12.5. Обеспечение мобильности.
Проблема мобильности возникает из-за того, что быстрое развитие компьютерной техники и аппаратных средств делает жизненный цикл многих больших программных средств (программных систем) намного продолжительнее периода «морально» оправданного существования компьютеров и аппаратуры, для которых первоначально создавались эти программные средства. Поэтому обеспечение критерия мобильности для таких ПС является весьма важной задачей.
Мобильность ПС определяется такими примитивами качества ПС как независимость от устройств,автономность,структурированностьимодульность.
Если бы ПС обладало таками примитивами качества, как независимость от устройствиавтономность,и его программы были бы представлены на машинно-независимом языке программирования, то перенос ПС в другую среду обеспечивался бы перетрансляцией (перекомпиляцией) его программ в этой среде. Однако трудно представить реальное ПС, обладающее таким качеством. Тем не менее, таким качеством могут обладать отдельные части программ ПС и даже весьма значительные. А это уже явный намек на то, каким путем следует добиваться мобильности ПС.
Если ПС зависит от устройств (аппаратуры), то в спецификации качества должна быть описана эта компьютерно-аппаратная среда (будем ее называть аппаратной платформой[12.6]). Избавится от этой зависимости можно за счет такого примитива качества ПС как автономность. Как правило, ПС строится в рамках некоторой операционной системы (ОС), которая может спрятать специфику аппаратной платформы и, тем самым, сделать ПС независимым от устройств. Но тогда ПС не будет обладать свойством автономности. В этом случае в спецификации качества должна быть описана эта программная среда, над которой строится ПС (будем эту среду называтьоперационной платформой[12.6]). Таким образом, мобильность ПС будет непосредственно связано с мобильностью используемой ОС: перенос ПС на другую аппаратную платформу осуществляется автоматически, если будет осуществлен перенос на эту платформу используемой ОС. Но обеспечение мобильности ОС является самостоятельной и довольно трудной задачей.
Таким образом, для обеспечения мобильности ПС нужно решить две задачи:
- выделение по возможности наибольшей части программ ПС, обладающей свойствами независимости от устройств и автономности (другими словами, независимой от аппаратно-операционной платформы);
- обеспечение сопровождаемости для остальных частей программ ПС.
Для решения этих задач целесообразно выбрать в качестве архитектуры ПС слоистую систему (см. рис. 12.1). Основной слой, реализующий основные функции ПС, должен быть независимым от аппаратно-операционной платформы. Выделяется также слой (часто называемыйядром ПС), который включает программные модули, зависящие от аппаратно-операционной платформы. Этот слой должен обеспечивать, в частности, доступ к внешней информационной среде ПС. Между этими слоями должен быть определен интерфейс, независимый от аппаратно-операционной платформы и обеспечивающий правила обращения из основного слоя к модулям ядра. Будем называть этот интерфейссистемным. Использование графических пользовательских интерфейсов требует выделение еще одного программного слоя, зависящего от той части аппаратно-операционной платформы (графической пользовательской платформы), на которой строятся пользовательские интерфейсы. Будем называть этот слойоболочкойПС. Между оболочкой и основным слоем также должен быть определен интерфейс, независимый от графической пользовательской платформы и обеспечивающий правила обращения из оболочки к модулям основного слоя. Рис. 12.1. Рекомендуемая архитектура мобильного ПС. Модульность ПС позволяет сформировать указанные слои, выделяя программные модули с требуемыми свойствами и распределяя их между указанными слоями.Модульностьиструктурированностьоболочки и ядра позволяют обеспечить эти слои свойством модифицируемости. При этом желательно, чтобы каждый модуль этих слоев был ориентирован на реализацию каких-либо функций управления четко выделенной компоненты аппаратно-операционной среды. Для этого используются такие методы как унификация интерфейсов, стандартизация протоколов и т.п. [12.6]. Упражнения к лекции 12.12.1. Какие задачи приходиться решать при обеспечении коммуникабельности ПС?12.2. Какие возможности предоставляет пользователю графический пользовательский интерфейс?12.3. Как нужно действовать для обеспечения эффективности ПС?12.4. Что такое инсталятор программного средства (ПС)?12.5. Что такое управление конфигурацией ПС?12.6. Что такое ядро ПС?12.7. Что такое оболочка ПС?Литература к лекции 12. 12.1. Ian Sommerville. Software Engineering. — Addison-Wesley Publishing Company, 1992. P. 261-286. 12.2. М. Кристиан. Введение в операционную систему UNIX. — М.: Финансы и статистика, 1985. — С. 156-178. 12.3. Г. Майерс. Надежность программного обеспечения. — М.: Мир, 1980. С. 127-154, 160-164. 12.4. Д. Ван Тассел. Стиль, разработка, эффективность, отладка и испытание программ. — М.: Мир, 1985. С. 8-44, 117-178. 12.5. М.М. Горбунов-Посадов. Конфигурации программ. Рецепты безболезненных изменений. – М.: «Малип», 1994. 12.6. В.В. Липаев, Е.Н Филиппов. Мобильность программ и данных в открытых информационных системах. — М.: Научная книга, 1997.
