Что такое системное программирование
Перейти к содержимому

Что такое системное программирование

  • автор:

Системное программирование

Пожалуйста, улучшите её в соответствии с правилами написания статей.

  • позволяет функционирование в окружении с ограниченным набором системных ресурсов
  • работает максимально эффективно и имеет минимальное библиотеку времени выполнения (RTL) или не имеет её вообще
  • позволяет прямое управление (прямой доступ) к памяти и управляющей логике
  • позволяет делать ассемблерные вставки в код
  • 1 История
  • 2 Драйвер апдейтеры
  • 3 Примечания
  • 4 Литература

История [ ]

Драйвер апдейтеры [ ]

Драйверы — это программные компоненты, которые используются устройствами для взаимодействия с операционной системой. Другими словами, драйверы — это посредники между операционной системой и аппаратными устройствами компьютера, использующиеся для передачи и приема данных между ними. Для удобного поиска и работы существуют специальные программы для обновления драйверов. [1]

Примечания [ ]

Литература [ ]

Компьютер Это незавершённая статья о компьютерах. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.

de:Systemprogrammierung fr:Programmation système pl:Programowanie systemowe vi:Lập trình hệ thống

Материалы сообщества доступны в соответствии с условиями лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.

Системное программирование

Информационные технологии

Систе́мное программи́рование, раздел программирования , в котором сочетаются исследования новых архитектур, алгоритмов , структур данных и др. и деятельность по проектированию , разработке , тестированию и сопровождению (поддержке) системного программного обеспечения (системного ПО), т. е. для создания новых информационных технологий .

Системное ПО является фундаментом, на котором базируется всё программное обеспечение (ПО) компьютеров . Различают системное ПО машинно-зависимое (предназначено для использования в семействах компьютеров с одной и той же системой команд) и переносимое, которое используется на компьютерах с разной архитектурой . Системное ПО применяют для управления ПО компьютеров и сетевыми коммуникациями, а также для поддержки выполнения прикладных программ. К системному ПО относятся операционные системы (ОС), программные средства организации компьютерных сетей и управления ими, системы управления базами данных (СУБД), средства промежуточного ПО (предоставляют выделенному классу приложений набор услуг, напрямую не предоставляемых ОС), инструментальные средства разработки и анализа программ , поддержки информационной безопасности и др. При разработке системного ПО используются методы программной инженерии; особое внимание уделяется качеству кода (включает минимизацию числа ошибок, простоту понимания и сопровождения, хорошую документированность и т. п.), надёжности и безопасности программ.

Системное программирование появилось в 1950-х гг., когда были созданы первые ОС, ассемблеры и компиляторы для мейнфреймов. Важным этапом стало появление системного ПО, создаваемого некоммерческими сообществами системных программистов и распространяемого вместе с текстами программ (ОС FreeBSD и Linux , СУБД PostgreSQL и MySQL и др.), что позволило многочисленным пользователям освободиться от зависимости от производителей коммерческого системного ПО.

Опубликовано 4 июля 2022 г. в 12:07 (GMT+3). Последнее обновление 4 июля 2022 г. в 12:07 (GMT+3). Связаться с редакцией

Информация

Информационные технологии

Области знаний: Системное программирование Область знания: Информационные технологии

  • Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
    Создан при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации.
    Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-84198, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 15 ноября 2022 года.
    ISSN: 2949-2076
  • Учредитель: Автономная некоммерческая организация «Национальный научно-образовательный центр «Большая российская энциклопедия»
    Главный редактор: Кравец С. Л.
    Телефон редакции: +7 (495) 917 90 00
    Эл. почта редакции: secretar@greatbook.ru
  • © АНО БРЭ, 2022 — 2024. Все права защищены.
  • Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
    Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.
  • Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
    Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.

Системное программирование: особенности и примеры использования

Сергей Немчинский: Мифы и правда о Full Stack

Асинхронное программирование: что это такое и его особенности

Что такое консоль в программировании, отличие от командной строки

Нисходящий и восходящий метод программирования: особенности и отличия

4 способа зарабатывать на программировании

Что такое системное программирование и какие задачи оно решает? Почему оно является важной составляющей в разработке сложных систем и приложений? Какие преимущества и недостатки существуют при использовании системного программирования? Давайте разберемся вместе в этих вопросах и изучим особенности этой области программирования.

Что такое системное программирование

Системное программирование – это процесс создания программного обеспечения, которое управляет аппаратными ресурсами компьютера. Это включает в себя создание операционных систем, драйверов устройств, компиляторов и других системных приложений. Одной из особенностей системного программирования является низкоуровневый подход, который требует от программистов глубоких знаний в области аппаратного обеспечения и операционной системы.

