Software, licence, programování

Software, licence, programování Vladimír Hajko

2016

Vladimír Hajko (FVL UNOB)

Aplikovaná Informatika

1 / 50

1

Software Základní pojmy, definice Licencování

2

Programování

3

Hierarchie a druhy SW Rozlišení SW

4

Historické vazby vývoje

5

Shrnutí



2 / 50

Software

Základní pojmy, definice

Outline

1


2

Programování

3


4


5

Shrnutí



3 / 50

Software


Software

Software = soubor strojově čitelných instrukcí (soubory instrukcí řešících nějaký problém = algoritmus) program (aplikace) = soubor instrukcí tvořících algoritmus + datové struktury

V užším pojetí (někdy označováno jako tzv. aplikační software): soubor programů, určených k vykonání určitých operací, ke svému běhu vyžaduje systémový software Hardware počítače „pouze“ vykonává instrukce (bez SW je nám HW k ničemu)



4 / 50

Software


Software - klasifikace

Systémový software: Operační systémy Drivery (ovladače - poskytují možnost OS „ovládat“ některé specifické funkce), Firmware (uložen přímo v HW) – např. BIOS, řadiče (disků, grafiky) vykonává tzv. mikrokód, např. řídí pohyb čtecí hlavy pevného disku

Aplikační software



5 / 50

Software

Licencování

Outline

1


2

Programování

3


4


5

Shrnutí



6 / 50

Software

Licencování

Vlastnictví software

Software je autorské dílo, jediným vlastníkem je autor (nekupujete si SW jako takový, ale právo používat jeho kopii) Možnost využití tohoto díla je typicky kontrolována licenční smlouvou (EULA) specifikuje možnosti a podmínky pokud neexistuje, vypršela, nebo byla zrušena: tzv. license-free software, popř. volné dílo (public domain)



7 / 50

Software

Licencování

Základní typy licencování Komerční (single user nebo multilicence (volume licenses)) zvláštní typ: shareware (popř. trialware, demoware): zdarma k vyzkoušení, typicky omezená doba použití, omezené funkce zvláštní typ: OEM (Original Equipment Manufacturer) software zvláštní typ: embedded software (typicky podřízen speciální licenci (ESL)) - roste na významu (“chytrá zařízení”, auta, lednice, termostaty; speciální zařízení, typicky s variantami Unix nebo Windows OS)

Freeware (použití zdarma, ale ne už redistribuce, modifikace atp., typicky closed source) free software (zdarma použití i redistribuce a modifikace, typicky open source) typicky vyžaduje (nejznámější asi GNU General Public License) zachování otevřenosti při modifikacích a redistribuci



8 / 50

Software

Licencování

GNU GPL Založen 27. 9. 1983 na MIT; hlavní autor: Richard Stallman, „otec svobodného SW“ Koncept „free software“, tj. SW který může uživatel zkoumat na úrovni zdrojového kódu, modifikovat, a dále šířit (pokud zůstane svobodný) Prinicp tzv. Copyleft (způsob licencování, který zachovává SW jako free software) Nejznámnější v souvislosti s GNU/Linux (od 1992)



9 / 50

Software

Licencování

Software as a Service (SaaS)

Nekupujeme licenci na používání SW, ale určitou požadovanou funkčnost Místo toho koupíme nějakou funkčnost (službu) využití určitého SW je součástí této služby Např. provozování e-shopu: zahrnuje i webové aplikace pro e-shop Např. Microsoft Exchange Online: neprovozujeme MS Exchange Server na vlastním HW Služba běží na cizím HW, my jen využíváme funkcionalitu (pošta, týmová spolupráce, atp.)



