Основные идеи стандарта POSIX

Стандарт POSIX описывает множество базовых, системных сервисов, необходимых для функционирования прикладных программ. Доступ к ним предоставляется посредством интерфейса, специфицированного для языка C, командного языка и общеупотребительных служебных программ.

У каждого интерфейса есть две стороны: вызывающая и вызываемая. Стандарт POSIX ориентирован в первую очередь на вызывающую. Его цель - сделать приложения мобильными на уровне исходного языка. Это значит, в частности, что при переносе C-программ на другую операционную платформу потребуется перекомпиляция. О мобильности выполнимых программ и/или объектных файлов речь не идет.

Стандарт POSIX отнюдь не ограничен рамками Unix-среды. Существуют операционные системы (ОС) "независимого происхождения" (например, системы реального времени), предоставляющие необходимые сервисы и тем самым поддерживающие выполнение POSIX-совместимых приложений. Можно утверждать, что следование стандарту POSIX облегчает перенос приложений практически на любую сколько-нибудь распространенную операционную платформу. Дополнительные усилия по повышению мобильности, прилагаемые на этапе разработки, безусловно, окупятся.

Определяя интерфейс к системным сервисам, POSIX оставляет за рамками рассмотрения их реализацию. В частности, не различаются системные вызовы и библиотечные функции. Не являются объектом стандартизации средства администрирования, аппаратные ограничения и функции, необходимые только суперпользователю, что еще раз подчеркивает направленность стандарта POSIX на приложения, а не на операционные системы.

POSIX нейтрален по отношению к системной архитектуре и разрядности процессора. Это очень важный аспект мобильности приложений.

Ориентация на международный стандарт языка C определила не только стиль описания функций, но и, до некоторой степени, направление развития спецификаций POSIX в плане синхронизации обоих стандартов. Как известно в утвержденной в 1999 г. редакции спецификаций языка C узаконен комплексный тип данных, что вызвало соответствующее пополнение POSIX-функций.

В стандарте POSIX проведено разделение на обязательные и дополнительные функции, причем обязательное ядро сделано по возможности компактным. Разумеется, особое внимание уделяется способам реализации стандартизуемых функций как в "классической" Unix-среде, так и на других операционных платформах, в сетевых и распределенных конфигурациях.

Разработчики новой версии стандарта POSIX очень бережно отнеслись и к его предыстории, и к предыстории Unix-систем, и, главное, к приложениям, удовлетворявшим более ранним версиям стандарта. Существующие интерфейсы старались сохранять; в процессе развития соблюдался принцип обратной совместимости; новые интерфейсы добавлялись так, чтобы они не конфликтовали со старыми. Полностью избежать внесения изменений в приложения не удалось по вполне понятным причинам: потребовалось устранить противоречия между разными исходными спецификациями, а также отказаться от поддержки "традиционного" варианта языка C и перейти на его международный стандарт.

Основные понятия стандарта POSIX

Стандарт POSIX в редакции 2003-го года - весьма обширный, многогранный документ, где подробно рассматриваются следующие категории системных компонентов:

• средства разработки;
• сетевые средства;
• средства реального времени;
• потоки управления;
• математические интерфейсы;
• пакетные сервисы;
• заголовочные файлы;
• унаследованные интерфейсы.

Именно такой (на верхнем уровне, далеко не полный) репертуар должна предоставлять операционная система для работы приложения.

Важнейшим является понятие соответствия стандарту POSIX. Мы уже отмечали, что всякий интерфейс располагает двумя сторонами: вызывающей и вызываемой. Две стороны есть и у POSIX-соответствия: соответствие реализации (операционной системы) и приложения.

Реализация (операционная система), соответствующая стандарту POSIX, должна поддерживать все обязательные служебные программы, функции, заголовочные файлы с обеспечением специфицированного в стандарте поведения. Константа _POSIX_VERSION имеет значение 200112L.

ОС может предоставлять возможности, помеченные в стандарте в качестве дополнительных, а также содержать нестандартные функции. Если утверждается, что поддерживается некоторое расширение, это должно производиться непротиворечивым образом, для всех необходимых частей и так, как описано в стандарте.

В заголовочном файле <unistd.h> следует определить константы, соответствующие поддерживаемым необязательным возможностям (например, константа _POSIX2_C_DEV обслуживает средства разработки на языке C). Анализируя эти константы во время компиляции, приложение выяснит возможности используемой ОС и подстроится под них. Аналогичные действия на этапе выполнения могут быть выполнены с помощью функции sysconf() и/или служебной программы getconf.

Для минимизации размеров ОС и приложений стандартом POSIX предусмотрена весьма мелкая гранулярность необязательных возможностей (всего их сорок). С другой стороны, проведено объединение взаимосвязанных необязательных возможностей в группы, что во многих случаях избавляет от анализа большого числа опций. Группы эти таковы:

• шифрование;
• средства реального времени;
• продвинутые средства реального времени;
• потоки реального времени;
• продвинутые потоки реального времени;
• трассировка;
• ПОТОКИ;
• унаследованные возможности.

Например, в группу "средства реального времени" (_XOPEN_REALTIME) входят возможности четырнадцати видов, в том числе планирование на основе приоритетов, асинхронный ввод/вывод, семафоры, таймеры и т.п.

Версия ОС Linux, на которой готовился текст данного курса, выдавала следующие значения некоторых конфигурационных констант (см. листинг 1.1).

$ getconf _POSIX_VERSION199506$ getconf POSIX2_C_DEV1$ getconf _XOPEN_REALTIME1$ getconf _POSIX_TRACEundefined

Листинг 1.1. Результат применения утилиты getconf к одной из версий ОС Linux. (html, txt)

Это значит, что поддерживается устаревшая версия стандарта POSIX, среди прочих присутствуют средства разработки и возможности реального времени; средства трассировки отсутствуют.