7. Принцип мобильности при построении ос
конструкций должен позволять непосредственно использовать аппаратные возможности и особенности процессора. Этот язык системного программирования должен быть достаточно распространенным и технологичным. Одним из таких языков является язык С. В последние годы язык C++ также стал использоваться для этих целей, поскольку идеи объектно-ориентированного программирования оказались плодотворными не только для прикладного, но и для системного программирования. Большинство современных операционных систем были созданы именно как объектно-ориентированные.
Если при разработке операционной системы сразу не следовать принципу мобильности, то в последующем очень трудно обеспечить перенос на другую платформу как самой операционной системы, так и программного обеспечения, созданного для нее. Например, компания IBM потратила долгие годы на перенос своей операционной системы OS/2, созданной для персональных компьютеров с процессором архитектуры ia32, на платформу PowerPC. Но даже если изначально в спецификации на операционную систему заложить требование легкой переносимости, то не значит, что его в последующем будет просто реализовать. Подтверждением тому является тот же проект OS/2-WindowsNT. Как известно, проект WindowsNT обеспечивал работу этой операционной системы на процессорах с архитектурой ia32, MIPS, Alpha (DEC), PowerPC. Однако в последующем трудности с реализацией этого принципа привели к тому, что нынешние версии операционных систем класса Windows NT (Windows 2000/XP) уже создаются только для процессоров с архитектурой ia32 и не поддерживают MIPS, Alpha и PowerPC.
8. Принцип совместимости при построении ос
Одним из аспектов совместимости является способность операционной системы
выполнять программы, написанные для других систем или для более ранних версий
данной операционной системы, а также для другой аппаратной платформы.
Необходимо разделять вопросы двоичной совместимости и совместимости на уровне
исходных текстов приложений. Двоичная совместимость достигается в том случае,
когда можно взять исполняемую программу и запустить ее на выполнение на
другой операционной системе. Для этого необходимы: совместимость на уровне
команд процессора, совместимость на уровне системных вызовов и даже на уровне
библиотечных вызовов, если они являются динамически связываемыми.
Совместимость на уровне исходных текстов требует наличия соответствующего
транслятора в составе системного программного обеспечения, а также совместимости
на уровне библиотек и системных вызовов. При этом необходима перекомпиляция
имеющихся исходных текстов в новый выполняемый модуль.
Одним из средств обеспечения совместимости программных и пользовательских
интерфейсов является соответствие стандартам POSIX. Эти стандарты позволяют
создавать программы в стиле UNIX, которые впоследствии могут легко переноситься
из одной системы в другую.
Принцип мобильности
Мобильность, или переносимость, означает возможность и легкость переноса операционной системы на другую аппаратную платформу. Мобильная операционная система обычно разрабатывается с помощью специального языка высокого уровня, предназначенного для создания системного программного обеспечения. Такой язык помимо поддержки высокоуровневых операторов, типов данных и модульных конструкций должен позволять непосредственно использовать аппаратные
возможности и особенности процессора. Кроме этого, такой язык должен быть широко распространенным и реализованным в виде систем программирования, которые либо уже имеются на целевой платформе, либо позволяют получать программные коды для целевого компьютера. Другими словами, этот язык системного программирования должен быть достаточно распространенным и технологичным. Одним из таких языков является язык С. В последние годы язык C++ также стал использоваться для этих целей, поскольку идеи объектно-ориентированного программирования оказались плодотворными не только для прикладного, но и для системного программирования. Большинство современных операционных систем были созданы именно как объектно-ориентированные.
Принцип совместимости
Одним из аспектов совместимости является способность операционной системы выполнять программы, написанные для других систем или для более ранних версий данной операционной системы, а также для другой аппаратной платформы. Необходимо разделять вопросы двоичной совместимости и совместимости на уровне исходных текстов приложений. Двоичная совместимость достигается в том случае, когда можно взять исполняемую программу и запустить ее на выполнение на другой операционной системе. Для этого необходимы: совместимость на уровне команд процессора, совместимость на уровне системных вызовов и даже на уровне библиотечных вызовов, если они являются динамически связываемыми. Совместимость на уровне исходных текстов требует наличия соответствующего транслятора в составе системного программного обеспечения, а также совместимости на уровне библиотек и системных вызовов. При этом необходима перекомпиляция имеющихся исходных текстов в новый выполняемый модуль.
Принцип генерируемости
Согласно принципу генерируемости исходное представление центральной системной управляющей части операционной системы (ее ядра и основных компонентов, которые должны постоянно находиться в оперативной памяти) должно обеспечивать возможность настройки, исходя из конкретной конфигурации конкретного вычислительного комплекса и круга решаемых задач. Под генерацией операционной системы понимается ее сборка (компоновка) из отдельных программных модулей. В результате генерации получают скомпонованные двоичные коды операционной
системы и построенные системные таблицы, отражающие конкретную конфигурацию компьютера. Эта процедура проводится редко перед достаточно протяженным периодом эксплуатации операционной системы. Процесс генерации осуществляется с помощью специальной программы-генератора и соответствующего входного языка для этой программы, позволяющего описывать программные возможности системы и конфигурацию машины. В результате генерации получается полная версия операционной системы. Сгенерированная версия операционной системы представляет собой совокупность системных наборов модулей и данных.