сообщений низкого уровня. Такая схема очень удобна и позволяет, с одной стороны, упростить приложение, возложив на Windows всю работу с сообщениями нижнего уровня, с другой стороны, позволяет при необходимости вмешаться в процесс обработки сообщений низкого уровня.

Программы MS-DOS в "классическом" исполнении работают по другому. Как правило, такие программы выполняются линейно, ожидая от пользователя ввода той или иной команды и блокируя нежелательные на данный момент действия.

Логика работы приложений Windows называется логикой, управляемой событиями. Под событием понимается обнаружение в очереди сообщений приложения того или иного сообщения. В любой момент времени вам разрешается использовать любые органы управления любого запущенного приложения (хотя приложение Windows при необходимости может выполнить блокировку отдельных органов управления).

Операционная система Windows направляет сообщение от использованного органа управления в очередь того приложения, к которому принадлежит данный орган управления. Поэтому приложение не должно беспокоиться о том, что в любой момент времени вы можете приступить к работе с другим приложением. Просто каждое приложение занимается обработкой своей очереди сообщений, а Windows заботится о том, чтобы все сообщения попадали в нужную очередь.

Так как все приложения используют совместно общий экран видеомонитора, работая каждое в своем окне, Windows обеспечивает обработку ситуаций, при которых одно окно перекрывает другое. Приложения не следят за тем, чтобы их окна не перекрывались окнами других приложений. Но они все должны быть способны обработать специальное сообщение, по которому необходимо перерисовать содержимое всего своего окна или части окна.