Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

• Название: Системное программирование в среде Windows
• Автор: Джонсон Харт
• Издательство: Издательский дом "Вильямс"
• Жанр: Программирование
• Год: 2005
• ISBN: 5-8459-0879-5

Эта книга посвящена вопросам разработки приложений с использованием интерфейса прикладного программирования операционных систем компании Microsoft (Windows 9х, Windows XP, Windows 2000 и Windows Server 2003). Основное внимание уделяется базовым системным службам, включая управление файловой системой, процессами и потоками, взаимодействие между процессами, сетевое программирование и синхронизацию. Рассматривается методика переноса приложений, написанных в среде Win32, в среду Win64. Подробно описываются все аспекты системы безопасности Windows и ее практического применения. Изобилие реальных примеров, доступных также и на Web-сайте книги, существенно упрощает усвоение материала.

Книга ориентирована на разработчиков и программистов, как высокой квалификации, так и начинающих, а также будет полезна для студентов соответствующих специальностей.

---

• Windows NT 3.5, 3.5.1 и 4.0, предшествовавшие современным версиям NT и восходящие своими корнями к 1993 году, из которых наибольшей популярностью пользовалась версия Windows NT 4.0, модернизированная с помощью пакета обновлений Service Pack 3 (SP3). Первоначально системы NT предназначались для профессиональных пользователей и серверов, в то время как версиями, распространяемыми для персональных и офисных нужд, служили версии Windows 9x (см. ниже). Первоначально Windows 2000 называлась Windows NT Version 5.0, в связи с чем многие пользователи, имея в виду системы Windows 2000, Windows Server 2003 или Windows XP, все еще употребляют названия Windows NT или Windows NT5. Несмотря на важные исключения, что особенно касается последних глав, под управлением NT Version 4.0 будут корректно, хотя и не всегда оптимально, работать почти все программы из числа тех, которые представлены в данной книге.

• Windows 95, 98 и Windows ME (или просто — Windows 9x,поскольку различия между указанными системами вряд ли могут считаться существенными), которые предназначались главным образом для настольных (desktop) и переносных (laptop) компьютеров и не включали в себя, помимо прочего, средств безопасности Windows NT. В настоящее время эти системы вытесняются системой Windows XP, которая объединяет предоставляемые ими средства со средствами Windows NT. Многие примеры программ, хотя и не все, особенно из числа тех, которые приводятся в начальных главах книги, будут корректно выполняться и под управлением Windows 9x.

Возвращаясь назад в прошлое, можно отметить, что до появления Windows 95 доминировала 16-разрядная ОС Windows 3.1, графический пользовательский интерфейс (Graphical User Interface, GUI) которой можно считать предшественником современных Windows GUI. Вместе с тем, многие важнейшие возможности ОС, такие как истинная многозадачность, управление памятью и средства защиты, она не поддерживала.

Если обратиться к еще более отдаленному прошлому, к концу восьмидесятых годов прошлого столетия, то в качестве исходной "IBM PC-системы можно указать DOS. В DOS имелся всего-навсего простейший интерфейс командной строки, но DOS-команды используются и по сей день. В действительности, большинство из программ, рассматриваемых в данной книге в качестве примеров, написаны в виде консольных приложений и поэтому могут запускаться из командной строки, а для тестирования производительности даже специально предусмотрены пакетные файлы DOS.

Windows NT 5.x

По отношению к системам Windows 2000, Windows XP и Windows Server 2003 используют собирательное название Windows NT Version 5.x или просто NT5. В каждой из трех указанных систем эксплуатируется пятая версия ядра Windows NT, хотя младший номер версии ("х" в "5.x") может быть различным. Так, в Windows XP используется ядро версии NT 5.1.

Несмотря на то что многие программы будут выполняться и под управлением предыдущих версий Windows, мы, как правило, предполагаем применение версии NT5, некоторые возможности которой отсутствуют в предыдущих версиях. Поскольку любая современная Windows-система обладает возможностями NT5, такое предположение не чревато никакими осложнениями, но зато снимает любые ограничения на использование усовершенствованных возможностей ОС. Вместе с тем, на многих устаревших системах все еще могут оставаться установленными ранние версии Windows NT или Windows 9x, и поэтому программы примеров сразу же после запуска проверяют номер версии Windows и в необходимых случаях прекращают свою работу с выводом сообщения об ошибке.

В документации по Microsoft API приводятся требования к номеру версии, сформулированные в терминах NT, Windows (что в данном контексте относится к версиям 9х) и СЕ, и ряд других требований. В случае любого рода сомнений относительно возможности использования тех или иных функций API в конкретной версии Windows следует обратиться к документации.

