Интерфейс прикладного программирования

Прикладные программисты используют в своих приложениях обращения к ОС, когда для выполнения тех или иных действий им требуется особый статус, которым обладает только операционная система. Например, в большинстве современных ОС все действия, связанные с управлением аппаратными средствами компьютера, может выполнять только ОС. Помимо этих функций прикладной программист может воспользоваться набором сервисных функций ОС, которые упрощают написание приложений. Функции такого типа реализуют универсальные действия, часто требующиеся в различных приложениях, такие, например, как обработка текстовых строк. Эти функции могли бы быть выполнены и самим приложением, однако гораздо проще использовать уже готовые, отлаженные процедуры, включенные в состав операционной системы. В то же время даже при наличии в ОС соответствующей функции программист может реализовать ее самостоятельно в рамках приложения, если предложенный операционной системой вариант его не вполне устраивает.

Как Вы уже знаете, один из классов функций ядра служит для поддержки приложений, создавая для них так называемую прикладную программную среду. Приложения могут обращаться к ядру с запросами — системными вызовами — для выполнения тех или иных действий, например для открытия и чтения файла, вывода графической информации на дисплей, получения системного времени и т. д. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования —API

Возможности операционной системы доступны прикладному программисту в виде набора функций, называющегося интерфейсом прикладного программирования {Application Programming Interface, API). От конечного пользователя эти функции скрыты за оболочкой алфавитно-цифрового или графического пользовательского интерфейса.

(Прикладному программисту возможности ОС доступны в виде набора функций, составляющих интерфейс прикладного программирования (API).)

Для разработчиков приложений все особенности конкретной операционной системы представлены особенностями ее API. Поэтому операционные системы с различной внутренней организацией, но с одинаковым набором функций API кажутся им одной и той же ОС, что упрощает стандартизацию операционных систем и обеспечивает переносимость приложений между внутренне различными ОС, соответствующими определенному стандарту на API. Например, следование общим стандартам API UNIX, одним из которых являете стандарт Posix, позволяет говорить о некоторой обобщенной операционной системе UNIX, хотя многочисленные версии этой ОС от разных производителей иногда существенно отличаются внутренней организацией.

Приложения выполняют обращения к функциям API с помощью системных вызовов. Способ, которым приложение получает услуги операционной системы, очень похож на вызов подпрограмм. Информация, нужная ОС и состоящая обычно из идентификатора команды и данных, помещается в определенное место памяти, в регистры и/или стек. Затем управление передается операционной системе, которая выполняет требуемую функцию и возвращает результаты через память, регистры или стеки. Если операция проведена неуспешно, то результат включает индикацию ошибки.

Способ реализации системных вызовов зависит от структурной организации ОС, которая, в свою очередь, тесно связана с особенностями аппаратной платформы. Кроме того, он зависит от языка программирования. При использовании ассемблера программист устанавливает значения регистров и/или областей памяти, а затем выполняет специальную инструкцию вызова сервиса или программного прерывания для обращения к некоторой функции ОС. При использовании языков высокого уровня функции ОС вызываются тем же способом, что и написанные пользователем подпрограммы, требуя задания определенных аргументов в определенном порядке.

Как Вы уже знаете, Совместимость в общем случае – возможность ОС выполнять приложения, созданные для других ОС. Различают совместимость на двоичном уровне и на уровне исходных текстов. В 1 случае совместимость достигается, если исполняемую программу можно запустить на выполнение в другой ОС. Во 2 случае предполагается совместимость на уровне библиотек и системных вызовов, т.е. происходит перекомпиляция исходных текстов в новый исполняемый модуль. Для обеспечения двоичной совместимости необходимо выполнение следующих условий:

1. Вызовы API-функций, которые содержит данное приложение, должны поддерживаться новой ОС;

2. Структура исполняемого файла должна соответствовать структуре исполняемых файлов новой ОС.

Если архитектуры процессоров несовместимы, то происходит эмуляция кодов.

Прикладная программная среда – совокупность средств ОС, предназначенных для организации выполнения приложений, исполняемых определённой системой машинных команд, определённым типом API и определённым форматом исполняемых программ. Каждая ОС создаёт минимум одну прикладную программную среду. Проблема состоит в обеспечении совместимости нескольких прикладных программных сред в рамках одной ОС. Для её решения используются:

1. Архитектурные решения ОС.

2. Концепция эмуляции двоичного кода.

3. Трансляция API.