Системное программирование это программы для организации

Обновлено: 22.01.2025

Системное программирование делиться на две категории: работа с аппаратурой и работа с программным обеспечением. За последние 10 лет скопилось немало проблем. Некоторые решаются на ходу, а некоторые остаются невыполнимыми даже для самых опытных программистов.

Что такое системное программирование?

Зачастую под термином «системное программирование» подразумевается именно разработка программного обеспечение, которое управляет опредёленными компонентами компьютера. Это ПО служит мостом между компьютерным железом и непосредственно операционной системой и прикладными программами. Если раньше системное программирование не требовало таких вещей, как безопасность, надёжность, переносимость, то сейчас это просто необходимо. Из-за этого возникает целый ряд проблем.

Сложность и размер кода

С каждым обновлением прикладного программного обеспечения и операционных систем увеличивается и объем кода. Помимо того, что большой размер кода просто невозможно постоянно держать в голове, над ним нужно еще и работать и поддерживать. Его нужно тестировать, находить и устранять неполадки и уязвимости, добавлять новый функционал, обеспечивать совместимость с более старыми версиями. С каждым таким обновлением объемы кода всё увеличиваются, следовательно, увеличивается и количество людей, которые нужны для работы над программой, что приводит к большим затратам и необходимости в деньгах для того, чтобы продолжать работать.

Рост количества компьютерной техники

Помимо программной проблемы и увеличение строчек кода, увеличивается также и количество техники, под которую этот код должен быть адаптирован. Каждый год растёт количество выпускаемых и покупаемых телефонов, ноутбуков, планшетов, персональных компьютеров, умных телевизоров. В последние годы появились также автомобили с внедрённой компьютерной системой, к ним присоединяются также турникеты в метро, банкоматы и даже системы типа «умный дом». Всё это вызывает осложнение у программистов, ведь практически все системы нужно адаптировать для работы с людьми, обеспечить какой-никакой системой безопасности, установить энергоэффективность и так далее. К этому добавляется сильное ограничение на доступное компьютерное железо, которое, тем не менее в последнее время активно производится. Но также сейчас появляются новые архитектуры, с которыми нужно работать.

Параллельное и многопоточное программирование

В последнее время эта отрасль системного программирования стала использоваться достаточно широко. Связано это, в первую очередь, с тем, что это стало вообще возможно. Раньше техника не могла выполнять множество функций одновременно и только относительно недавно стали разрабатывать многоядерные процессоры у которых такая возможность появилась. Однако это вызвало немало проблем, таких как взаимные блокировки и проблемы с аппаратными и алгоритмическими уклонами.

За последние десять лет было решено множество проблем, вызванных в системном программировании, однако с развитием технологий появлялись новые, с которыми нужно как-то бороться. Профессионалы отмечают, что самой проблемной отраслью является именно параллельное программирование, в связи с тем, что технология еще новая и недостаточно продуманная.

Системное программирование или системное программирование - это деятельность по программированию программного обеспечения компьютерных систем . Основная отличительная черта системного программирования по сравнению с прикладным программированием состоит в том, что прикладное программирование направлено на создание программного обеспечения, которое предоставляет услуги пользователю напрямую (например, текстовый процессор ), тогда как системное программирование направлено на создание программного обеспечения и программных платформ, которые предоставляют услуги другому программному обеспечению, ограничены производительностью или и то, и другое (например, операционные системы , приложения для вычислительной науки , игровые движки , промышленная автоматизация и программное обеспечение как сервисные приложения).

Системное программирование требует большой степени осведомленности об оборудовании. Его цель - добиться эффективного использования доступных ресурсов либо потому, что само программное обеспечение критично к производительности, либо потому, что даже небольшие улучшения эффективности напрямую приводят к значительной экономии времени или денег.

СОДЕРЖАНИЕ

Обзор

Следующие атрибуты характеризуют системное программирование:

Программист может делать предположения об аппаратном и других свойствах системы , что программа работает на, и часто будет использовать эти свойства, например , с помощью алгоритма , который , как известно , чтобы быть эффективным при использовании конкретного оборудования.
Обычно используется низкоуровневый язык программирования или диалект языка программирования, чтобы:
- Программы могут работать в средах с ограниченными ресурсами
- Программы могут быть эффективными с небольшими накладными расходами во время выполнения , возможно, имея небольшую библиотеку времени выполнения или вообще не имея
- Программы могут использовать прямое и "сырое" управление доступом к памяти и потоком управления.
- Программист может писать части программы прямо на ассемблере.
Системное программирование существенно отличается от прикладного программирования, поэтому программисты склонны специализироваться на том или ином.

