Графические интерфейсы ОС семейств Windows и GNU/Linux

Дисциплина: «Операционные системы» Преподаватель: Алексеев Кирилл Анатольевич учебный год 2020/2021 online.mirea.ru Тема 3 Графические пользовательские интерфейсы в операционных системах Занятие 3.1 лекция Графические интерфейсы ОС семейств Windows и GNU/Linux online.mirea.ru Графические пользовательские интерфейсы в операционных системах Учебные вопросы: 1) Графические пользовательские интерфейсы. 2) Графический интерфейс Win32 API. 3) Система X Window. 1)потоками Литература Основная: 1) Э. Таненбаум. Современные операционные системы. Дополнительная: 1) А. Широков, С. Назаров. Современные операционные системы. online.mirea.ru 1. Графические пользовательские интерфейсы Оболочка операционной системы (от англ. shell «оболочка») – программа, предоставляющая интерфейс для взаимодействия пользователя с функциями системы. В общем случае различают оболочки с двумя типами интерфейса для взаимодействия с пользователем: текстовый пользовательский интерфейс (text user interface, TUI) и графический пользовательский интерфейс (graphical user interface, GUI). Текстовый пользовательский интерфейс – разновидность интерфейса пользователя, использующая при вводе-выводе и представлении информации исключительно набор буквенноцифровых символов и символов псевдографики. Программы с текстовым интерфейсом могут реализовывать оконный интерфейс, чему особенно способствует применение псевдографических символов. Графический пользовательский интерфейс – система средств для взаимодействия пользователя с компьютером, основанная на представлении всех доступных пользователю системных объектов и функций в виде графических компонентов экрана (окон, значков, меню, кнопок, списков и т. п.). online.mirea.ru 1. Графические пользовательские интерфейсы GUI компьютера Apple Lisa online.mirea.ru 1. Графические пользовательские интерфейсы Элементы графического пользовательского интерфейса (GUI) в совокупности обозначаются аббревиатурой WIMP: • окна – Windows • значки – Icons • меню – Menus • указывающие устройства – Pointing device Окна представляют собой прямоугольные области экрана, используемые для запуска программ. Значки являются небольшими обозначениями, на которых можно щелкать мышью с целью выполнения каких-либо действий. Меню представляют собой перечни действий, любое из которых может быть выбрано. Указывающие устройства – это мыши, трекболы или другая аппаратура, используемая для перемещения указателя по экрану с целью выбора элементов. online.mirea.ru 1. Графические пользовательские интерфейсы Каждый графический адаптер поддерживает определенное количество разрешений экрана. Общепринятые разрешения (по горизонтали × по вертикали в пикселах): 1280 × 960, 1600 × 1200 и 1920 × 1080, 2560 × 1600 и 3840 × 2160. Многие разрешения на практике имеют соотношение сторон экрана 4:3, что соответствует соотношению размеров экрана телевизионных приемников стандартов NTSC и PAL и обеспечивает прямоугольность пикселов на тех же мониторах, которые используются для телевизионных приемников. Высшие разрешения предназначены для широкоэкранных мониторов с соответствующим соотношением сторон. При разрешении 1920 × 1800 (размер видео стандарта full HD) цветной дисплей, имеющий 24 бита на пиксел, требует около 6,2 Мбайт оперативной памяти для хранения всего лишь одного изображения, поэтому при наличии 256 Мбайт и более графический адаптер может одновременно хранить множество изображений. online.mirea.ru 2. Графический интерфейс Win32 API Графический интерфейс Win32 API поддерживается всеми 32-разрядными версиями Windows. Основным элементом экрана является прямоугольная область, называемая окном. Позиция и размеры окна однозначно определяются за счет задания координат (в пикселах) двух диагонально противоположных углов. Окно может содержать небольшой заголовок, строку меню, cтроку инструментов, а также вертикальную и горизонтальную полосы прокрутки. online.mirea.ru 2. Графический интерфейс Win32 API Основные особенности графического интерфейса Win32 API Программы в ОС Windows должны получать информацию об изменениях размера своих окон и должны быть готовы к перерисовке содержимого окон в любой момент времени. Поэтому Windows-программы сориентированы на сообщения. Действия пользователя, работающего с клавиатурой или мышью, перехватываются системой Windows и превращаются в сообщения в адрес той программы, которой принадлежит окно. У каждой программы имеется очередь сообщений, куда посылаются все сообщения, имеющие отношение ко всем ее окнам. Основной цикл программы состоит из отлавливания очередного сообщения и его обработки путем вызова внутренней процедуры для данного типа сообщений. В некоторых случаях сама система Windows может непосредственно вызвать эти процедуры, минуя очередь сообщений. online.mirea.ru Структура основной Windows-программы c графическим интерфейсом Win32 API online.mirea.ru 3. Система X Window X Window System – оконная система, обеспечивающая стандартные инструменты и протоколы для построения графического интерфейса пользователя. Используется в UNIX-подобных ОС. X Window System обеспечивает базовые функции графической среды: отрисовку и перемещение окон на экране, взаимодействие с устройствами ввода, такими как, например, мышь и клавиатура. X Window System не определяет деталей интерфейса пользователя – этим занимаются менеджеры окон, которых разработано множество. По этой причине внешний вид программ в среде X Window System может очень сильно различаться в зависимости от возможностей и настроек конкретного оконного менеджера. online.mirea.ru 3. Система X Window Пользовательский интерфейс практически всех UNIX-систем базируется на системе X Window System (которую часто называют просто X), разработанной в 1980-е годы в Массачусетском технологическом институте (MIT). Она обладает хорошей переносимостью и работает целиком в пользовательском пространстве. Первоначально она предназначалась для подключения большого количества удаленных пользовательских терминалов к центральному вычислительному серверу, поэтому логически разбита на клиентское и серверное программное обеспечение, которое потенциально может работать на разных компьютерах. На современных персональных компьютерах обе ее составляющие могут работать на одной и той же машине. В Linux-системах популярные среды рабочих столов Gnome и KDE работают поверх X-системы. online.mirea.ru 3. Система X Window Когда X-система работает на одной машине, программное обеспечение, которое собирает входящую информацию с клавиатуры и мыши и выводит выходную информацию на экран, называется X-сервером. Х-сервер должен отслеживать, какое из окон выбрано в данный момент (в каком из них находится указатель мыши), поэтому он знает, какому именно клиенту отправлять весь клавиатурный ввод. Он обменивается информацией с работающими программами (возможно, по сети), называемыми X-клиентами. X-сервер отправляет им информацию, получаемую с клавиатуры и мыши, и принимает от них команды на отображение информации. online.mirea.ru Структура графической системы X Window Xlib – библиотека процедур для доступа к функциональности X-системы. Эти процедуры формируют основу X Window System, примитивны для непосредственного доступа к ним пользовательских программ. online.mirea.ru Структура графической системы X Window Для облегчения программирования в среде X-системы в качестве ее составной части предоставляется инструментарий под названием Intrinsics. На этом уровне осуществляется управление кнопками, полосами прокрутки и другими элементами online.mirea.ru графического интерфейса, именуемыми виджетами (widgets). Структура графической системы X Window Для создания настоящего графического интерфейса пользователя с универсальными восприятием и поведением необходим другой уровень (или несколько уровней). Один из примеров — Motif — является основой для общей среды рабочего стола — Common Desktop Environment, используемой в Solaris и других коммерческих UNIX-системах. Во многих приложениях используются вызовы к Motif, а не к Xlib. В среде рабочего стола Gnome используется библиотека GTK+, а в KDE — библиотека Qt. online.mirea.ru Менеджер окон X Window System Управление окнами не является частью самой X-системы. Этим занимается отдельный процесс X-клиента под названием менеджер окон. Он управляет созданием, удалением и перемещением окон на экране. Для управления окнами он посылает команды X-серверу, предписывая, что нужно делать. Зачастую он работает на той же машине в качестве X-клиента, но может работать на удаленном сетевом узле. Менеджер окон I3 Менеджер окон AWESOME WM online.mirea.ru Менеджер окон X Window System Менеджер окон X Window System – приложение, работающее «поверх» X Window System и определяющее интерфейс и взаимодействие с пользователем. В Unix-подобных операционных системах пользователь может выбрать любой оконный менеджер по своему усмотрению. Менеджеры окон могут отличаться по таким показателям, как: • возможности настройки внешнего вида и функциональности • способы запуска различных приложений • средства настройки и управления окружением • наличие и взаимодействие с несколькими рабочими или виртуальными столами • потребление оперативной памяти и прочих ресурсов компьютера • степень интеграции со средой рабочего стола, предоставляющей более полный набор средств для взаимодействия с операционной средой и различными пользовательскими приложениями online.mirea.ru Принцип работы системы X Window При запуске X-программа создает подключение к одному или нескольким X-серверам, назовем их рабочими станциями, даже если они будут сосуществовать на одной и той же машине с самой X-программой. X-система рассматривает эти подключения как надежные в том смысле, что потерянные и продублированные сообщения обрабатываются сетевым программным обеспечением и не нужно заботиться об ошибках обмена данными. Обычно для связи между клиентом и сервером используется протокол TCP/IP. При обмене данными используются четыре вида сообщений: 1. команды вывода графики от программы к рабочей станции; 2. ответы рабочей станции на программные запросы; 3. извещения о событиях клавиатуры, мыши и других устройств; 4. сообщения об ошибках. online.mirea.ru Принцип работы системы X Window Большинство команд на вывод графики посылаются из программ к рабочим станциям в виде одностороннего сообщения, на которое не ожидается никакого ответа. Как и Windows, X-система является в высокой степени управляемой событиями. События поступают от рабочей станции к программе, зачастую в качестве ответа на какие-нибудь действия человека, например нажатие клавиш, перемещение мыши или окна, находящегося на первом плане. Каждое сообщение о событии занимает 32 байта, где в первом байте дается тип события, а в следующем 31 байте предоставляется дополнительная информация. online.mirea.ru Принцип работы системы X Window Ключевым понятием в X-системе является ресурс. Он представляет собой структуру данных, в которой содержится определенная информация. Прикладные программы создают ресурсы на рабочих станциях. Ресурсы могут совместно использоваться несколькими процессами, запущенными на рабочей станции. Ресурсы настроены на короткий период существования и не в состоянии пережить перезагрузку рабочей станции. Типичными ресурсами являются окна, шрифты, цветовые карты (палитры), карты элементов изображений (растровые изображения), курсоры и графические контексты. online.mirea.ru Структура программы, использующей интерфейсы графической системы X Window online.mirea.ru Среды рабочего стола ОС семейства GNU/LINUX Среда рабочего стола (также графическое окружение рабочего стола, англ. desktop environment) – разновидность графических интерфейсов пользователя, основанная на метафоре рабочего стола. Такая среда обеспечивает пространство, называемое рабочим столом, на котором появляются окна, пиктограммы, панели и другие элементы. Обычно поддерживаются механизмы, объединяющие разные части среды, – например, drag-n-drop (перенос данных между окнами с помощью указательного устройства). Назначение рабочего окружения – создание интуитивного способа взаимодействия пользователя с компьютером. online.mirea.ru Примеры сред рабочего стола ОС семейства GNU/LINUX online.mirea.ru