Состав системного программного обеспечения

К системному программному обеспечению относятся: базовая система ввода- вывода (Base Input-Output System, BIOS), ядро операционной системы, утилиты системного администрирования, утилиты системного программирования, обо­лочки и прочее программное обеспечение, позволяющее пользователю запускать прикладные программы и работать с ними. Таким образом, к системному про­граммному обеспечению можно отнести весь программный слой, обеспечивающий взаимодействие прикладных программ пользователя с аппаратными средствами компьютера (рис. 16.1).

16.1.1. BIOS

Между моментом включения компьютера и моментом начала работы опера­ционной системы есть промежуток времени, в который на компьютере работает подсистема BIOS, выполняющая несколько важных функций.

□ Тестирование аппаратного обеспечения. Сразу после включения компьютера BIOS осуществляет тестирование аппаратного обеспечения. При этом про­веряются все жизненно важные устройства компьютера. Если во время провер­ки обнаруживается, что то или иное устройство функционирует неправильно или отсутствует, из-за чего работа операционной системы становится невоз­можной (например, обнаружена ошибка в оперативной памяти), то процесс загрузки прерывается. Если же продолжение работы операционной системы возможно, на экран выводится предупреждение об отсутствии устройства (на­пример, дисковода для гибких дисков), но процесс загрузки компьютера не прерывается.

□ Запуск загрузчика операционной системы. Если тестирование прошло нормаль­но, то осуществляется запуск загрузчика операционной системы, после чего основное управление компьютером передается операционной системе.

□ Проверка некоторых параметров аппаратного обеспечения компьютера. Кроме этих двух операций, самопроверки при включении и запуска загрузчика, со­временные подсистемы BIOS выполняют контрольные и настроечные функ­ции некоторых параметров аппаратного обеспечения компьютера. Например, используя параметры BIOS, можно в довольно широких пределах изменять частоту системной шины и тактовую частоту процессора, временные интервалы циклов чтения, записи и обновления оперативной памяти, параметры кэширова­ния оперативной памяти. В компьютерах с многоядерными процессорами BIOS управляет режимами «многоядерности». Значительное расширение функцио­нальности BIOS в современных компьютерах привело к тому, что операционные системы взаимодействуют с BIOS уже после того, как управление компьютером полностью передано им.

BIOS, в отличие от остального программного обеспечения, располагается не на дисковых устройствах компьютера, а внутри специальной микросхемы — постоян­ного запоминающего устройства. Микросхема поставляется вместе с материнской платой, и BIOS можно рассматривать как программную поддержку материнской платы.

16.1.2. Ядро операционной системы

После того как подсистема BIOS последовательно выполнит все действия по проверке и инициализации аппаратных устройств компьютера, загрузчик операционной системы загружает в память компьютера ядро операционной си­стемы. С этого момента и до окончания сеанса работы с компьютером (до его выключения) ядро операционной системы постоянно находится в оперативной памяти компьютера, и функционирование всех остальных программных компонен­тов, как системных, так и прикладных, происходит только через взаимодействие с ядром.

Важным свойством ядра является то, что процесс ядра работает в привилеги­рованном режиме, то есть процесс ядра может прервать любой другой процесс, но ни один процесс не может прервать процесс ядра; процесс ядра может выполнять инструкции, которые не могут выполнять программы. Ядро обеспечивает загрузку программ, как прикладных, так и системных, ядро выделяет программам ресурсы, ядро обеспечивает взаимодействие программ между собой и с аппаратным обеспе­чением компьютера. Ядро является самым необходимым компонентом системного программного обеспечения. На рис. 6.1 ядро специально выделено, а границы операционной системы (ОС) обозначены'пунктирной линией. Прикладные про­граммы внесены внутрь этих границ, так как они запускаются и работают внутри операционной системы и только под ее управлением.

16.1.3. Драйверы устройств

Современные компьютеры все больше и больше походят по своему дизайну на конструктор: они легко собираются из функциональных блоков, созданных разны­ми производителями. На уровне механическом совместимость разных устройств, корпуса компьютера и его материнской платы обеспечивается стандартизацией раз­меров и разъемов устройств. На аппаратном уровне необходимую совместимость обеспечивает соблюдение стандартных значений напряжения, тока, параметров импульса и последовательности следования сигналов.

На уровне операционной системы взаимодействие устройств различных типов с операционной системой, а через нее — и с прикладными программами, осущест­вляется через небольшие загружаемые блоки машинного кода, так называемые драйверы. Драйвер осуществляет стыковку стандартизированного программного интерфейса операционной системы и системы команд внешнего устройства.

16.1.4. Службы операционной системы

Обычно программы, как прикладные, так и системные, запускаются по мере необходимости, выполняют свою работу, а затем завершаются. Но есть особый тип программ, которые должны постоянно находится в ожидании запросов от других программ или отслеживать состояние некоторых параметров операцион­ной системы. Такие программы запускаются и завершают свою работу одновре­менно с операционной системой. Если в такой программе происходит сбой и она аварийно завершается, то программа автоматически снова загружается в память. Такого рода программы называются службами, сервисами, или демонами, опера­ционной системы. Примером службы операционной системы может быть служба печати: эта служба может принимать документы одновременно от нескольких программ (компьютеров), ставить их в очередь и затем поочередно выводить на печать.

16.1.5. Системные оболочки

Программы взаимодействуют с операционной системой через интерфейс, на­зываемый API (Application Programming Interface — прикладной программный интерфейс). Программа, которая должна воспринимать действия пользователя и переводить их на язык, понятный операционной системе, называется системной оболочкой (shell). Оболочки могут быть как графическими (оконные менеджеры), так и текстовыми, предназначенными для работы в терминальном режиме.

Одни операционные системы, например Windows и OS/2, изначально были ориентированы на графическую оконную среду. Другие изначально отдавали предпочтение общению с пользователем с помощью символов и текстов, поэтому графическая среда в них представляет собой надстройку, без которой операцион­ная система может работать вполне эффективно. На рис. 6.2 показаны примеры графических оболочек Alt Linux и Solaris X, а также командного интерпретатора терминального режима Windows XP.

Рис. 6.2. Оболочки OC

16.1.6. Инструменты администрирования

В операционной системе необходимо решать задачи, связанные с настройкой или перенастройкой определенных параметров, добавлением пользователей, обо­рудования, установкой новых прикладных программ и их конфигурированием. Кроме того, нужно поддерживать систему в рабочем состоянии и обеспечивать достаточный уровень защиты от несанкционированных действий. Для этих целей существует целый ряд программ, называемых системными утилитами. К функ­циям, выполняемым этими программами, можно отнести добавление, удаление и назначение прав пользователей; управление файлами и файловыми системами; управление дисковыми устройствами; управление сервисами операционной си­стемы; добавление и конфигурирование новых устройств; установку и удаление программ; настройку графической оболочки; настройку сетевых подключений; настройку печати и множество других.

16.1.7. Инструменты системного программирования

Данный вид системного программного обеспечения, безусловно, существует во всех операционных системах, но далеко не во всех входит в комплект поставки. Чаще всего в коммерческих операционных системах инструменты системного программирования продаются отдельно и стоят довольно дорого, как и различного рода закрытые спецификации или фрагменты исходных кодов. Для свободного и открытого ПО обычным является обратное — включение инструментов систем­ного программирования в состав поставки (дистрибутив) операционной системы и полная доступность исходных кодов. К инструментам системного программи­рования можно отнести языки программирования, текстовые редакторы, транс­ляторы, редакторы связей, компоновщики программ, библиотеки подпрограмм. К современным средствам программирования можно также отнести большие интегрированные многоязыковые среды программирования, такие как KDeveloper, Borland Developer Studio или Microsoft Visual Studio.