10 / 50

Programování

Co je programování? Počítač „rozumí“ jen strojovému kódu (jen ten je schopen zpracovat) Kód představuje instrukce pro procesor Závislé na konkrétním modelu procesoru Lze ručně vytvořit přímo program ve strojovém kódu, ale velmi pracné a nepraktické

Historicky: počítač de facto specializované zařízení, pro jehož obsluhu a práci s ním byly potřeba zvláštní schopnosti (analogie soustružník a soustruh) tzn. že počítače používali pouze programátoři – operátoři dnes většina uživatelů neumí/nemusí umět programovat prográmatoři s tímto počítají, „vše se nachystá“ pro běžné uživatele, ti už jen využívají připravné programy (dnes zpravidla s grafickým uživatelským rozhraním (GUI))

Programátoři píší programy v programovacích jazycích (= prostředek pro zápis algoritmů) (Programovacích jazyků velké množství, vzájemně mají i odlišné koncepce „jak v nich programovat“) Vladimír Hajko (FVL UNOB)


11 / 50

Programování

Algoritmizace

Algoritmus = krok-po-kroku zapsaný soubor operací, které se mají vykonat, tzn. převádí vstupní data na výstupní data řeší nějaký problém

Vlastnosti: konečnost (rezultativnost): výpočet/běh skončí v „rozumném čase“ hromadnost (masovost): musí být schopen pracovat s různými vstupními daty (např. výpočet průměru z libovolných čísel, ne např. jen ze souboru {5, 6, 7, 8}) jednoznačnost (determinovanost): nejsou „slepé uličky“, přechod do dalšího stavu je jednoznačně určen výsledkem stavu předcházejícího opakovatelnost: zpracování stejných dat vede ke stejným výsledkům



12 / 50

Programování

Programy

Program = soubor algoritmů a datových struktur Programovací jazyky: formální jazyk, prostředek pro zápis algoritmů deklarace, příkazy, sekvence, selekce, iterace, cykly



13 / 50

Programování

Programy - související pojmy

Programy pracují s hodnotami uloženými v proměnných (určení proměnné se nazýává deklarace (určení jména/identifikátoru, datového typu) (např. int myVariable;) tzv. deklarací se určují i funkce / procedury, konstanty aj. přiřazení znamená, že se ke jménu (identifikátoru) proměnné přiřazují hodnoty (např. x=5; atp.)

Výrazy (někdy též regulární výrazy) znamenají, že se na proměnné použijí operace (např. x==1; x=x+2; atp.)



14 / 50

Programování

Základní pojmy

Sekvence: posloupnost příkazů, které se postupně provedou Větvení: rozděluje program do 2 větví podle toho, zda je nebo není splněna podmínka (if podmínka-then-else) Cykly: Cyklus s podmínkou na začátku (while podmínka - do) (není-li podmínka na počátku splněna, cyklus nemusí proběhnout ani jednou) Cyklus s podmínkou na konci (repeat - until podmínka) (proběhne min. jednou) Cyklus se známým počtem průchodů (for i=1 to n do)



15 / 50

Programování

Tvorba SW Většina SW využívá tzv. high-level programovací jazyky využívají abstrakci, není nutné řešit některé detaily (jako např. správa paměťových instrukcí) nezávisí na architektuře počítače, avšak nutnost kód tzv. kompilovat C++ / C / C#, Java, Python, Visual Basic, Delphi, Perl, aj.

Low-level programovací jazyky nemají žádnou sémantiku, obtížnější práce (ale větší “volnost”, často rychlejší, naprostá kontrola nad instrukcemi) závisí na architektuře, typicky odpovídá strojovému kódu využití assembleru (assembler = „jazyk symbolických adres“) pro sestavení numerických instrukcí např. tvorba firmware, ovladačů, popř. specializované účely (např. vysoce specialozvané optimalizace, zařízení vyžadující přímou kontrolu nebo přesné časování, některé typy malware nebo pro reverse engineering) pozor, OS však už typicky psány v high-level jazycích Vladimír Hajko (FVL UNOB)


16 / 50

Programování

Rozlišení programovacích jazyků Vyšší programovací jazyky vs. nižší programovací jazyky Vyšší: využívají vyšší míru abstrakce, snaha o přiblížení se „lidskému myšlení“ Nižší: malá nebo žádná abstrakce od toho, jak funguje CPU

Kompilované vs. interpretované Kompilace: nejprve je program přeložen do strojového kódu (např. C/C++, Pascal) - vyžaduje se překlad před spuštěním, ale přeložený program běží rychle Interpretace: při spuštění programu je spuštěn interpret (překladač) a ten interpretuje program v programovacím jazyce (není nutný překlad před spuštěním, ale pomalejší)

Imperativní (procedurální) vs. Deklarativní (neprocedurální) Imperativní (procedurální): popisuje jednotlivé úkony pomocí algoritmů Deklarativní (neprocedurální): „co se má udělat, ne jak se to má udělat“ Vladimír Hajko (FVL UNOB)