Особенности системного программирования

Одной из особенностей системного программирования является низкоуровневый подход. Это означает, что программист должен иметь глубокие знания в области аппаратного обеспечения и операционной системы, чтобы создать эффективное и стабильное программное обеспечение. Кроме того, системное программирование требует от программиста умения работать с низкоуровневыми языками программирования, такими как язык ассемблера.

Читайте также статью на тему низкоуровневого программирования.

Другой важной особенностью системного программирования является многопоточность. Системное программное обеспечение часто работает с большими объемами данных и выполняет сложные задачи, требующие параллельного выполнения. Для этого разработчик должен уметь использовать многопоточность и синхронизацию потоков в программе.

Также следует отметить, что системное программирование требует от разработчика соблюдения высоких стандартов качества и безопасности программного кода. Ведь недостатки в программном обеспечении могут привести к серьезным последствиям, например, краху системы или утечке конфиденциальных данных. Поэтому разработчики системного программного обеспечения должны следить за качеством своего кода и применять современные методы тестирования и анализа кода.

Наконец, стоит отметить, что системное программирование является важным элементом разработки многих критически важных систем, таких как системы управления полетом, медицинские системы и системы безопасности. Поэтому, для того чтобы обеспечить надежность и безопасность таких систем, важно уметь разрабатывать программное обеспечение с учетом всех особенностей системного программирования и соблюдая высокие стандарты качества и безопасности.

Какие задачи решает системное программирование

Системное программирование решает ряд задач, связанных с созданием и оптимизацией системных приложений. Одной из основных задач системного программирования является создание драйверов устройств. Драйверы – это программы, которые обеспечивают взаимодействие между устройствами и операционной системой. Кроме того, системное программирование используется для создания операционных систем, компиляторов и других системных приложений.

  1. Разработка сетевого программного обеспечения. Сетевое программное обеспечение — это программа, которая обеспечивает взаимодействие между компьютерами в сети. Разработка сетевого программного обеспечения также требует знания системного программирования и языков программирования на более низком уровне, таких как C или C++.
  1. Разработка баз данных и систем управления базами данных, таких как Oracle, MySQL, PostgreSQL и др. Базы данных предназначены для хранения и организации больших объемов данных.
  1. Системы безопасности, такие как антивирусы и фаерволы, также создаются с использованием системного программирования. Они должны быть способными обнаруживать и предотвращать вторжения в компьютерные системы, а также защищать пользователей от вредоносного программного обеспечения.
  1. Высокопроизводительные вычислительные системы, такие как суперкомпьютеры и высокопроизводительные вычислительные кластеры, используются для научных и инженерных расчетов, моделирования и анализа данных.Разработка таких систем требует знаний системного программирования, поскольку они работают в непосредственном контакте с аппаратным обеспечением, а также требуют эффективного управления ресурсами.

Как видим, системы реального времени должны быть спроектированы с учетом быстродействия и надежности, чтобы обеспечить точное управление и отслеживание процессов в режиме реального времени, а системы безопасности и защиты данных — с высокой степенью надежности и защиты от взломов и несанкционированного доступа. Все это требует от программиста специальных знаний и навыков системного программирования, но в то же время может значительно упростить и ускорить процесс разработки программных продуктов.

Итог

Системное программирование является важной областью компьютерных наук, которая позволяет создавать сложные и высокопроизводительные системы. Оно требует глубоких знаний в различных областях, включая аппаратное и программное обеспечение, алгоритмы и структуры данных. Несмотря на свою сложность, системное программирование имеет множество преимуществ, таких как эффективность и низкий уровень потребления ресурсов. Кроме того, существуют множество примеров использования системного программирования, от создания операционных систем до разработки встроенных систем и систем реального времени.

Похожие материалы

Сергей Немчинский: Мифы и правда о Full Stack

Асинхронное программирование: что это такое и его особенности

Что такое консоль в программировании, отличие от командной строки

Нисходящий и восходящий метод программирования: особенности и отличия

4 способа зарабатывать на программировании

Что такое системное программирование?

Системное программирование — это область программирования, связанная с разработкой программных систем, которые работают на низком уровне и напрямую взаимодействуют с аппаратным обеспечением.

Какие задачи решает системное программирование?

Системное программирование решает задачи, связанные с созданием операционных систем, драйверов устройств, встраиваемых систем, компиляторов и интерпретаторов, а также других программных систем, которые напрямую взаимодействуют с аппаратным обеспечением.