В системном программировании часто доступны ограниченные возможности программирования. Использование автоматической сборки мусора не является распространенным явлением, и иногда бывает трудно выполнить отладку . Библиотека времени выполнения , если она вообще доступна, обычно гораздо менее мощная и меньше проверяет ошибки. Из-за этих ограничений часто используются мониторинг и ведение журнала ; операционные системы могут иметь чрезвычайно сложные подсистемы ведения журнала.

Реализация определенных частей в операционных системах и сетях требует системного программирования, например, реализации подкачки ( виртуальной памяти ) или драйвера устройства для операционной системы.

История

Первоначально системные программисты неизменно писали на ассемблере . Эксперименты с аппаратной поддержкой языков высокого уровня в конце 1960-х годов привели к появлению таких языков, как PL / S , BLISS , BCPL и расширенный ALGOL для больших систем Burroughs . Форт также имеет приложения в качестве системного языка. В 1970-х годах C стал повсеместным, чему способствовал рост Unix . Совсем недавно подмножество C ++, называемое Embedded C ++ , нашло некоторое применение, например, оно используется в драйверах I / O Kit для macOS .

Альтернативное использование

По историческим причинам некоторые организации используют термин « системный программист» для описания должностных функций, которые можно было бы более точно назвать системным администратором . Это особенно верно в отношении организаций, в компьютерных ресурсах которых исторически преобладали мэйнфреймы , хотя этот термин даже используется для описания рабочих функций, не связанных с мэйнфреймами. Такое использование возникло из-за того, что администрирование мэйнфреймов IBM часто связано с написанием специального кода ассемблера ( IBM's Basic Assembly Language (BAL)), который интегрирован с операционной системой, такой как OS / MVS , DOS / VSE или VM / CMS . В самом деле, некоторые программные продукты IBM внесли значительный вклад в код со стороны программистов-заказчиков. Этот тип программирования становится все менее распространенным, но термин « системный программист» по-прежнему остается фактическим названием должности для сотрудников, непосредственно управляющих мэйнфреймами IBM.

Системное программирование – это программирование, направленное на взаимодействие с аппаратными ресурсами вычислительной системы. Выполняется оно преимущественно на низкоуровневом языке программирования, максимально учитывая архитектуру аппаратной части платформы.

Целью прикладного программирования является создание программ, выполняющих определённые задачи пользователя – математический расчёт, редактирование текста, изображения или видео, ведение статистики, создание базы данных, составление расписания и т.п. Целью же системного программирования является создание инструментов для оптимального взаимодействия прикладной программы с оборудованием и операционной системой.

Поэтому системная программа не ориентирована на конкретные задачи пользователя, она предназначена для взаимодействия с определённой аппаратной частью и определённой операционной системой. Это даёт возможность прикладному программисту быстро адаптировать свои программы под разные платформы, используя системные программы, созданные для этой платформы.

На основании вышесказанного можно выделить основные признаки, отличающие системное программирование от прикладного:
- системное программное обеспечение напрямую использует системные вызовы операционной системы;
- пользователями разработанного системного программного обеспечения являются другие программисты;
- разработанное системное программное обеспечение многократно используется в различных прикладных приложениях.
Таким образом, системные программы являются необходимой и важной составляющей при создании прикладных программ, они значительно сокращают время разработки за счёт исключения подробного изучения программистом аппаратной части системы и увеличивают производительность программ, обеспечивая оптимальное использование ресурсов.

Готовые работы на аналогичную тему
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость
Системные программы обычно разрабатываются на машинно-ориентированных языках. Благодаря их совместимости с оборудованием, обеспечивается повышенная производительность, но при этом теряется универсальность и переносимость между платформами. Таким образом, для каждой аппаратной платформы и операционной системы должен быть создан свой набор системных программ.