17 / 50

Programování

Vyšší programovací jazyky Imperativní (procedurální) - popisují „jak se má provádět výpočet“ Strukturované (např. C, Pascal) Objektově orientované (např. C/C++, Java)

Deklarativní (neprocedurální) - popisují „co se má vypočítat“ Funkcionální (např. Lisp, Haskell) - výpočet představuje vyhodnocování matematických funkcí, založeno na tz.v Lambda kalkulu (program představují zápisy lambda výrazů, které popisuje, jak se z hodnoty argumentu vypočte hodnota funkce) Logické (např. Prolog, Gödel) - využívá matematickou logiku, tj. soubory axiomů, logických faktů a vztahů, počítač řeší zadaný logický vztah

Některé jazyky mohou kombinovat přístupy Např. C/C++ kombinuje strukturovaný a OOP přístup Vladimír Hajko (FVL UNOB)


18 / 50

Programování

Assembler - ukázka kódu



19 / 50

Programování

Strojový kód



20 / 50

Programování

Imperativní programovací jazyk- Fortran



21 / 50

Programování

Imperativní programovací jazyk- Basic



22 / 50

Programování

Programovací jazyky vyšší úrovně - historie

FORTRAN (1954) Pojmenování proměnných, složené výrazy, podprogramy, . . . využití pro vědeckotechnické výpočty

ALGOL (1960) Matematické algoritmy

COBOL (1960), BASIC (1964) Syntaxe podobná angličtině

Pascal (1971), C (1972 - Dennis Ritchie), Ada (1983) Dodnes používány (i pro nové projekty)



23 / 50

Programování

Objektově orientované programovací jazyky (OOP) Objekty - vše s čím chce programátor nějak nakládat; ty se zobecňují do tříd a metody popisují „co lze s třídou dělat“ Smalltalk-80 (1980) C++ (1985) Objektově orientovaná verze jazyka C (původně jen rozšíření C)

Perl (1987) Populární pro tvorbu CGI (Common Gateway Interface) skriptů - server „přepošle“ požadavek do (externí) aplikace, ta jej zpracuje, vrátí výstup v podobě (statické) webové stránky a ta je serverem poslána klientovi - viz

Python (1990) Skriptovací jazyk, vhodný i pro větší aplikace

PHP (1994) Webové programování, dynamický web

Java (1994) Platformní nezávislost (interpretovaný jazyk, tzv. virtuální stroj Javy (JVM) (Java



24 / 50

Programování

Objektově orientovaný jazyk - JAVA



25 / 50

Programování

Objektově orientovaný jazyk - PHP



26 / 50

Programování

Dennis Ritchie (1941-2011) Vytvořil programovací jazyk C; Společně s Kenem Thompsonem vytvořili OS UNIX; patrně „nejdůležitější osoba“ pro moderní podobu ICT C takřka všudypřítomné, dostupné pro takřka všechny platformy, navíc velice efektivní pro běh syntaxe blízká tzv. pseudokódu, algoritmus lze snadno převést na program poskytuje i robustní kontrolu nad HW - link mezi vyššími a nižšími programovacími jazyky (často v něm psány i ovladače, kompilery atp.)



27 / 50

Programování

Logické programování - Prolog



28 / 50

Programování

Logické programování - Prolog; ()



29 / 50

Programování

Vývoj programovacích jazyků



30 / 50

Programování

Jak si vybrat? Neexistuje univerzální ideální programovací jazyk pro všechny systémové a aplikační programy Kvůli nevýhodám a omezením existujících jazyků vznikaly a vznikají jazyky nové

Rychlost programování vs. rychlost běhu programu vždy kompromis

Každý jazyk má své pro a proti platí také jakási familiarita - pokud jde o nepříliš rozsáhlý projekt, tak často je rozumnější implementovat v jazyce, který je nám znám, přestože by mohl být efektivněji implementován v jazyce jiném k „žádoucímu výsledku“ také může vést vícero způsobů řešení (typické příklady: )



31 / 50

Programování

Jak si vybrat?

