А.В.Гордеев

А.Ю.Молчанов

СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Электронный вариант книги издательства

«Питер»

Санкт–Петербург

Челябинск

ЮУрГУ

Каф. Автоматика и управление

2002 Предисловие

Настоящий учебник предназначается в первую очередь студентам технических вузов, хотя может быть востребован и обычными подготовленными пользовате­лями, желающими углубить свои познания в области системного программного обеспечения.

Согласно Государственному образовательному стандарту, по которому ведётся обучение студентов, поступивших в вузы до 2000 г., в рамках дисциплины «Сис­темное программное обеспечение», относящейся к обязательным специальным дисциплинам учебного плана по направлению «Информатика и вычислительная техника», студент должен изучить следующие обязательные разделы: «…назначе­ние, функции и структура операционной системы (ОС); понятие процесса; управление процессами, способы диспетчеризации процессов; понятие ресурса, виды ресурсов, управление ресурсами; управление памятью; устройства, виды устройств, драйверы устройств, устройства в MS-DOS; файловая система на диске, структура логического диска в MS-DOS; синхронизация процессов, семафо­ры, сообщения, использование семафоров для решения задач взаимоисключения и синхронизации; тупики, способы борьбы с тупиками; загрузка и настройка ОС, файлы конфигурирования MS-DOS, основное команды MS-DOS; обзор современ­ных ОС; трансляторы; формальные языки и грамматики, типы грамматик; вы­вод цепочек; конечный и магазинный автоматы, распознаватели и преобразова­тели, построение автомата по заданной грамматике; структура компиляторов и интерпретаторов, лексический, синтаксический и семантический анализаторы, генератор кода; распределение памяти, виды переменных; статическое и динами­ческое связывание; загрузчики; функции загрузчика; настраивающий и динамиче­ский загрузчики; подключение библиотек».

В новой редакции Государственного образовательного стандарта, который всту­пил в силу в 2000 г. и относится к поколению студентов, поступивших в вузы осенью 2000 г. и позже, несколько изменено основное содержание этой дисцип­лины. В частности, в стандарте записано, что в рамках дисциплины «Системное программное обеспечение» должны изучаться следующие обязательные разделы: «...пользовательский интерфейс операционной среды; управление задачами; управление памятью; управление вводом/выводом; управление файлами; пример современной операционной системы; программирование в операционной среде; ас­семблеры; мобильность программного обеспечения; макроязыки; трансляторы; формальные языки и грамматики, типы грамматик; вывод цепочек; конечный и магазинный автоматы, распознаватели и преобразователи, построение автомата по заданной грамматике; структура компиляторов и интерпретаторов, лексиче­ский, синтаксический и семантический анализаторы, генератор кода; распределе­ние памяти, виды переменных; статическое и динамическое связывание; загрузчи­ки; функции загрузчика; настраивающий и динамический загрузчики; подключение библиотек».

Таким образом, мы можем констатировать, что в основном в дисциплине «Сис­темное программное обеспечение» должно уделяться внимание операционным системам, средам и системам программирования. Именно в таком ключе в основ­ном и строится настоящий учебник, поскольку предполагается, что его читателя­ми, прежде всего, будут студенты, обучающиеся по специальностям, относящимся к направлению «Информатика и вычислительная техника». Учебный материал, ставший основой для настоящего учебника, уже в течение нескольких лет изуча­ется студентами специальности 22.01.00 в Санкт-Петербургском государствен­ном университете аэрокосмического приборостроения. Другими словами, по су­ществу, в основу учебника лег расширенный конспект лекций по дисциплине «Сис­темное программное обеспечение». Эта дисциплина изучается в течение двух се­местров. В первом семестре рассматриваются операционные системы (принципы их построения и функционирования, вопросы создания параллельных взаимо­действующих задач, выполняющихся в мультизадачных операционных системах), а во втором – формальные грамматики, трансляторы и системы программирова­ния. Поэтому книга разбита на две крупные части. Эти две части связаны между собой не потому, что так построен план изучения дисциплины. Материал, рассматриваемый в каждой из частей учебника, тесно связан с вопросами, изучаемыми в другой её части. Таким образом, детальное изучение материала любой части книги требует, по крайней мере, знакомства с основными понятиями всего учебника. Так, например, изучение структуры и технических аспектов работы компиляторов невозможно без знания принципов распределения памяти, кото­рые относятся к вопросам построения операционных систем. Именно поэтому эти два крупных раздела объединены авторами в одну книгу и совместно пред­ставляются вниманию читателей.

