Строго говоря, окно в Windows является тем самым объектом, для которого частично реализован объектно–ориентированный подход. Интересно, что в документации Windows термин “объект” никогда не применяется к окну, а то, что называется “объектами”, ни в коей мере не является объектами ООП.
Эти устройства относятся к устройствам ввода данных. Разделение этих устройств между разными задачами легко можно разбить на два круга вопросов:
· определение, к какой задаче относятся данные, полученные от устройства ввода.
· передача полученных от устройства данных требуемой задаче.
Для мыши определение, к какой задаче относятся данные, вполне очевидно: так как каждая задача имеет по крайней мере одно окно, то информация от мыши должна использоваться окном, на фоне которого находится курсор мыши.
Для клавиатуры дело обстоит несколько сложнее: нам придется ввести понятие активное окно (active window). В данный момент времени обязательно существует только одно активное окно, это окно выделяется цветом заголовка, рамки или подписи (если окно минимизировано). Активное окно является пользователем клавиатуры в данный момент времени. Для того, что бы другая задача могла получать данные, необходимо сделать активным окно, принадлежащее этой задаче.
Передача полученных от устройства данных требуемой задаче. Хотя интуитивно кажется, что здесь не должно быть особых сложностей, но именно здесь очень ярко проявляются особенности организации Windows. Мы к этому вернемся, рассматривая метод разделения процессора.
Для разделения дискового пространства используется файловая система. Здесь Windows 3.x просто пользуется уже имеющимся — файловой системой DOS; Windows–95 использует слегка модернизированную файловую систему DOS (поддерживаются имена файлов длиной до 256 символов и возможно использование так называемого FAT32 вместо FAT16 или FAT12). И только Windows NT предоставляет собственную файловую систему — NTFS, хотя может работать и с FAT. NTFS отличается от FAT существенно более сложной организацией, позволяющей создавать единые тома из нескольких дисков, организовывать зеркальные тома или тома с избыточностью для хранения важных данных, а также задавать права доступа к отдельным файлам конкретным пользователям. Естественно, более сложная система оказывается более чувствительной к сбоям (несмотря на специально принятые меры) и менее производительной (несмотря на специальную оптимизацию).
Для доступа к файлам Windows предоставляет свои собственные функции. В случае Windows 3.x эти функции в основном соответствуют функциям DOS для доступа к файлам и разделения доступа. Для нормальной работы Windows надо устанавливать программу SHARE.EXE до запуска Windows 3.1, либо, в случае Windows 3.11, будет использован специальный компонент Windows — VSHARE.386. Более того, по версию Windows 3.0 включительно, имел место любопытный нюанс: Windows имел собственную функцию для открытия файлов (OpenFile), но совершенно не предоставлял средств для чтения/записи — они были просто не декларированы, хотя внутри самого Windows содержались. Программисту рекомендовалось либо применять функции Run–Time библиотеки принятого языка (что можно было делать лишь ограниченно), либо написать свои процедуры на ассемблере. Либо, что делалось гораздо чаще, использовать не декларированные функции Windows для работы с файлами. С тех пор Microsoft просто декларировал эти функции.
Для приложений, работающих в Win32 про функции DOS надо просто забыть — Win32 предоставляет более богатый набор операций над файлами, поддерживает работу с разными файловыми системами[3] а, кроме того, исключает возможность применения прерываний DOS.
Реализация методов разделения памяти в Windows API и Win32 API качественно различаются. Для этого придется рассмотреть историю развития диспетчера памяти, что будет сделано позже. Сейчас надо обратить внимание только на некоторые общие идеи разделения памяти.
В обоих API память делится на отдельные блоки. Однако деление осуществляется совершенно разными методами.
Коротко можно отметить, что вся доступная для Windows память называется глобальной (иногда глобальный хип, глобальная куча, global heap). Эта глобальная память делится на отдельные блоки, которые могут быть перемещаемыми в памяти. В виде блоков глобальной памяти в Windows представляются даже программы — в этом случае каждому программному сегменту соответствует один блок глобальной памяти.
Сегмент данных программы, представленный в виде блока глобальной памяти, может содержать свою локальную кучу (локальный хип, local heap). Эта память также может делиться на блоки, называемыми локальными. Термин локальный применяется к памяти, если она принадлежит сегменту данных программы.
Windows предоставляет программные средства для манипуляции с блоками обоих видов — и глобальными, и локальными. Каждый блок может быть фиксированным, перемещаемым или удаляемым в/из памяти. Это обеспечивает возможность как выделения больших непрерывных блоков данных (за счет перемещения других блоков), так и возможность удаления части блоков при недостатке памяти.
В Windows–95 и в Windows NT используется так называемая виртуальная память. Для каждого запущенного приложения выделяется собственное адресное пространство, размером 4Г, которым приложение владеет монопольно. В этом пространстве не находится никаких данных или кода других приложений. Таким образом приложения Win32 изолированы друг от друга. Необходимо учесть, что “адресное пространство” не соответствует реально выделяемой памяти — это тот диапазон адресов, в котором может размещаться память, реально выделенная приложению. Очевидно, что из возможных 4Г адресного пространства используются обычно только несколько мегабайт, занимаемые кодом и данными приложения и необходимыми компонентами системы.
Адресное пространство приложения делится на отдельные фрагменты, содержащие код, данные, служебную информацию и пр., необходимые для этого приложения. Однако такое деление статично — перемещение фрагментов в адресном пространстве не происходит. Оптимизация доступа к памяти осуществляется не с помощью перемещения блоков или их удаления, а с помощью механизма отображения виртуального адресного пространства на физически доступную память компьютера (упрощенно можно считать, что виртуальное адресное пространство приложения — это специальный файл подкачки страниц; оперативная память при этом выполняет роль кэша, в котором находятся только активно используемые код и данные).
Помимо этого в адресном пространстве приложения могут выделяться одна или несколько куч (хипов), разделяемых на отдельные блоки. Вот эти–то блоки могут перемещаться внутри своей кучи и даже удаляться из памяти. Сама куча в адресном пространстве приложения перемещаться не будет. Для каждого приложения выделяется по меньшей мере одна куча, называемая стандартной (default heap). Все функции Windows API, работающие с глобальной или локальной кучами перенесены в Win32 API так, что они работают именно с этой стандартной кучей. При этом нет никакой разницы между глобальной и локальной кучами.
Выше, при рассмотрении разных типов операционных систем, было выделено два “чистых” типа систем: однопользовательские однозадачные и многопользовательские многозадачные. Windows во всех его версиях занимает некоторые промежуточные положения между двумя этими крайними типами. Так версии Windows 3.x приближаются к простейшему типу однопользовательских однозадачных систем (с очень ограниченной реализацией некоторых возможностей как многопользовательской работы, так и многозадачного режима), а наиболее сложная Windows NT является истинно многозадачной системой с развитыми средствами разделения доступа пользователей.
Методы разделения процессора, применяемые разными реализациями Windows, интересно рассмотреть в их развитии — от простого к сложному. Так в идеальной однозадачной среде, приложение, раз начавшись, выполняется без перерывов до полного завершения. В истинно многозадачной среде приложение выполняется за много шагов, причем само приложение не знает, когда его прервут для обработки других приложений — этим ведает только система[4].
Промежуточным решением является среда, получившая название псевдомногозадачной (невытесняющая многозадачность, non–preemptive multitasking). В такой среде, подобно однозадачной, система не прерывает выполнения приложения. Однако само приложение должно быть разделено на небольшие, быстро выполняемые фрагменты. После выполнения такого фрагмента система может перейти к выполнению другого приложения. При этом приложение само уведомляет систему, где ее можно прервать для выполнения других задач.
В Windows 3.x это может быть реализовано двумя разными методами:
· обычно приложение разбивается на набор небольших, быстро выполняемых функций. В этом случае система просто вызывает нужные функции для выполнения требуемых задач. После завершения обработки одной функции система может вызвать другую функцию другого приложения, осуществляя таким образом выполнение нескольких приложений как–бы одновременно.