V praxi může být výhodné kombinovat několik jazyků/přístupů Např. programování pro WWW - je vhodné/praktické oddělit: funkci (aplikační logiku - kód na serveru, např. PHP), data (databázový server, např. SQL), vzhled a uživatelské rozhraní (HTML, CSS, Javascript)



32 / 50

Programování

Vlastnosti důležité při tvorbě programů Rychlost výpočtu (výpočetní náročnost) Tj. doba trvání běhu programu

Paměťová náročnost Kolik paměti potřebujeme (vs. dostupné systémové prostředky; při překročení swapování - pomalé)

Náročnost tvorby samotné: Kolik času/námahy zabere program napsat Efektivnost kódu vs. efektivnost využití času programátora Odladění chyb

Přehlednost a srozumitelnost: zda se v kódu vyzná i někdo jiný než autor :)



33 / 50

Programování

Optimalizace a ladění Obvykle se lze ke stejnému řešení dobrat několika cestami Ne vždy musí být zvolená implementace nejlepší z hlediska výpočetní efektivnosti

Možnosti zrychlení : Odhad očekávaných požadavků a počítání možných řešení na pozadí (předpočítání) Výpočet hodnot na základě předchozích hodnot: (f (x + 1)), tzv. Hörnerovo schéma (např. efektivní vyhodnocování polynomů) Přímé generování výsledků (příklad) Čištění a příprava dat (řazení) Eliminace rekurzí (dynamické programování) - opakující se výpočty jsou uloženy (nepočítají se stejné věci znovu a znovu) Minimalizace „pomalých“ operací (přístup do paměti, čtení z disku, podmínky atp.) Vladimír Hajko (FVL UNOB)


34 / 50

Programování

Chyby a ladění

V kódu v zásadě dva typy chyb Syntaktické - chybný zápis, neplatná přiřazení, dělění nulou atp. Typicky způsobí, že počítač „nerozumí příkazu“, obvykle odhaleno překladačem (zastavení běhu programu v důsledku chyby) - nemusí platit vždy, „silent problémy“, „memory corruption“ (nezáměrná změna dat v paměti v důsledku chyby) Využívá se tzv. debugger - „krokování“ programu

Logické - chybný návrh algoritmu, program běží, ale poskytuje nesprávné výsledky, neplní některé z žádoucích vlastností, vykazuje chybnou funkčnost Obtížně odhalitelné, závažné důsledky (!)



35 / 50

Hierarchie a druhy SW

Rozlišení SW

Outline

1


2

Programování

3


4


5

Shrnutí



36 / 50


Rozlišení SW

“Hierarchie” SW

HW-specifické činnosti řízeny firmware BIOS: interface pro firmware (u moderních počítačů typicky pouze při startu a načtení bootloaderu, další komunikace se zařízeními už typicky přímo OS) od r. 2010 BIOS nahrazován UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)

OS: správa systémových HW i SW prostředků, rozhraní pro běh aplikací (zprostředkovává komunikaci aplikací a HW činností) Aplikační software



37 / 50


Rozlišení SW

Operační systém

Správa systémových prostředků Řízení přístupu Součásti: Správa procesů, přerušení správa pamětí správa souborů ovladače zařízení Síťové prostředky Bezpečnost I/O



38 / 50


Rozlišení SW

Malware

Specifický druh MALicious softWARE = škodlivý software viry, červi, trojské koně, spyware, adware atp.

Obecně jakýkoliv software, který narušuje činnnost počítače, typicky bez vědomí uživatele, a s úmyslem poškodit zájmy uživatele SW, který nelicencujeme, jeho „funkcionalita“ je nám ke škodě, naopak je „uživateli“ / „oběti“ „vnucen“



39 / 50


Historie vývoje hlavních OS

OS nevznikají „spontánně“ (out of the blue), ale spíše evolučně často lze sledovat vazby a návaznosti Např. Microsoft: založen v roce 1975 1981 vzniká MS-DOS 1985 se prodávají první Windows 1.0 1990 vznikají Windows 3.0 a ty jsou oblíbené (ještě oblíbenější jsou Windows 3.11 o pár let později) 1993 vydány Windows NT (plně 32 bitové) 1995 – Windows 95, 1998 – Windows 98 (poslední založený na DOSu) NT větev: Windows 2000, XP, Vista, 7 Nově: 8, 8.1 a 10