Чаще всего системные программы разрабатываются на низкоуровневом языке программирования Ассемблер, который может быть специфичным для конкретной компьютерной архитектуры и центрального процессора. Современные языки высокого уровня также обладают возможностью написания кода системных программ. Так, например, язык С позволяет использовать в тексте программы ассемблерные вставки или подключать к тексту программы подпрограммы на языке ассемблера.

Классификация системных программ

Обычно системное программное обеспечение оформляется в виде библиотек функций, которые можно подключать к создаваемым прикладным программам.

Системные программы можно условно разделить на следующие категории:
- операционные системы;
- драйверы;
- сервисные программы для обслуживания оборудования;
- диагностические средства;
- программные средства, обеспечивающие автоматизацию разработки прикладного программирования.
Операционная система – это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера, учитывающих микроархитектуру устройств вычислительной системы и предоставляющих пользователю необходимый набор функций в виде библиотек.

Драйверы – это программные компоненты, которые используются устройствами вычислительной системы (процессором, памятью, видеокартой, клавиатурой, внешними подключаемыми устройствами) для взаимодействия с операционной системой. Драйверы обычно разрабатываются производителями аппаратных средств для различных операционных систем и продаются как неотъемлемая часть вместе с этими средствами. Они являются посредниками между аппаратными устройствами компьютера и операционной системой, обеспечивая передачу данных между ними.

Таким образом, можно представить следующую схему взаимодействия: если программисту, разрабатывающему прикладную программу, необходимо передать данные в память компьютера или сохранить файл на жёстком диске он обращается к соответствующей функции из библиотеки операционной системы, которая в свою очередь обращается к драйверу используемого в данной операции устройства.

Сервисные программы для обслуживания оборудования позволяют оптимизировать работу аппаратных средств для их более эффективного использования. Так, например, жёсткий диск со временем в результате многочисленных записей и перезаписей файлов, становится фрагментированным, то есть части одного файла становятся разбросанными в произвольном порядке, что сильно замедляет запись и чтение этих файлов. Сервисная программа дефрагментации дисков позволяет упорядочить размещение файлов, что значительно ускоряет работу с ними.

Реестр операционной системы со временем из-за сбоев в работе, неправильного завершения работы программ или удаления ненужных программ, накапливает в себе “мусор” или ненужные ссылки. Сервисная программа очистки реестра очищает его от ненужных данных, увеличивая тем самым производительность операционной системы.

Диагностические средства позволяют проверять исправность аппаратных ресурсов, обнаруживать и устранять отказы. Это помогает прикладному программисту убедиться, что его программа не работает из-за отказа оборудования, а не из-за неправильно написанного кода.

Программные средства, обеспечивающие автоматизацию разработки прикладного программирования, – это программы-трансляторы, отладчики, компоновщики, редакторы ресурсов и другие. Эти программы также относятся к системным, поскольку разрабатываются с учётом архитектуры аппаратных ресурсов и особенностей операционной системы компьютера. Применяя на практике такие инструменты, разработчики прикладных программ могут пользоваться универсальными языками программирования высокого уровня, а при компиляции программы в исполняемый файл особенности архитектуры вычислительной будут учитываться автоматически программой-компилятором.

Определение «системное» подчеркивает тот факт, что результаты этого вида программирования существенно меняют свойства и возможности вычислительной системы. В то же время бесспорным остаётся тот факт, что в определенной степени этот результат имеет место при применении любых программ, выполняемых в вычислительной системе. Поэтому между программированием «системным» и «несистемным» (прикладным программированием") нет четкой границы.

Одной из основных отличительных черт системного программирования по сравнению с прикладным заключается в том, что результатом последнего является выпуск программ для взаимодействия с пользователем (например, текстовый процессор). В то время как результатом системного программирования является выпуск программ для взаимодействия с аппаратным обеспечением (например, дефрагментация жёсткого диска), что подразумевает сильную зависимость таких программ от аппаратной части. В частности выделим следующее:
- часто используется низкоуровневый язык программирования или такой диалект языка программирования, который
  - позволяет функционирование в окружении с ограниченным набором системных ресурсов,
  - работает максимально эффективно и имеет минимальное запаздывание по времени завершения,
  - имеет маленькую 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;
  Подводя итог, можно утверждать, что СИСТЕМНЫМ следует называть подраздел программирования как вида инженерной деятельности, в котором программист использует специфические и часто уникальные свойства и возможности ВНУТРЕННИХ УРОВНЕЙ вычислительной системы.
  
