Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы - Владимир Липаев

В ИТМ и ВТ группу пионеров разработки ОС для БЭСМ-6 [7,11] возглавил Лев Николаевич Королев. Он входит в круг учёных, положивших начало развитию программирования и вычислительной техники в СССР. В 1967-м году он защитил докторскую диссертацию на основе своих работ для вычислительной системы, поддерживающей функционирование системы противоракетной обороны (ПРО). Кроме того, Королёв разрабатывал математическое обеспечение для управления космическими полётами, в том числе для полёта Союз-Аполлон.

В 1967-м году под руководством Л.Н. Королёва была разработана операционная система «Диспетчер-68» для ЭВМ БЭСМ-6, которая стала первой советской мультипрограммной операционной системой. Кроме того, система поддерживала страничную организацию памяти с динамическим распределением памяти, параллельную работу устройств ввода/вывода. Эти исследования значительно повлияли на дальнейшее развитие отечественного системного программирования. Основными участниками разработки Д-68 в ИТМ и ВТ были: Виктор Петрович Иванников и Александр Николаевич Томилин. В ИПМ в этих работах участвовали Михаил Романович Шура-Бура и основные разработчики И.Б. Задыхайло, Э.З. Любимский и В.С. Штаркман. Существенный вклад в развитие системных программных средств был внесен также группой специалистов из лаборатории вычислительной техники и автоматизации Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне под руководством Николая Николаевича Говоруна. Эти ОС обеспечивали параллельное выполнение процессов обработки информации и их иерархическую организацию, интерактивный режим работы коллектива пользователей ЭВМ и обработку информации в режиме реального времени.

Большое влияние на развитие ОС для ЭВМ оказало создание в 1967-м году в ИТМ и ВТ под руководством Л.Н. Королева [7, 11] первой ОС для ЭВМ БЭСМ-6, названной позднее «Диспетчер-68». Она обеспечивала совместное управление работой устройств ЭВМ, подготовку и решение задач в мультипрограммном режиме. По современным понятиям Д-68 являлся ядром операционной системы, обеспечивавшим: мультипрограммный режим пакетной обработки заданий, управление виртуальной памятью, управление внешними запоминающими устройствами и многочисленными устройствами ввода-вывода. Государственная комиссия принимала машину БЭСМ-6 в комплексе с ее программным обеспечением, что явилось новым прецедентом приемки вычислительной техники.

В разработке программного обеспечения ЭВМ наиболее трудоемкой и ответственной частью являлось создание ядра операционной системы. В то время в нашей стране не было опыта разработки ОС, а зарубежным опытом нельзя было воспользоваться, поскольку БЭСМ-6 не являлась копией ни одной машины, что определяло значимость успехов в создании отечественных ОС. Было доказано, что сложнейшие ОС могут разрабатывать отечественные программисты. Операционная система выполняла:

мультипрограммное решение задач;

• управление одновременной работой всех каналов связи с внешними запоминающими устройствами и всех устройств ввода-вывода информации;

• совмещение вычислений во всех задачах с параллельной работой внешних запоминающих устройств и устройств ввода-вывода;

• организацию совместного динамического распределения ресурсов двухуровневой памяти оперативной и внешней), базирующуюся на замещении страниц в оперативной памяти;

• распределение устройств между задачами;

• буферизацию ввода-вывода;

• развитую связь с оператором по управлению прохождением задач и работой устройств;

• возможность многотерминальной работы в диалоговом режиме.

Кроме этих основных функций «Диспетчер-68» обеспечивал вызов трансляторов с языков программирования и автокодов. Д-68 явился предтечей будущих развитых ОС и основой последующих операционных систем для БЭСМ-6: ОС «Дубна» (Н.Н. Говорун) и ОС «Диспак» (В.Ф. Тюрин), дисковой операционной системы, ориентированной на пакетную обработку и эксплуатируемой в дальнейшем на большинстве ЭВМ БЭСМ-6.