40 / 50


Historie vývoje hlavních OS

UNIX: vznik v roce 1970 jako vedlejší větev nepříliš úspěšného Multicsu UNIX je konkrétní systém používaný v letech 1970 – 1990 Na UNIX navázaly řady podobných systémů: Komerční: AIX, SunOS, Xenix, SCO, HP-UX, Solaris Ne plně komerční: BSD Open source: Minix, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, OpenSolaris; také LINUX



41 / 50


Unix vývoj



42 / 50


Linux vývoj I

Vzniká v roce 1991 jako projekt finského studenta Linuse Torvalse Linux je v podstatě jen jádro OS To je třeba doplnit ostatními programy

V Linuxových systémech se ostatní programy berou z projektu GNU Systém pak označujeme jako GNU/Linux Licence GNU GPL Zdarma i pro komerční použití, zdrojový kód lze i modifikovat a dále šířit, ale je nutné zachovat jejich bezplatné šíření



43 / 50


Linux vývoj II

Linux je de facto jen jádro (nemá žádné rozhraní pro uživatele) Pro praktické užití je třeba jádro doplnit o ostatní součásti (programy) Vznikají tak tzv. distribuce Linuxu Debian, Ubuntu, Fedora, RedHat Enterprise Linux aj.



44 / 50


Linux vývoj III - URL



45 / 50


Historie MacOS

Počítač Macintosh firmy Apple vzniká v roce 1984 OS nejprve nazýván jen „System“ V roce 1990 vzniká verze 7, od verze 7.5 se „System“ nazývá MacOS Pokračují verze po číslo 9, pak následuje „Mac OS X“ Později Mac vypadává, takže jen „OS X“ Dnes nově přejmenováno na macOS - pro počítače Pro mobilní zařízení se větev jmenuje iOS Pro hodinky watchOS Pro televize tvOS Vše založeno na Unixu, ale důraz na jednoduchost používání a intuitivnost GUI



46 / 50


Android

Původně operační systém pro digitální fotoaparáty (2003) Kupuje Google a plánuje pro použití v mobilních zařízeních (2005) Založeno na jádře Linuxu ALE Android není zcela open source (např. Google Play) Programy psány typicky v Javě, běží v obdobě Java Virtual Machine (JVM) Dnes aktuální verze 6 (Marshmallow), chystaná verze 7 (Nougat) Aktualizace musí zajišťovat výrobci HW (např. HTC), nikoliv tvůrci Androidu Potenciální problém! (nízká motivace výrobců „udržovat podporu“ pro „morálně zastaralá zařízení“)



47 / 50


Android



48 / 50


Embedded OS Tzv. embedded OS jurčené k řízení určitého specializovaného zařízení Na první pohled nemusí být vůbec patrné, že jde o počítač vybavený OS např. „chytrá zařízení“ (TV, ledničky, termostaty, elektroměry atp.), bankomaty, semafory a systémy řízení provozu, zábavní (on-board entertainment) systémy, digitální fotoaparáty, GPS navigace, aj.

Často záměrné snížení možností interakce uživatele - soustředění na úzkou množinu vykonávaných činností (nižší míra funkcionality) ale umožňuje také nižší cenu - „ořezání“ HW (CPU, RAM) Často také bez „vize“ upgradu, rozšiřování, oprav chyb atp. Tvorba SW „na míru“ nákladná, často tedy „hrubší“ implementace hotových řešní (často free SW) ne vždy dodržen „least privilege“ princip (např. incident se systémem dopravního letadla (přístup k ovládání výkonu motoru))

Vazba (nezbytnost) na tzv. Internet of things (IoT) - schopnost komunikace a výměny dat mezi zařízeními (koncept smart cities, chytré doprava, řízení spotřeby energií, senzory atp.) Vladimír Hajko elektroměry, (FVL UNOB) Aplikovaná Informatika

49 / 50

Shrnutí

Rekapitulace

Základní pojmy: SW - systémový, aplikační, BIOS, OS, užití SW a licence, programovací jazyky, algoritmy

Zjistěte jaký SW máte nainstalován na svém PC (např. Belarc Advisor) - jste schopni identifikovat k čemu slouží? Zjistěte co znamená tzv. Bloatware. Máte na svém PC nějaký?



50 / 50

Software, licence, programování

Recommend Documents