Другие интерфейсы программирования для Windows

Windows (под этим термином, если отдельно не оговаривается иное, мы подразумеваем API Win32 и Win64, а также NT5) способна обеспечивать также поддержку среды других "подсистем", хотя этой возможностью пользуются редко и прямого отношения к тематике данной книги она не имеет. Ядро ОС NT имеет действительно надежную защиту от воздействия со стороны приложений. Windows является для него лишь одной из нескольких возможных сред. Так, предоставляемый компанией Microsoft набор инструментальных средств Windows Resource Kit включает подсистему POSIX, но кроме того существуют подсистемы POSIX, предлагаемые в рамках проекта разработки программного обеспечения с открытым исходным кодом.

Поддержка процессоров

Хотя это не и не входит в сферу непосредственных интересов разработчика приложений, вам следует знать, что Windows поддерживает самые различные базовые процессоры и архитектуры систем, для чего предусмотрен уровень аппаратных абстракций (Hardware Abstraction Layer, HAL), который обеспечивает переносимость программ на системы с другой архитектурой процессора.

Windows выполняется преимущественно на процессорах семейства Intel x86, новейшими представителями которого являются процессоры Pentium и Xeon, а одним из предыдущих — Intel 486. Широкое распространение получили совместимые с ними процессоры компании Advanced Micro Devices (AMD). Кроме того, Windows изначально проектировалась таким образом, чтобы обеспечивалась независимость от типа процессора. Что немаловажно, Windows Server 2003 поддерживается процессором Intel Itanium, новая 64-разрядная архитектура которого самым радикальным образом отличается от классической архитектуры процессоров семейства х86.

Другими примерами независимости Windows от архитектуры процессоров, относящимися как к прошлому, так и к настоящему, могут служить следующие:

• Windows СЕ способна выполняться на целом ряде процессоров, не принадлежащих семейству х86.

• Windows NT первоначально поддерживалась Alpha-процессорами компании Digital Equipment Corporation (которая была приобретена сначала компанией Compaq, а затем компанией Hewlett Packard).

• 64-разрядные процессоры компании AMD Athlon 64 и Opteron (AMD64) обеспечивают 64-разрядное расширение архитектуры х86, отражающее иной подход по сравнению с тем, который используется в архитектуре Itanium.

• Недавно объявленные компанией Intel 32/64-разрядные процессоры будут представлять собой 64-разрядные расширения процессоров х86.

Воздействие Windows на ситуацию на рынке

Тот факт, что система Windows способна обеспечивать важнейшие функциональные возможности на нескольких платформах, вряд ли можно считать уникальным. В конце концов, этим могут похвастаться многие коммерческие ОС, не говоря уже об ОС с открытым исходным кодом, a UNIX[3] и Linux уже в течение длительного времени эксплуатируются на самых разнообразных системах. Между тем, использование Windows и разработка приложений для Windows сулят значительные преимущества как в коммерческом, так и в техническом отношении.

• Windows занимает на рынке, особенно на рынке настольных систем, господствующее положение, которое прочно удерживается ею в течение многих лет.[4] Поэтому перед приложениями Windows открыт огромный целевой рынок, емкость которого исчисляется десятками миллионов систем, вследствие чего остальные настольные системы, включая UNIX, Linux и Macintosh, играют на рынке значительно меньшую роль.

• Приложения Windows могут использовать GUI, знакомый десяткам миллионов пользователей, а для многих приложений предусмотрена возможность их адаптации, или "локализации", в соответствии с региональными требованиями, предъявляемыми к языку и внешнему виду интерфейса.

• Windows поддерживает SMP-системы. Сфера применения Windows не ограничивается настольными системами и охватывает как серверы масштаба подразделения и предприятия, так и высокопроизводительные рабочие станции.[5]

• Windows (правда, это не относится к Windows 9x и Windows СЕ) сертифицирована Управлением национальной безопасности (National Security Agency, NSA) как система, обеспечивающая уровень безопасности С2.

• Применение большинства других ОС, отличных от UNIX, Linux и Windows, ограничивается только системами, предоставляемыми единственным поставщиком.

• Операционные системы семейства Windows предлагают ряд возможностей, которые в стандартной системе UNIX отсутствуют, хотя и могут быть доступными в некоторых реализациях. В качестве примера можно привести систему безопасности уровня С2, а также службы NT Services.

Windows предоставляет функциональность современных ОС, а диапазон систем, которые могут работать под ее управлением, простирается от текстовых процессоров и почтовых программ до интегрированных систем предприятия и серверов крупных баз данных. На принятие решений относительно способа разработки Windows-приложений оказывают влияние как соображения технического порядка, так и корпоративные требования.

Windows, стандарты и открытые системы

Эта книга посвящена разработке приложений с использованием Windows API. Вполне естественно, что у программистов, воспитанных на UNIX и открытых системах, могут возникнуть следующие вопросы: "Является ли Windows открытой системой?", "Представляет ли собой Windows промышленный стандарт?", "Не является ли Windows всего лишь очередным патентованным API?" Ответы на эти вопросы во многом зависят от того, что именно понимается под определениями открытая (open), промышленный стандарт (industry standard) или патентованный (proprietary), а также от того, какие преимущества ожидаются от использования открытых систем.