  Системное программирование отличается от прикладного, что обычно приводит к специализации программиста в одном из них.
  
  Wikimedia Foundation . 2010 .
  
  Полезное
  
  Смотреть что такое "Системное программирование" в других словарях:
  
  системное программирование — sisteminis programavimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. system programming vok. Systemprogrammierung, f rus. системное программирование, n pranc. programmation système, f … Automatikos terminų žodynas
  
  ПРОГРАММИРОВАНИЕ — 1) процесс составления программы, плана действий; 2) дисциплина, изучающая методы и приемы составления программ. С определенной долей условности П. как дисциплина делится на программирование теоретическое, изучающее математич. абстракции программ … Математическая энциклопедия
  
  Современные информационные технологии далеки от машинных кодов. Современное системное программирование - это не команды процессора и не управление его работой. История языков программирования - это развитие смысла и синтаксиса, но концептуальные основы компьютерного дела нашего века не отличаются от концепции прошлого: данные и операторы. Все те же конструкции цикла, условий и выбора.
  
  Системное программирование - это накопленный опыт в современной ретроспективе: программно-аппаратная составляющая информационной системы должна работать стабильно и непрерывно, а к каждому пользователю должен быть обеспечен надлежащий индивидуальный подход.
  
  Программирование и системы
  
  Язык программирования - это синтаксис и семантика в их понимании разработчиком. Ассемблер - уникальный язык программирования, простой последовательный конвейер команд. Сказать, что его синтаксис определяется процессором и логикой материнской платы можно, но проще определить: системное программирование и программа на ассемблере - это начало начал.
  
  Системы имеют множество определений, но в самом примитивном смысле, который трудно опровергнуть: система - это данные и их функциональность, как единое целое. Система может состоять из элементов и быть частью структуры более высокого порядка.
  
  Системное программирование - это не составление систем (в прямом смысле). В прошлом веке системные программисты больше уделяли внимание процессору, программируя на машинных языках. В этом веке они уделяют больше внимания пользователю информационных систем и их приложениям.
  
  Прикладное программирование - это решение реальных задач, к которым не относят элементы управления программным и аппаратным обеспечением. В этом контексте, системное программирование - это предшественник и спутник системного администрирования.
  
  Создание систем равным образом относится ко всем вариантам программирования, среди которых можно выделить множество направлений: гипертекст, парсинг, распознавание, миграция данных, виртуализация, поиск и аналитика, . Построение модели и ее программирование - непрерывный процесс систематизации знаний по решаемой задаче, в которой почти всегда можно выделить системную и прикладную составляющие.
  
  Престиж и ответственность
  
  Характерная черта программирования в прошлом веке - системное и прикладное программирование - это, прежде всего, разные языки. Существовала их градация на нижний и верхний уровень. Фортран, Кобол или PL/1 существенно отличались от кода операционных систем, компиляторов и интерпретаторов. Но даже на языках высокого уровня допускалось писать машинный код (С/С++, Pascal).
  
  Тот факт, что языки высокого уровня допускали ассемблерные вставки, говорит: не все предусмотрел разработчик компилятора (интерпретатора). Факт наличия в современных языках возможности создания и выполнения команды в процессе работы программы - наследие прошлого на более высоком уровне.
  
  Престижность профессии системного администратора или системного программиста определялась требованием стабильности работы компьютера, операционной системы или приложения. Ответственность была «минимальной». Сегодня объем данных и функциональность прикладного программного обеспечения столь обширны, что уровень ответственности объективно трансформировался на значительно более высокий уровень.
  
  С одной стороны, расширилась сфера системного администрирования, с другой - без написания специальных скриптов контроля и управления, многие программно-аппаратные системы не будут работать, а в случае сбоя - их невозможно будет восстановить.
  
  Существенно возросла функциональность информационных систем, увеличился объем данных, подлежащих обработке, на одном компьютере теперь может одновременно работать десяток виртуальных машин. Цена ошибки системного программиста - жизнь компании, которая использует информационную систему.
  
  Языки систем
  
  Языки системного программирования в современном мире - абстрактное понятие. Раньше было просто: ассемблер или язык машинных кодов. Язык высокого уровня: синтаксические конструкции словами естественного языка. Сегодня языком системного программирования можно считать две-три команды загрузчика и далеко не каждый системный администратор сможет правильно настроить процесс установки сложного программно-аппаратного комплекса.
  
  Пример. Установить Debian & Proxmox VE - это не просто выполнить чек-лист конкретных действий. Это реальная потребность что-то «подпрограммировать» в конкретной ситуации. В первую очередь - это протоколы настройки сети, а затем по пунктам в зависимости от назначения каждой виртуальной машины, ее функциональности и правил взаимодействия.
  
  Особенная категория языков систем - файлы настройки. По сути - это обычные текстовые файлы. Как правило, нужно правильно писать две-три позиции в одной конструкции, но первых может быть несколько, а вариантов вторых - множество.
  
  Квалифицированный системный программист настроит классическую триаду: Apache, PHP и MySQL за 30 минут. Обычный программист будет искать ошибки и не сможет получить работающий результат за целый день. Цена знания определяет затраченное время, но многие из них приходят с опытом. Внешне - это не программирование, но каждый конфигурационный файл управляет конкретным продуктом на системном уровне.
  
  Фактически теперь системное программное обеспечение - это конкретная область системных задач. Как будет решена конкретная задача - не важно. Не имеет значения, что программу писать не потребуется, но задача должна быть решена, информационная система обязана стабильно и непрерывно работать на конкретном системном фундаменте.
  
  Стиль работы системного программиста
  
  Знать и уметь - мало, нужно делать так, чтобы все ясно было. Комментирование в области системного программирования существенно изменилось. Раньше считалось нормой вещей пояснить что делает конкретная команда одним или двумя словами. Сегодня одна команда может поясняться страницей плотного текста.
  
  Разработчик современной операционной системы или инструмента для управления прикладным программным обеспечением прилагает многочисленные комментарии и руководства. В конкретной ситуации этого будет не достаточно. В редких случаях системный продукт, например, Proxmox VE, станет с первой попытки и не нарушит функционирование сети. В большинстве случаев придется искать дополнительную информацию и разбираться по смежным вопросам системного программирования и управления: файловая система, протоколы связи, мониторинг, логирование, политики безопасности и пр.
  
  Квалифицированный системный программист (администратор) в обязательном порядке будет фиксировать свои действия, описывать использованные команды и мониторить все события. Идеальный стиль работы специалиста - когда коллега может заменить его в любой момент времени.
  
  Системное программирование и пользователи
  
  Раньше системное программирование интересовал процессор, сегодня в его компетенции находится пользователь. Управление пользователями - это системное программирование высокого порядка, существенной ответственности и престижное с точки зрения оплаты.
  
  Специалист, который управляет доступом к информационным ресурсам, это системный программист, «оснащенный» знаниями по психологии, социологии и юридическим аспектам конкретной компании. Здесь нет ассемблера, нет машинных кодов. Есть несколько команд и возможность писать специальные сценарии доступа.
  
  Ошибка в сценарии работы пользователя - нарушение периметра безопасности, проникновение злоумышленника и крах системы или кража информации.
  
  Работать с процессором гораздо проще: он просто выполняет последовательность команд. Работать с человеком сложно: он может менять алгоритм своего поведения, действовать по нескольким направлениям и распределять свои действия по времени.
  
  Системное и прикладное
  
  Современная информационная система редко пишется с нуля. Чаще всего в распоряжение системного программиста (администратора) поступает указание, что нужно поставить и что должно быть в итоге.
  
  В результате работы системного программиста (администратора) получается программно-техническая конструкция, в которой могут работать приложения (прикладное программное обеспечение) и пользователи.
  
  Хорошо построенное здание и хорошо настроенный сервис - идеальное решение при любых нюансах в компаниях разного профиля. Не важно, что не придется писать команды на ассемблере, важно, что написанные команды обеспечат стабильную и непрерывную работу.
  
  Читайте также:

Полезное

Смотреть что такое "Системное программирование" в других словарях:

Программирование и системы

Престиж и ответственность

Языки систем

Стиль работы системного программиста

Системное программирование и пользователи

Системное и прикладное