После появления у пользователей нескольких ведущих институтов машины БЭСМ-6 и ОС Д-68, их программистские коллективы начали активную разработку собственных ОС, с их точки зрения более адекватно отражавших использование вычислительной техники в этих институтах. Дублирование работ по созданию различных ОС для машины одного типа было полезным, прежде всего тем, что на этих работах выросли специалисты системного программирования высочайшей квалификации и оформились известные в нашей стране программистские школы: ИПМ им. М.В. Келдыша, ИТМ и ВТ им. С.А. Лебедева, Новосибирская школа, возглавлявшаяся А.П. Ершовым, школа ОИЯИ (Дубна), которой руководил Н.Н. Говорун, школа в НИВЦ МГУ, а также ряд других школ, включая ядерные и оборонные центры страны. В результате в 70-е годы одновременно в эксплуатации находились: ОС Д-68, ОС ИПМ, ОС ДИСПАК, ОС ДУБНА, НД-70.

ОС Д-68, как и другие ОС БЭСМ-6, в ходе эксплуатации расширял свои возможности в части услуг, предоставляемых пользователям. Такие системы как ПУЛЬТ, МУЛЬТИДОСТУП, ДИМОН (диалоговый монитор) обеспечивали режим многопультового доступа к машине с удаленных терминалов. Появились также системы отладки программ в терминах входного языка, обеспечивающие связь задачи пользователя с терминалами; система для редактирования файлов и запуска задач в решение с удаленных пультов. К началу 70-х годов в состав программного обеспечения БЭСМ-6 входили все основные универсальные языки программирования: АЛГОЛ-60, ФОРТРАН, ЛИСП. Первый транслятор с языка Фортран для БЭСМ-6 был разработан в 1969-м году в ОИЯИ в Дубне. Этот транслятор затем был включен в Мониторную систему «Дубна».

В различных организациях использовалось несколько вариантов трансляторов с языков, генерирующих программы разной степени эффективности, в том числе оптимизирующие трансляторы с языков АЛГОЛ-60 и ФОРТРАН и компилятор с языка ЛИСП. В состав программных средств машины БЭСМ-6 входил спектр проблемно-ориентированных языков СИМУЛА-67, ГРАФОР, ГРАФАЛ, язык типа EPSILON и ряд других специализированных языков. Для построения диалоговых систем использовались пошаговые трансляторы с некоторых других языков. Для разработки и отладки комплексов программ мобильных и бортовых ЭВМ поставлялись кросс-системы ЯУЗА-6 и ТЕМП (см. п. 3.4). По критериям своего времени программное обеспечение БЭСМ-6 было наиболее развитым в сравнении с обеспечением других машин отечественного производства и по принципиальным возможностям не уступало программному обеспечению многих зарубежных машин.

Существенное влияние оказал «Диспетчер-68» на разработку в ИТМ и ВТ операционной системы реального времени для БЭСМ-6 ОС НД-70 («Новый диспетчер-70») с развитыми средствами организации параллельных вычислений (соподчинение задач, аппарат параллельных процессов), режимом работы в реальном времени и возможностью организации многомашинного вычислительного комплекса (руководитель В.П. Иванников). В центрах управления полетами космических аппаратов были созданы и в течение более двадцати лет активно использовались ОС НД-70 для обеспечения управления полетами, а также для нескольких больших баллистических и телеметрических программных комплексов реального времени. Вслед за НД-70 средства организации параллельных процессов были введены в ОС «Диспак», что позволило программным комплексам реального времени базироваться на этой ОС. На основе возможностей операционной системы БЭСМ-6 усилиями ряда ведущих научноисследовательских и производственных организаций с привлечением крупных математических сил СССР была создана, первая в стране поставляемая промышленностью полная система математического обеспечения ЭВМ (ОС, системы программирования, библиотеки программ).

В 1967-м году И.Б. Задыхайло, С.С. Камынин и Э.З. Любимский разработали [2, 7] операционную систему ИПМ АН СССР (ОС ИПМ) под руководством Э.З. Любимского. При разработке ОС ИПМ авторы широко использовали механизмы для организации взаимосвязи между задачами и процессами. Каждый ресурс (память, файл, устройство) имел своего хозяина, который мог его отдавать или сдавать в аренду любой другой задаче, оговаривая соответствующие права использования, в том числе и право дальнейшей передачи в аренду. ОС ИПМ органично включала в себя систему программирования, что позволило довольно легко обеспечить такие свойства, как шаговая трансляция и отладка в терминах языка. Большинство трансляторов были написаны на языке АЛМО (аналог языка Си), и использовали его в качестве выходного языка. Это позволило сначала раскрутить и отладить их на машине М-220, а затем (в 1969-м году) перенести на БЭСМ-6 в среду ОС ИПМ, что избавило разработчиков трансляторов и операционной среды от многих излишних взаимных претензий.