Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

Эта книга посвящается горячо любимым Бобу (Bob) и Элизабет (Elizabeth).

Вы, читатель этой книги, и есть главный ее критик и комментатор. Мы ценим ваше мнение и хотим знать, что было сделано нами правильно, что можно было сделать лучше и что еще вы хотели бы увидеть изданным нами. Нам интересно услышать и любые другие замечания, которые вам хотелось бы высказать в наш адрес.

Мы ждем ваших комментариев и надеемся на них. Вы можете прислать нам бумажное или электронное письмо, либо просто посетить наш Web-сервер и оставить свои замечания там. Одним словом, любым удобным для вас способом дайте нам знать, нравится или нет вам эта книга, а также выскажите свое мнение о том, как сделать наши книги более интересными для вас.

Посылая письмо или сообщение, не забудьте указать название книги и ее авторов, а также ваш обратный адрес. Мы внимательно ознакомимся с вашим мнением и обязательно учтем его при отборе и подготовке к изданию последующих книг.

Наши координаты:

E-mail: [email protected]

WWW: http://www.williamspublishing.com

Информация для писем из: России: 115419, Москва, а/я 783 Украины: 03150, Киев, а/я 152

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.

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.

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.

• Интеграция. Каждый новый выпуск системы интегрирует в себя элементы дополнительных технологий, такие, например, как использование мультимедийных данных или подключение к беспроводным сетям, Web-службы или самонастраивающиеся (plug-and-play) устройства. В целом, рассмотрение этих технологий выходит за рамки данной книги.

• Простота использования. Элементы улучшения внешнего вида графического рабочего стола или средства, упрощающие пользование системой, без труда обнаруживаются в каждом новом выпуске системы.

• Совершенствование API. За время своего существования API был дополнен новыми замечательными возможностями. Именно API является центральной темой данной книги.

ОС Windows, в виде развивающейся последовательности версий, используется, начиная с 1993 года. Во время написания данной книги на Web-сайте компании Microsoft в качестве основных фигурировали следующие версии:

• Windows XP, включая выпуски Home, Professional и ряд других, которая ориентирована на индивидуальных пользователей. Большинство коммерческих PC, поступающих на рынок на сегодняшний день, включая лэптопы и ноутбуки, поставляются с уже установленной Windows XP соответствующего типа. В рамках данной книги различия между версиями, как правило, существенного значения не имеют.

• Windows Server 2003, которая выпускается в виде продуктов Small Business Server, Storage Server 2003, а также некоторых других, и ориентирована на управление приложениями для предприятий и серверными приложениями. В системах, работающих под управлением Windows Server 2003, часто применяется симметричная многопроцессорная обработка (Symmetric Multiprocessing, SMP), характеризующаяся использованием одновременно нескольких независимых процессоров. Новые 64-разрядные приложения, требующие Win64, появляются преимущественно на системах Windows Server 2003.

• Windows 2000, которая доступна в виде выпусков Professional и нескольких разновидностей выпусков Server и по-прежнему широко используется как в персональных, так и в серверных системах. Со временем Windows XP и будущие версии Windows вытеснят Windows 2000, продажа которой уже прекращена.

• Windows Embedded, Windows СЕ и Windows Mobile, которые представляют собой специализированные версии Windows, ориентированы на использование в малых системах, таких, например, как ручные (palmtop) и встроенные (embedded) устройства обработки данных, и предоставляют широкие подмножества возможностей Windows.

В настоящее время продолжает использоваться ряд предыдущих версий Windows, которые считаются устаревшими и более не предлагаются или не поддерживаются компанией Microsoft, однако многие, хотя и не все, из обсуждаемых в данной книге примеров будут выполняться и под управлением этих систем. Перечень таких систем, постепенно выходящих из употребления, приводится ниже.