Какие языки программирования используются для системного программирования?

Для системного программирования используются различные языки программирования, такие как C, C++, Ассемблер, Rust, Ada, Lisp и другие.

Какие преимущества и недостатки имеет системное программирование?

Преимущества системного программирования заключаются в высокой производительности, надежности и эффективном использовании ресурсов, недостатками — в сложности и требовательности к знаниям и навыкам программистов.

Какие примеры системного программирования можно назвать?

Примерами системного программирования являются операционные системы, драйверы устройств, встраиваемые системы, компиляторы и интерпретаторы, а также другие программные системы, которые напрямую взаимодействуют с аппаратным обеспечением.

Лекция 1. Основные понятия и определения

Программа — это данные, предназначенные для управления конкретными компонентами системы обработки информации (СОИ) в целях реализации определенного алгоритма.

Обратить внимание: программа — это данные.

Один из основных принципов машины фон Неймана — то, что и программы, и данные хранятся в одной и той же памяти. Сохраняемая в памяти программа представляет собой некоторые коды, которые могут рассматриваться как данные. Возможно, с точки зрения программиста программа — активный компонент, она выполняет некоторые действия. Но с точки зрения процессора команды программы — это данные, которые процессор читает и интерпретирует. С другой стороны программа — это данные с точки зрения обслуживающих программ, например, с точки зрения компилятора, который на входе получает одни данные — программу на языке высокого уровня (ЯВУ), а на выходе выдает другие данные — программу в машинных кодах.

Программное обеспечение (ПО) — совокупность программ СОИ и программных документов, необходимых для их эксплуатации

Существенно, что ПО — это программы, предназначенные для многократного использования и применения разными пользователями. В связи с этим следует обратить внимание на ряд необходимых свойств ПО.

Необходимость документирования

По определению программы становятся ПО только при наличии документации. Конечный пользователь не может работать, не имея документации. Документация делает возможным тиражирование ПО и продажу его без его разработчика. По Бруксу ошибкой в ПО является ситуация, когда программное изделие функционирует не в соответствии со своим описанием, следовательно, ошибка в документации также является ошибкой в программном изделии.

Эффективность

ПО, рассчитанное на многократное использование (например, ОС, текстовый редактор) пишется и отлаживается один раз, а выполняется многократно. Таким образом, выгодно переносить затраты на этап производства ПО и освобождать от затрат этап выполнения, чтобы избежать тиражирования затрат.

Надежность

  • Тестирование программы при всех допустимых спецификациях входных данных
  • Защита от неправильных действий пользователя
  • Защита от взлома — пользователи должны иметь возможность взаимодействия с ПО только через легальные интерфейсы.

Появление ошибок любого уровня не должно приводить к краху системы. Ошибки должны вылавливаться диагностироваться и (если их невозможно исправить) превращаться в корректные отказы.

Системные структуры данных должны сохраняться безусловно.

Сохранение целостности пользовательских данных желательно.

Возможность сопровождения

Возможные цели сопровождения — адаптация ПО к конкретным условиям применения, устранение ошибок, модификация.

Во всех случаях требуется тщательное структурирование ПО и носителем информации о структуре ПО должна быть программная документация.

Адаптация во многих случаях может быть передоверена пользователю — при тщательной отработке и описании сценариев инсталляции и настройки.

Исправление ошибок требует развитой сервисной службы, собирающей информацию об ошибках и формирующей исправляющие пакеты.

Модификация предполагает изменение спецификаций на ПО. При этом, как правило, должны поддерживаться и старые спецификации. Эволюционное развитие ПО экономит вложения пользователей.

Системное программирование

Системная программа — программа, предназначенная для поддержания работоспособности СОИ или повышения эффективности ее использования.

Прикладная программа — программа, предназначенная для решения задачи или класса задач в определенной области применения СОИ.

В соответствии с терминологией, системное программирование — это процесс разработки системных программ (в том числе, управляющих и обслуживающих).

С другой стороны, система — единое целое, состоящее из множества компонентов и множества связей между ними. Тогда системное программирование — это разработка программ сложной структуры.

Эти два определения не противоречат друг другу, так как разработка программ сложной структуры ведется именно для обеспечения работоспособности или повышения эффективности СОИ.

Подразделение ПО на системное и прикладное является до некоторой степени устаревшим. Сегодняшнее деление предусматривает по меньшей мере три градации ПО:

  • Системное
  • Промежуточное
  • Прикладное

Промежуточное ПО (middleware) мы определяем как совокупность программ, осуществляющих управление вторичными (конструируемыми самим ПО) ресурсами, ориентированными на решение определенного (широкого) класса задач. К такому ПО относятся менеджеры транзакций, серверы БД, серверы коммуникаций и другие программные серверы. С точки зрения инструментальных средств разработки промежуточное ПО ближе к прикладному, так как не работает на прямую с первичными ресурсами, а использует для этого сервисы, предоставляемые системным ПО.

С точки зрения алгоритмов и технологий разработки промежуточное ПО ближе к системному, так как всегда является сложным программным изделием многократного и многоцелевого использования и в нем применяются те же или сходные алгоритмы, что и в системном ПО.

Современные тенденции развития ПО состоит в снижении объема как системного, так и прикладного программирования. Основная часть работы программистов выполняется в промежуточном ПО. Снижение объема системного программирования определено современными концепциями ОС, объектно-ориентированной архитектурой и архитектурой микроядра, в соответствии с которыми большая часть функций системы выносится в утилиты, которые можно отнести и к промежуточному ПО. Снижение объема прикладного программирования обусловлено тем, что современные продукты промежуточного ПО предлагают все больший набор инструментальных средств и шаблонов для решения задач своего класса.

Значительная часть системного и практически все прикладное ПО пишется на языках высокого уровня, что обеспечивает сокращение расходов на их разработку/модификацию и переносимость.

Системное ПО подразделяется на системные управляющие программы и системные обслуживающие программы.

Управляющая программа — системная программа, реализующая набор функций управления, который включает в себя управление ресурсами и взаимодействие с внешней средой СОИ, восстановление работы системы после проявления неисправностей в технических средствах.

Программа обслуживания (утилита) — программа, предназначенная для оказания услуг общего характера пользователям и обслуживающему персоналу СОИ.

Управляющая программа совместно с набором необходимых для эксплуатации системы утилит составляют операционную систему (ОС).

Кроме входящих в состав ОС утилит могут существовать и другие утилиты (того же или стороннего производителя), выполняющие дополнительное (опционное) обслуживание. Как правило, это утилиты, обеспечивающие разработку программного обеспечения для операционной системы.

Система программирования — система, образуемая языком программирования, компилятором или интерпретатором программ, представленных на этом языке, соответствующей документацией, а также вспомогательными средствами для подготовки программ к форме, пригодной для выполнения.

Этапы подготовки программы

При разработке программ, а тем более — сложных, используется принцип модульности, разбиения сложной программы на составные части, каждая из которых может подготавливаться отдельно. Модульность является основным инструментом структурирования программного изделия, облегчающим его разработку, отладку и сопровождение.

Программный модуль — программа или функционально завершенный фрагмент программы, предназначенный для хранения, трансляции, объединения с другими программными модулями и загрузки в оперативную память.

При выборе модульной структуры должны учитываться следующие основные соображения:

  • Функциональность — модуль должен выполнять законченную функцию
  • Несвязность — модуль должен иметь минимум связей с другими модулями, связь через глобальные переменные и области памяти нежелательна
  • Специфицируемость — входные и выходные параметры модуля должны четко формулироваться

Программа пишется в виде исходного модуля.

Исходный модуль — программный модуль на исходном языке, обрабатываемый транслятором и представляемый для него как целое, достаточное для проведения трансляции.

Первым (не для всех языков программирования обязательным) этапом подготовки программы является обработка ее Макропроцессором (или Препроцессором). Макропроцессор обрабатывает текст программы и на выходе его получается новая редакция текста. В большинстве систем программирования Макропроцессор совмещен с транслятором, и для программиста его работа и промежуточный ИМ «не видны».

Следует иметь в виду, что Макропроцессор выполняет обработку текста, это означает, с одной стороны, что он «не понимает» операторов языка программирования и «не знает» переменных программы, с другой, что все операторы и переменные Макроязыка (тех выражений в программе, которые адресованы Макропроцессору) в промежуточном ИМ уже отсутствуют и для дальнейших этапов обработки «не видны».

Так, если Макропроцессор заменил в программе некоторый текст A на текст B, то транслятор уже видит только текст B, и не знает, был этот текст написан программистом «своей рукой» или подставлен Макропроцессором.

Следующим этапом является трансляция.

Трансляция — преобразование программы, представленной на одном языке программирования, в программу на другом языке программирования, в определенном смысле равносильную первой.

Как правило, выходным языком транслятора является машинный язык целевой вычислительной системы. (Целевая ВС — та ВС, на которой программа будет выполняться.)

