Api операционных систем. Проблемы, связанные с многообразием api[править | править вики-текст]

Практически все операционные системы (UNIX, Windows, Mac OS и т. д.) имеют API, с помощью которого программисты могут создавать приложения для этой операционной системы. Главный API операционных систем — это множество системных вызовов.

В индустрии программного обеспечения общие стандартные API для стандартной функциональности имеют важную роль, так как они гарантируют, что все программы, использующие общий API, будут работать одинаково хорошо или, по крайней мере, типичным привычным образом. В случае API графических интерфейсов это означает, что программы будут иметь похожий пользовательский интерфейс, что облегчает процесс освоения новых программных продуктов.

С другой стороны, отличия в API различных операционных систем существенно затрудняют перенос приложений между платформами. Существуют различные методы обхода этой сложности — написание «промежуточных» API (API графических интерфейсов WxWidgets, Qt, GTK и т. п.), написание библиотек, которые отображают системные вызовы одной ОС в системные вызовы другой ОС (такие среды исполнения, как Wine, cygwin и т. п.), введение стандартов кодирования в языках программирования (например, стандартная библиотека языка C), написание интерпретируемых языков, реализуемых на разных платформах (sh, python, perl, php, tcl, Java и т. д.).

Также необходимо отметить, что в распоряжении программиста часто находится несколько различных API, позволяющих добиться одного и того же результата. При этом каждый API обычно реализован с использованием API программных компонент более низкого уровня абстракции.

Например: для того, чтобы увидеть в браузере строчку «Hello, world!», достаточно лишь создать HTML-документ с минимальным заголовком и простейшим телом, содержащим данную строку. Когда браузер откроет этот документ, программа-браузер передаст имя файла (или уже открытый дескриптор файла) библиотеке, обрабатывающей HTML-документы, та, в свою очередь, при помощи API операционной системы прочитает этот файл и разберётся в его устройстве, затем последовательно вызовет через API библиотеки стандартных графических примитивов операции типа «очистить окошко», «написать “Hello, world!” выбранным шрифтом». Во время выполнения этих операций библиотека графических примитивов обратится к библиотеке оконного интерфейса с соответствующими запросами, уже эта библиотека обратится к API операционной системы, чтобы записать данные в буфер видеокарты.

При этом практически на каждом из уровней реально существует несколько возможных альтернативных API. Например: мы могли бы писать исходный документ не на HTML, а на LaTeX, для отображения могли бы использовать любой браузер. Различные браузеры, вообще говоря, используют различные HTML-библиотеки, и, кроме того, всё это может быть (вообще говоря) собрано с использованием различных библиотек примитивов и на различных операционных системах.

Основными сложностями существующих многоуровневых систем API, таким образом, являются:

• Сложность портирования программного кода с одной системы API на другую (например, при смене ОС);

• Потеря функциональности при переходе с более низкого уровня на более высокий. Грубо говоря, каждый «слой» API создаётся для облегчения выполнения некоторого стандартного набора операций. Но при этом реально затрудняется, либо становится принципиально невозможным выполнение некоторых других операций, которые предоставляет более низкий уровень API.

11. Об'єкти ядра. Захист об'єктів ядра. Структура SECURITY_ATTRIBUTES. Сумісне використання об'єктів ядра декількома процесами.

Ядро операционной системы. Функции ядра. Объекты ядра. Объекты ядра на примере ОС Windows. Микроядро.

Ядро ОС — часть ОС, рационально размещаемая в ОЗУ, которая работает в привилегированном режиме и выполняет следующие функции:

—           Управление и синхронизация процессов.

—           Управление памятью.

—           Диспетчеризация.

—           Управление файловой системой, прерываниями, IO и т.д.

Доступ к функциям ядра ОС осуществляется через прерывания:

—           программные

—           аппаратные

Вход в ядро осуществляется по прерываниям. Когда ядро реагирует на данное прерывание, оно запрещает другие (если ядро не реентерабельно). После идентификации поступившего прерывания, ядро передает его обработчику – специальному системному процессу. Запрет прерываний обеспечивает предотвращение повторного входа внереентерабельное ядро.

Нереентерабельность функций ДОС связана тем, что при  повторном вхождении в эти функции в качестве СТЕКА используется одна и та же области памяти,  в результате чего происходит зависание системы из-за порчи стека. Для преодоления этого недостатка необходимо перед каждой попыткой использования  функций ДОС прерывающим процессом (работа с файловой системой,  получение системных даты и времени, потоковый ввод/вывод, запуск процессов и др.) проверять, не используются ли эти функции в данный момент времени прерванным процессом. Об этом сигнализирует специальный  критический  флаг  — внутренняя ячейка памяти ДОС. Если этот флаг установлен (не равен нулю),  то ДОС уже находится в своем критическом участке,  и повторный вызов функций ДОС запрещен. Если флаг сброшен (равен нулю),  то функциями ДОС пользоваться можно.

В ОС реального времени ядро реентерабельное, т.е. допускает повторное вхождение в свой код.

Объекты ядра.

Объект – блок памяти, выделенный ядром для своих целей и доступный только ядру.

Объект ядра содержит имя объекта, класс защиты объекта, счётчик количества пользователей и другую информацию (смещение при открытии файла и т.д.).

Все объекты имеют описатели (Handle). Большинство объектов обладают свойством наследования.

Объекты ядра Windows:

—           Процесс, поток.

—           Файловый объект – открытый файл.

—           Проекция файла на память.

—           Событие, Семафор, Мьютекс.

—           Почтовый ящик, канал, сокет и т.д.

ОС ведет учет объектов и управляет ими. Пользователь может запросить информацию об объекте.

 Объекты можно создавать, уничтожать, открывать и закрывать посредством системных вызовов ОС по просьбе внешней программы. Созданные объекты закрепляются (принадлежат) создавшим их процессам. При порождении дочернего процесса, объекты ядра (как правило) наследуются из родительского, при этом создается копия объекта, принадлежащая уже дочернему процессу. Например, так наследуются стандартные потоки в/в, открытые файлы, каналы, семафоры и др. Номер дескриптора при наследовании сохраняется.

Микроядро отличается от обычного ядра тем, что в нем содержится основные, более общие функции управления ОС, а остальные функции ОС вынесены в отдельные процессы (приложения пользовательского уровня). Благодаря чему разработчик ОС может легко добавлять к ОС новые функции и расширять существующие. Таким образом, обеспечивается более эффективная защита ядра, более высокая производительность (микроядро может быть целиком размещено в кэш процессора). Микроядро изолирует все Машинно-зависимые команды, содержит ограниченный набору услуг с малым количеством системных функций (при переносе ОС на другую аппаратную платформу нужно переработать только микроядро, а все остальное – только перекомпилировать). Следовательно, обеспечивается переносимость, расширяемость и надежность.

Пример – ОС QNX, Win-NT (HAL-аналог микроядра).