Системное программирование в среде Windows

В этой главе вы познакомитесь с семейством операционных систем (ОС) Microsoft Windows и интерфейсом прикладного программирования (Application Programming Interface, API), который используется всеми членами этого семейства. Здесь также кратко описывается новейший 64-разрядный API Win64 и достаточно подробно обсуждается проблема переносимости программного обеспечения между Win32 и Win64. Для удобства изложения мы будем ссылаться, главным образом, просто на Windows и Windows API. Как правило, раздельные ссылки на Win32 и Win64 будут делаться лишь в тех случаях, когда различия между этими интерфейсами будут иметь существенное значение. Сориентироваться в том, что именно автор имеет в виду, когда говорит о Windows, — операционную систему или интерфейсе для разработки программ, — читателю поможет контекст.

Подобно API любой другой ОС, Windows API также располагает собственным набором соглашений и приемов программирования, укладывающихся в рамки философии Windows. Co стилем программирования Windows вы ознакомитесь на примере обычного копирования файлов, однако тот же стиль используется при управлении файлами, процессами, памятью, а также такими более развитыми средствами, как синхронизация потоков. Для упомянутого примера будет приведен также код, в котором используется стандартная библиотека С, что облегчит вам сравнение стиля программирования, принятого в Windows, с более распространенными стилями.

Мы начнем с общего обзора основных средств, предоставляемых любой современной операционной системой, чтобы понять, как эти средства используются в Windows.

Основные возможности операционных систем

Windows обеспечивает доступность базовых средств ОС в столь непохожих друг на друга системах, как мобильные телефоны, карманные устройства, переносные компьютеры и серверы масштаба предприятия. Возможности ОС можно охарактеризовать, рассмотрев наиболее важные ресурсы, которыми управляют современные операционные системы.

• Память. ОС управляет сплошным, или плоским (flat), виртуальным адресным пространством большого объема, перемещая данные между физической памятью и диском или иным накопительным устройством прозрачным для пользователя образом.

• Файловые системы. ОС управляет пространством именованных файлов, предоставляя возможности прямого и последовательного доступа к файлам, а также средства управления файлами и каталогами. Используемые в большинстве систем пространства имен являются иерархическими.

• Именование и расположение ресурсов. Файлы могут иметь длинные, описательные имена, причем принятая схема именования распространяется также на такие объекты, как устройства, а также объекты синхронизации или межпроцессного взаимодействия. Размещение именованных объектов и управление доступом к ним также являются прерогативой ОС.

• Многозадачность. ОС должна располагать средствами управления процессами, потоками и другими единицами, способными независимо выполняться в асинхронном режиме. Задачи могут планироваться и вытесняться в соответствии с динамически определяемыми приоритетами.

• Взаимодействие и синхронизация. ОС управляет обменом информацией между задачами и их синхронизацией в изолированных системах, а также взаимодействием сетевых систем между собой и сетью Internet.

• Безопасность и защита. ОС должна предоставлять гибкие механизмы защиты ресурсов от несанкционированного или непреднамеренного доступа и нанесения ущерба системе.

Microsoft Windows Win 32/Win64 API обеспечивает поддержку не только этих, но и множества других средств ОС, и делает их доступными в ряде версий Windows, некоторые из которых постепенно выходит из употребления, а некоторые поддерживает лишь то или иное подмножество полного API.

Эволюция Windows

Windows API поддерживается несколькими версиями Windows. Существование ряда различных версий Windows может вносить некоторую неразбериху, однако с точки зрения программиста все они аналогичны друг другу. В частности, все версии поддерживают подмножества идентичных Windows API. Программы, разработанные для одной системы, без особых трудностей будут выполняются и в любой другой, и при этом обеспечивается переносимость исходных, а в большинстве случаев — и бинарных кодов.

Каждая новая версия в определенной степени расширяла функциональные возможности API, хотя уже с самого начала API в целом отличался замечательной стабильностью. Ниже перечислены главные факторы, которые определяют эволюционное развитие Windows:

• Масштабируемость. Новые версии способны выполняться на более широком спектре систем, включая серверы масштаба предприятия, использующие оперативную память большого объема и запоминающие устройства повышенной емкости.