Машинный язык — язык программирования, предназначенный для представления программы в форме, позволяющей выполнять ее непосредственно техническими средствами обработки информации.

Трансляторы — общее название для программ, осуществляющих трансляцию. Они подразделяются на Ассемблеры и Компиляторы — в зависимости от исходного языка программы, которую они обрабатывают. Ассемблеры работают с Автокодами или языками Ассемблера, Компиляторы — с языками высокого уровня.

Автокод — символьный язык программирования, предложения которого по своей структуре в основном подобны командам и обрабатываемым данным конкретного машинного языка.

Язык Ассемблера — язык программирования, который представляет собой символьную форму машинного языка с рядом возможностей, характерных для языка высокого уровня (обычно включает в себя макросредства).

Язык высокого уровня — язык программирования, понятия и структура которого удобны для восприятия человеком.

Объектный модуль — программный модуль, получаемый в результате трансляции исходного модуля.

Поскольку результатом трансляции является модуль на языке, близком к машинному, в нем уже не остается признаков того, на каком исходном языке был написан программный модуль. Это создает принципиальную возможность создавать программы из модулей, написанных на разных языках. Специфика исходного языка, однако, может сказываться на физическом представлении базовых типов данных, способах обращения к процедурам/функциям и т.п. Для совместимости разноязыковых модулей должны выдерживаться общие соглашения. Большая часть объектного модуля — команды и данные машинного языка именно в той форме, в какой они будут существовать во время выполнения программы. Однако, программа в общем случае состоит из многих модулей. Поскольку транслятор обрабатывает только один конкретный модуль, он не может должным образом обработать те части этого модуля, в которых запрограммированы обращения к данным или процедурам, определенным в другом модуле. Такие обращения называются внешними ссылками. Те места в объектном модуле, где содержатся внешние ссылки, транслируются в некоторую промежуточную форму, подлежащую дальнейшей обработке. Говорят, что объектный модуль представляет собой программу на машинном языке с неразрешенными внешними ссылками. Разрешение внешних ссылок выполняется на следующем этапе подготовки, который обеспечивается Редактором Связей (Компоновщиком). Редактор Связей соединяет вместе все объектные модули, входящие в программу. Поскольку Редактор Связей «видит» уже все компоненты программы, он имеет возможность обработать те места в объектных модулях, которые содержат внешние ссылки. Результатом работы Редактора Связей является загрузочный модуль.

Загрузочный модуль — программный модуль, представленный в форме, пригодной для загрузки в оперативную память для выполнения.

Загрузочный модуль сохраняется в виде файла на внешней памяти. Для выполнения программа должна быть перенесена (загружена) в оперативную память. Иногда при этом требуется некоторая дополнительная обработка (например, настройка адресов в программе на ту область оперативной памяти, в которую программа загрузилась). Эта функция выполняется Загрузчиком, который обычно входит в состав операционной системы. Возможен также вариант, в котором редактирование связей выполняется при каждом запуске программы на выполнение и совмещается с загрузкой. Это делает Связывающий Загрузчик. Вариант связывания при запуске более расходный, т.к. затраты на связывание тиражируются при каждом запуске. Но он обеспечивает:

  • большую гибкость в сопровождении, так как позволяет менять отдельные объектные модули программы, не меняя остальных модулей;
  • экономию внешней памяти, т.к. объектные модули, используемые во многих программах не копируются в каждый загрузочный модуль, а хранятся в одном экземпляре.

Интерпретация — реализация смысла некоторого синтаксически законченного текста, представленного на конкретном языке.

Интерпретатор читает из исходного модуля очередное предложение программы, переводит его в машинный язык и выполняет. Все затраты на подготовку тиражируются при каждом выполнении, следовательно, интерпретируемая программа принципиально менее эффективна, чем транслируемая. Однако, интерпретация обеспечивает удобство разработки, гибкость в сопровождении и переносимость.

Не обязательно подготовка программы должна вестись на той же вычислительной системе и в той же операционной среде, в которых программа будет выполняться. Системы, обеспечивающие подготовку программ в среде, отличной от целевой называются кросс-системами. В кросс-системе может выполняться вся подготовка или ее отдельные этапы:

  • Макрообработка и трансляция
  • Редактирование связей
  • Отладка

Типовое применение кросс-систем — для тех случаев, когда целевая вычислительная среда просто не имеет ресурсов, необходимых для подготовки программ, например, встроенные системы. Программные средства, обеспечивающие отладку программы на целевой системе можно также рассматривать как частный случай кросс-системы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *