Совместимость и множественные прикладные среды

Совместимость ОС - свойство выполнять приложения, написанные для других операционных систем.

Рассматривают следующие уровни совместимости:

- Совместимость на уровне исходных текстов требует наличия соответствующего компилятора в составе ОС, а также совместимости на уровне библиотек и системных вызовов. При этом необходима рекомпиляция имеющихся исходных текстов в новый исполняемый модуль.

- Двоичная совместимость - возможность использовать один и тот же программный продукт, поставляемый в виде двоичного исполняемого кода, в различных операционных средах и на различных машинах. Достаточными условиями двоичной совместимости является соблюдения следующих условий:

- вызовы функций API, которые содержит приложение, должны поддерживаться данной ОС;

- внутренняя структура исполняемого файла приложения должна соответствовать структуре исполняемых файлов данной ОС.

Сложнее достичь двоичной совместимости операционным системам, предназначенным для выполнения на процессорах, имеющих разные архитектуры.

Помимо соблюдения приведенных выше условий необходимо организовать эмуляцию обработки двоичного кода. Создание эмулятора полноценной прикладной среды, полностью совместимой со средой другой операционной системы, является достаточно сложной задачей, тесно связанной со структурой операционной системы.

Выходом в таких случаях является применение так называемых прикладных программных сред или операционных сред.

Прикладная программная среда - совокупность средств ОС, предназначенная для организации выполнения приложений, использующих определенную систему машинных команд, определенный тип API, и определенный формат исполняемой программы. Каждая ОС создает как минимум одну прикладную программную среду. Проблема состоит в обеспечении совместимости нескольких программных сред в рамках одной ОС. При построении множественных прикладных сред используются различные архитектурные решения, концепции эмуляции двоичного кода, трансляции API. Для сокращения времени на выполнение чужих программ прикладные среды имитируют обращение к библиотечным функциям.

Эффективность этого подхода связана с тем, что большинство сегодняшних программ работает под управлением GUI (графических интерфейсов пользователя) типа Windows, MAC или UNIX, при этом приложения тратят 60-80% времени на выполнение функций GUI и других библиотечных вызовов ОС. Именно это свойство приложений позволяет прикладным средам компенсировать большие затраты времени, потраченные на покомандное эмулирование программ. Тщательно спроектированная программная прикладная среда имеет в своем составе библиотеки, имитирующие библиотеки GUI, но написанные на "родном" коде. Таким образом, достигается существенное ускорение выполнения программ с API другой операционной системы. Иначе такой подход называют трансляцией - для того, чтобы отличить его от более медленного процесса эмулирования по одной команде за один раз.

Например, для Windows-программы, работающей на Macintosh, при интерпретации команд процессора Intel производительность может быть очень низкой. Но когда производится вызов функции GUI, открытие окна и др., модуль ОС, реализующий прикладную среду Windows, может перехватить этот вызов и перенаправить его на перекомпилированную подпрограмму открытия окна. В результате на таких участках кода скорость работы программы может достичь скорости работы на «родном» процессоре.

Чтобы программа, написанная для одной ОС, могла быть выполнена в рамках другой ОС, недостаточно лишь обеспечивать совместимость API. Концепции, положенные в основу разных ОС, могут входить в противоречия друг с другом. Например, в одной ОС приложению может быть разрешено управлять устройствами ввода-вывода, в другой - эти действия являются прерогативой ОС.

Каждая ОС имеет свои собственные механизмы защиты ресурсов, свои алгоритмы обработки ошибок и исключительных ситуаций, особую структуру процессора и схему управления памятью, свою семантику доступа к файлам и графический пользовательский интерфейс. Для обеспечения совместимости необходимо организовать бесконфликтное сосуществование в рамках одной ОС нескольких способов управления ресурсами компьютера.

Существуют различные варианты построения множественных прикладных сред, отличающиеся как особенностями архитектурных решений, так и функциональными возможностями, обеспечивающими разную степень переносимости приложений.

Еще один способ построения множественных прикладных сред основан на микроядерном подходе. При этом очень важно отметить базовое, общее для всех прикладных сред отличие механизмов операционной системы от специфических для каждой из прикладных сред высокоуровневых функций, решающих стратегические задачи. В соответствии с микроядерной архитектурой все функции ОС реализуются микроядром и серверами пользовательского режима. Важно, что прикладная среда оформляется в виде отдельного сервера пользовательского режима и не включает базовых механизмов.

Приложения, используя API, обращаются с системными вызовами к соответствующей прикладной среде через микроядро. Прикладная среда обрабатывает запрос, выполняет его (возможно, обращаясь для этого за помощью к базовым функциям микроядра) и отсылает приложению результат. В ходе выполнения запроса прикладной среде приходится, в свою очередь, обращаться к базовым механизмам ОС, реализуемым микроядром и другими серверами ОС.

Такому подходу к конструированию множественных прикладных сред присущи все достоинства и недостатки микро ядерной архитектуры, в частности:

- можно легко добавлять и исключать прикладные среды, что является следствием хорошей расширяемости микроядерных ОС;

- при отказе одной из прикладных сред остальные сохраняют работоспособность, что способствует надежности и стабильности системы в целом;

- низкая производительность микроядерных ОС сказывается на скорости работы прикладных средств, а значит, и на скорости работы приложений.

В итоге следует отметить, что создание в рамках одной ОС нескольких прикладных средств для выполнения приложений различных ОС представляет собой путь, который позволяет иметь единственную версию программы и переносить ее между различными операционными системами. Множественные прикладные среды обеспечивают совместимость на двоичном уровне данной ОС с приложениями, написанными для других ОС.

 

Интерфейс пользователя

Пользовательский интерфейс - это программные и аппаратные средства взаимодействия человека с ЭВМ. Пользовательским интерфейсом называется набор приемов взаимодействия пользователя с приложением.

Текстовые. Линейные операционные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в них является клавиатура. Команда набирается на клавиатуре и отображается на экране дисплея. Окончанием ввода команды служит нажатие клавиши Enter. Для работы с операционными системами, имеющими текстовый интерфейс, необходимо овладеть командным языком данной среды, т.е. совокупностью команд, структура которых определяется синтаксисом этого языка.

Графические. Такие операционные системы реализуют интерфейс, основанный на взаимодействии активных и пассивных графических экранных элементов управления. Устройствами управления в данном случае являются клавиатура и мышь. Активным элементом управления является указатель мыши - графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши. Пассивные элементы управления - это графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и т.д.)

В графических операционных системах большинство операций можно выполнять многими различными способами, например через строку меню, через панель инструментов, через систему окон и др. Основу графического интерфейса пользователя составляет организованная система окон и других графических объектов, при создании которой разработчики стремятся к максимальной стандартизации всех элементов и приемов работы.

Речевые. В случае SILK-интерфейса (от англ. speech - речь, image - образ, language - язык, knowledge - знание) - на экране по речевой команде происходит перемещение от одних поисковых образов к другим.

 

Большинство современных операционных систем используют в качестве носителя жесткие диски (а также иные виды энергонезависимых накопителей) персональных компьютеров.