Помимо общетеоретических вопросов в учебнике рассмотрены и отдельные прак­тические вопросы, описаны конкретные реализации различных системных про­грамм.

В первой части учебника, прежде всего, излагаются основные понятия ОС, прин­ципы их построения и функционирования. В последние годы практически повсеместно ПК работают под управлением современных 32-битовых ОС, использующих аппаратные возможности микропроцессоров для создания и организации эффективных и защищённых вычислений. Мы посчитали необходимым рассмотреть в первой части учебника эти вопросы.

Наиболее популярными ОС являются системы Windows 95/98, Windows NT 4.0, начинается переход к Windows ME и семейству ОС Windows 2000 компании Microsoft. По этим ОС имеется огромное количество самых разнообразных публикаций, в том числе и учебных материалов, объём которых порой очень велик. В то же время по остальным ОС публикаций существенно меньше. Поэтому в первой части настоящего учебного пособия мы в качестве примеров операци­онных систем и сред кратко рассматриваем такие ОС, как OS/2 Warp, UNIX и Linux, QNX. Естественно, что отдельные вопросы иллюстрируются и на примере популярных ОС Windows 95/98 и Windows NT 4.0.

Во второй части учебника рассматриваются как общие вопросы, связанные с по­строением трансляторов, так и методы их практической реализации от примитив­ных распознавателей текста до законченных систем программирования. Практи­ческая реализация компиляторов и интерпретаторов рассматривается с точки зрения современных широко распространенных языков программирования вы­сокого уровня, таких как Pascal, С и C++.

Кратко рассматриваются также практические вопросы построения прикладных программ на основе архитектуры «клиент–сервер» и трехзвенной архитектуры, ориентированной на работу с серверами баз данных и серверами приложений. Эти вопросы затрагиваются не с точки зрения технологии их реализации (такие сведения можно найти в появившейся сейчас специализированной литературе) в той или иной ОС, а со стороны методов разработки соответствующих приклад­ных программ с помощью той или иной системы программирования. Для более детального знакомства с конкретными реализациями читатели могут воспользо­ваться приводимыми авторами ссылками на литературные источники или на соответствующие технические публикации в глобальной сети Интернет.

Таким образом, данный учебник должен быть полезен не только тем, кто хочет детально изучить системное программное обеспечение, но и тем, кто собирается сам разработать отдельные компоненты, в том числе отдельные системные утилиты, распознаватели и интерпретаторы команд, компоновщик или транслятор с некоторого языка, создать комплекс параллельно исполняющихся взаимодействующих программ. В учебнике рассматриваются вопросы, которые полезно знать в любом случае, если разработчик прикладной программы имеет дело с не­которым входным языком (которым может быть далеко не только язык програм­мирования, но и любой другой язык команд, в том числе заданный пользовате­лем или определенный в некоторой прикладной области).

Примеры систем программирования, которые рассматриваются в этом учебнике, предназначены для работы в среде перечисленных выше операционных систем. Фрагменты программ, приведенные в книге, написаны на языках программиро­вания высокого уровня Pascal и С.

В этом коротком предисловии мы, как авторы этой книги, хотим ещё высказать самые теплые слова благодарности своим родным и близким за их долгое терпе­ние, доброжелательность и сердечную заботу в течение всего времени подборки материалов, написания книги и её «бесконечного» улучшения, благодаря кото­рым только и мог появиться на свет этот труд, вынужденно оторвавший нас на некоторое время от домашних забот и хлопот. Хочется поблагодарить и Гордеева В. А. за конструктивную критику и помощь в подготовке отдельных программ. Авторы признательны также сотрудникам издательства «Питер» Васильеву А. В. и Ваулиной Е. Ю. за их терпеливое и внимательное отношение в процессе подго­товки текста книги, его обработки и корректуры. Наше взаимное уважение и со­трудничество позволили довести учебный материал книги «до ума», хотя это и не всегда удавалось сделать в заранее оговоренные сроки.