В документации на ОС должны быть отражены вопросы соответствия стандарту POSIX, описаны поддерживаемые дополнительные и нестандартные возможности.

Для приложений понятие соответствия стандарту POSIX богаче нюансами. Предусмотрено строгое соответствие, главный отличительный признак которого - ограничение круга используемых возможностей рамками стандарта. Рассматривается и соответствие с применением расширений; в этом случае документация на приложение должна содержать описание требуемых нестандартных возможностей. Желательно, чтобы используемые расширения POSIX-возможностей описывались международными и/или национальными стандартами.

(Отметим, что для реализации понятие строгого POSIX-соответствия бессмысленно хотя бы по той причине, что не бывает операционных систем без средств администрирования, а они не описываются данным стандартом.)

Профилем будем называть набор опций, описывающих необязательные возможности. Соответствие профилю означает соответствие стандарту POSIX и поддержку заданных возможностей. Разумным образом выбранные профили позволяют учитывать потребности представительных классов пользователей и/или приложений.

Допускается существование "подпрофилей", описывающих подмножества стандартных возможностей. Реализация, соответствующая подпрофилю, может функционировать на аппаратных платформах с ограниченными ресурсами и/или обслуживать нужды специфических приложений.

К числу важнейших принадлежат понятия, описывающие поведение реализации в различных ситуациях. Для многих корректных ситуаций поведение бывает неспецифицированным, а значит, мобильное приложение не должно полагаться на совпадение поведения разных реализаций. Для некорректных ситуаций поведение может быть неопределенным; приложению не только не следует полагаться на определенный характер подобного поведения - оно не должно совершать некорректных действий, вызывающих неопределенное поведение.

Еще один близкий термин, "поведение, зависящее от реализации", дополнительно означает, что поведение реализации необходимо документировать.

Стандарт POSIX - это существующий много лет, развивающийся организм, в котором с каждой новой редакцией что-то появляется, а что-то утрачивается. Устаревшими называются возможности, которые еще поддерживаются различными реализациями, но в будущем они, вероятно, отомрут. Новые приложения не должны их использовать; для каждой из них стандартом предусмотрена адекватная по функциональности современная замена.

Более ограниченный смысл придан термину "унаследованный": он описывает устаревшие необязательные возможности, которых, разумеется, следует избегать в новых приложениях.

on_load_lecture() Основные понятия операционных систем, соответствующих стандарту POSIX

Мы рассмотрим следующие основные понятия операционных систем, соответствующих стандарту POSIX:

• пользователь;
• файл;
• процесс;
• терминал;
• хост;
• узел сети;
• время;
• языково-культурная среда.

Это первичные понятия. Их нельзя строго определить, но можно пояснить с помощью других понятий и отношений. Для каждого из выделенных понятий будут описаны присущие им атрибуты и применимые к ним операции.

В тексте стандарта POSIX содержатся следующие пояснения основных понятий вместе со ссылками на атрибуты и операции.

1. У пользователя есть имя и числовой идентификатор.
2. Файл - объект, допускающий чтение и/или запись и имеющий такие атрибуты, как права доступа и тип. К числу последних относятся обычный файл, символьный и блочный специальные файлы, канал, символьная ссылка, сокет и каталог. Реализация может поддерживать и другие типы файлов.
3. Процесс - адресное пространство вместе с выполняемыми в нем потоками управления, а также системными ресурсами, которые этим потокам требуются.
4. Терминал (или терминальное устройство) - символьный специальный файл, подчиняющийся спецификациям общего терминального интерфейса.
5. Сеть - совокупность взаимосвязанных хостов.
6. Языково-культурная среда - часть пользовательского окружения, зависящая от языковых и культурных соглашений.

Для работы с большим числом сущностей всегда предоставляются механизмы группирования и построения иерархий. Существует иерархия файлов, группы пользователей и процессов, подсети и т.п.

Для написания программ, оперирующих с сущностями POSIX-совместимых систем, применяются командный интерпретатор (язык shell) и/или компилируемый язык C. В первом случае приложение может пользоваться служебными программами (утилитами), во втором - функциями. Функциональный интерфейс операционных систем естественно считать первичным, поскольку большинство служебных программ предназначены, по сути, для вызова той или иной функции. По этой причине далее мы будем рассматривать преимущественно уровень функций.

Основными операциями, применимыми к объектам ОС, являются чтение, запись и выполнение. Механизм прав доступа позволяет избирательно разрешать и запрещать осуществление подобных операций. Ранее в стандарте фигурировало понятие суперпользователя, не подверженного контролю прав доступа. В POSIX-2001 выбрана более гибкая формулировка - "имеющий соответствующие привилегии", что отражает прогресс в реализации ОС с расщеплением суперпользовательских возможностей.

В POSIX-совместимых ОС определены объекты, которые можно назвать вспомогательными; они помогают организовать взаимодействие между основными сущностями. Особенно широк спектр средств межпроцессного взаимодействия.

Процессы выполняются в определенном окружении, частью которого является языково-культурная среда (Locale), образованная такими категориями, как символы и их свойства, форматы сообщений, дата и время, числовые и денежные величины.

Как правило, с процессом ассоциированы по крайней мере три файла - стандартный ввод, стандартный вывод, стандартный протокол. Обычно стандартный ввод назначается на клавиатуру терминала, а стандартный вывод и стандартный протокол - на экран. Со стандартного ввода читаются команды и (иногда) исходные данные для них. На стандартный вывод поступают результаты выполнения команд. В стандартный протокол помещаются диагностические сообщения.

К операционным системам могут предъявляться качественные требования, например, требование поддержки реального времени: способность обеспечить необходимый сервис в течение заданного отрезка времени.

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: