СПО

– индикацию, является ли файл директорией, обычным файлом или специальным файлом.

Следом за i-списком идут блоки, предназначенные для хранения содержимого файлов. Пространство на диске, оставшееся свободным от файлов, образует связанный список свободных блоков.

Таким образом, файловая система UNIX представляет собой структуру данных, размещенную на диске и содержащую управляющий суперблок, в котором определена файловая система в целом; массив i-узлов, где определены все файлы в файловой системе; сами файлы; совокупность свободных блоков. Выделение пространства под данные осуществляется блоками фиксированного размера.

Файл-директория, в котором перечислены имена файлов, позволяет установить соответствие между именами и самими файлами. Директории образуют древовидную структуру. На каждый обычный файл или файл устройства могут иметься ссылки в различных узлах этой структуры. В непривилегированных программах запись в директории не разрешена, но при наличии соответствующих разрешений они могут читать их. Дополнительных связей между директориями нет.

Большое число системных директорий система UNIX использует для своих собственных нужд. Одна из них, корневая директория, является базой для всей структуры директорий, и, «отталкиваясь» от нее, можно найти размещение всех файлов. В других системных директориях содержатся программы и команды, предоставляемые пользователям, и файлы устройств.

7.2. Операционная система Linux

Linux – это свободно распространяемая версия UNIX, которая первоначально была разработана Линусом Торвальдсом (Linus Torvalds) в университете Хельсинки (Финляндия) в 1991 году. Все компоненты системы, включая исходные тексты, распространяются с лицензией на свободное копирование и

установку для неограниченного числа пользователей, которая была разработана Ричардом Столманом, основателем Фонда бесплатно распространяемых программ Free Software Foundation.

Linux был создан с помощью многих UNIXпрограммистов и энтузиастов из Интернета. К данному проекту добровольно подключились те, кто имеет достаточно навыков и способностей развивать систему.

В настоящее время существует свыше 50 коммерческих компаний, которые сами разрабатывают и продают свои пакеты Linux, что несколько размывает границу между коммерческим и бесплатным программным обеспечением.

Linux – это полноценная многозадачная многопользовательская операционная система (точно так же, как и все другие версии UNIX). Это означает, что одновременно много пользователей могут работать на одной машине, одновременно выполняя много программ. Linux достаточно хорошо совместим с рядом стандартов для UNIX (насколько можно говорить о стандартизации UNIX) на уровне исходных текстов. Все исходные тексты для Linux, включая ядро, драйверы устройств, библиотеки, пользовательские программы и инструментальные средства распространяются свободно.

Linux поддерживает различные типы файловых систем для хранения данных. Некоторые файловые системы, такие как файловая система ext2fs, были созданы специально для Linux.

Выполняемые программы используют динамически связываемые библиотеки, то есть выполняемые программы могут совместно использовать библиотечную программу, представленную одним физическим файлом на диске. Это позволяет выполняемым файлам занимать меньше места на диске, особенно тем, которые многократно используют библиотечные функции. Есть также статические связываемые библиотеки для тех, кто желает пользоваться отладкой на уровне объектных кодов или иметь «полные» выполняемые программы, которые не нуждаются в разделяемых библиотеках. В Linux разделяе-

мые библиотеки динамически связываются во время выполнения, позволяя программисту заменять библиотечные модули своими собственными.

8.ТРАНСЛЯТОРЫ

8.1.Основные принципы построения трансляторов, компиляторов и интерпретаторов

8.1.1.Определение транслятора

Транслятор - это программа, которая переводит программу на исходном (входном) языке в эквивалентную ей программу на результирующем (выходном) языке. В этом определении слово «программа» встречается три раза, и это не ошибка и не тавтология. В работе транслятора действительно участвуют три программы:

1.Сам транслятор является программой, т.е. транслятор - это часть программного обеспечения (ПО), он представляет собой набор машинных команд и данных и выполняется компьютером, как и все прочие программы в рамках операционной системы (ОС). Все составные части транслятора представляют собой динамически загружаемые библиотеки или модули этой программы со своими входными и выходными данными.

2.Исходными данными для работы транслятора служит программа на исходном языке программирования - некоторая последовательность предложений входного языка. Эта про-

грамма называется входной, или исходной, программой. Обыч-

но это символьный файл, но этот файл должен содержать текст программы, удовлетворяющий синтаксическим и семантическим требованиям входного языка. Кроме того, этот файл несет в себе некоторый смысл, определяемый семантикой входного языка. Часто файл, содержащий текст исходной программы, называют исходным файлом.

3.Выходными данными транслятора является программа на результирующем языке. Эта программа называется результирующей программой. Результирующая программа строится по синтаксическим правилам выходного языка транслятора, а

еесмысл определяется семантикой выходного языка.

Важным пунктом в определении транслятора является эквивалентность исходной и результирующей программ. Эквивалентность этих двух программ означает совпадение их смысла с точки зрения семантики входного языка (для исходной программы) и семантики выходного языка (для результирующей программы). Без выполнения этого требования сам транслятор теряет всякий практический смысл.

Итак, чтобы создать транслятор, необходимо, прежде всего, выбрать входной и выходной языки. С точки зрения преобразования предложений входного языка в эквивалентные им предложения выходного языка транслятор выступает как переводчик.

Например, трансляция программы с языка С в язык ассемблера по сути ничем не отличается от перевода, скажем, с русского языка на английский, с той лишь разницей, что сложность языков несколько иная. Поэтому и само слово «транслятор» (англ.: translator) означает «переводчик».

Результатом работы транслятора будет результирующая программа, но только в том случае, если текст исходной программы является правильным - не содержит ошибок с точки зрения синтаксиса и семантики входного языка. Если исходная программа неправильная (содержит хотя бы одну ошибку), то результатом работы транслятора будет сообщение об ошибке. В этом смысле транслятор сродни переводчику, например, с английского, которому подсунули неверный текст.

8.1.2. Определение компилятора. Отличие компилятора от транслятора

Компилятор - это транслятор, который осуществляет перевод исходной программы в эквивалентную ей результирующую программу на языке машинных команд или на языке ассемблера.

Таким образом, компилятор отличается от транслятора лишь тем, что его результирующая программа всегда должна

быть написана на языке машинных кодов или на языке ас-

семблера. Результирующая программа транслятора, в общем случае, может быть написана на любом языке - возможен, например, транслятор программ с языка Pascal на язык С.

Всякий компилятор является транслятором, но не наоборот - не всякий транслятор будет компилятором. Например, упомянутый выше транслятор с языка Pascal на С компилятором не является.

Результирующая программа компилятора называется

объектной программой, или объектным кодом, а исходную программу в этом случае часто называют исходным кодом. Файл, в который записана объектная программа, обычно называется объектным файлом. Даже в том случае, когда результирующая программа порождается на языке машинных команд, между объектной программой (объектным файлом) и исполняемой программой (исполняемым файлом) есть существенная разница. Порожденная компилятором программа не может непосредственно выполняться на компьютере.

Само слово «компилятор» происходит от английского термина «compiler» («составитель», «компоновщик»). Термин обязан своему происхождению способности компиляторов составлять объектную программу из фрагментов машинных кодов, соответствующих синтаксическим конструкциям исходной программы. Поскольку первоначально компиляторы ничего другого делать не умели, то этот термин и закрепился за ними.

Результирующая программа, созданная компилятором, строится на языке машинных кодов или ассемблера, то есть на языках, которые обязательно ориентированы на определенную вычислительную систему. Следовательно, такая результирующая программа всегда предназначена для выполнения на вычислительной системе с определенной архитектурой.

Вычислительная система, на которой выполняется результирующая (объектная) программа, созданная компилято-

ром, называется целевой вычислительной системой.

В понятие целевой вычислительной системы входят следующие компоненты:

архитектура аппаратных средств компьютера,

операционная система,

набор динамически подключаемых библиотек, которые необходимы для выполнения объектной программы.

При этом следует помнить, что объектная программа ориентирована на целевую вычислительную систему, но не может быть непосредственно выполнена на ней без дополнительной обработки.

Целевая вычислительная система не всегда является той же вычислительной системой, на которой работает сам компилятор. Часто они совпадают, но бывает так, что компилятор работает под управлением вычислительной системы одного типа, а строит объектные программы, предназначенные для выполнения на вычислительных системах совсем другого типа.

Компиляторы, безусловно, самый распространенный вид трансляторов. Они имеют самое широкое практическое применение, которым обязаны широкому распространению всевозможных языков программирования.

Естественно, трансляторы и компиляторы, как и все прочие программы, разрабатывают люди - обычно это группа разработчиков. В принципе, они могли бы создавать его непосредственно на языке машинных команд, однако объем кода и данных современных компиляторов таков, что их создание на языке машинных команд практически невозможно в разумные сроки при разумных трудозатратах. Поэтому практически все современные компиляторы также создаются с помощью компиляторов (чаще всего в этой роли выступают предыдущие версии компиляторов той же фирмы-производителя). И в этом качестве компилятор является результирующей программой для другого компилятора, которая ничем не отличается от всех прочих порождаемых результирующих программ.

Приведем примеры компиляторов. Компиляторы с таких языков, как FORTRAN, ALGOL-68, PL/1 были ориентированы на большие ЭВМ с пакетной обработкой задач. Языки ADA, Modula, Simula известны лишь узкому кругу специалистов и не получили широкого распространения. В то же время на рынке программных систем доминируют системы программирования и компиляторы для языков, которым не прочили светлого будущего. В первую очередь, сейчас это С и C++. Еще можно упомянуть довольно распространенный Pascal, который неожиданно для многих вышел за рамки чисто учебного языка для университетской среды.

8.1.3. Определение интерпретатора. Разница между интерпретаторами и трансляторами

Кроме схожих между собой понятий «транслятор» и «компилятор» существует принципиально отличное от них понятие интерпретатора.

Интерпретатор - это программа, которая воспринимает исходную программу на входном (исходном) языке и выполняет ее.

Интерпретатор, так же как и транслятор, анализирует текст исходной программы. Разница заключается в том, что он

не порождает результирующую программу, а сразу же вы-

полняет исходную в соответствии с ее смыслом, заданным семантикой входного языка. Таким образом, результатом работы интерпретатора будет результат, определенный смыслом исходной программы, в том случае, если эта программа синтаксически и семантически правильная с точки зрения входного языка программирования, или сообщение об ошибке в противном случае.

Чтобы исполнить исходную программу, интерпретатор так или иначе должен преобразовать ее в язык машинных кодов, поскольку иначе выполнение программ на компьютере

невозможно. Он, конечно же, делает это, однако полученные машинные коды не являются доступными - их не видит пользователь интерпретатора. Эти машинные коды порождаются интерпретатором, исполняются и уничтожаются по мере надобности - так, как того требует конкретная реализация интерпретатора. Пользователь же видит результат выполнения этих кодов - то есть результат выполнения исходной программы (требование об эквивалентности исходной программы и порожденных машинных кодов и в этом случае, безусловно, должно выполняться).

Далеко не все языки программирования допускают построение интерпретаторов. Для этого язык должен допускать возможность существования компилятора, выполняющего разбор исходной программы за один проход. Кроме того, язык не может интерпретироваться по мере поступления команд, если он допускает появление обращений к функциям и структурам данных раньше их непосредственного описания. Поэтому таким методом не могут интерпретироваться такие языки,

как С и Pascal.

Отсутствие шага оптимизации ведет к тому, что выполнение программы с помощью интерпретатора является менее эффективным, чем с помощью аналогичного компилятора.

Преимуществом интерпретатора является независимость выполнения программы от архитектуры целевой вычислительной системы. Для интерпретации программы необходимо иметь только ее исходный текст и интерпретатор с соответствующего языка.

С развитием глобальных сетей и распространением всемирной сети Интернет появилось много новых систем, интерпретирующих текст исходной программы.

Из известных языков, предполагавших интерпретацию, можно упомянуть Basic, хотя большинству сейчас известна его компилируемая реализация Visual Basic, сделанная фирмой Microsoft. Тем не менее сейчас ситуация несколько изменилась, поскольку вопрос о переносимости программ и их аппа-

ратно-платформенной независимости приобретает все большую актуальность с развитием сети Интернет.

Примером интерпретируемого языка может служить

HTML (Hypertext Markup Language) - язык описания гипертек-

ста. На его основе в настоящее время функционирует практически вся структура сети Интернет.

Другой пример - языки Java и JavaScript сочетают в себе функции компиляции и интерпретации (текст исходной программы компилируется в некоторый промежуточный код, не зависящий от архитектуры целевой вычислительной системы, этот код распространяется по сети и интерпретируется на принимающей стороне).

8.1.4. Этапы трансляции. Общая схема работы транслятора

На рис. 26 представлена общая схема работы компилятора, из которой видно, что в целом процесс компиляции состоит из двух основных этапов - анализа и синтеза.

На этапе анализа выполняется следующее:

распознавание текста исходной программы;

создание и заполнение таблиц идентификаторов. Результатом его работы служит некое внутреннее пред-

ставление программы, понятное компилятору.

На этапе синтеза на основании внутреннего представления программы и информации, содержащейся в таблице идентификаторов, порождается текст результирующей программы. Результатом этого этапа является объектный код.

Кроме того, в составе компилятора присутствует часть,

ответственная за анализ и исправление ошибок, которая при наличии ошибки в тексте исходной программы должна максимально полно информировать пользователя о типе ошибки и месте ее возникновения. В лучшем случае компилятор может предложить пользователю вариант исправления ошибки.