Systemprogrammierung

Als Systemprogrammierung bezeichnet man das Erstellen von Softwarekomponenten, die Teil des Betriebssystems sind oder die möglichst eng mit dem Betriebssystem bzw. mit der darunter liegenden Hardware kommunizieren müssen.

Systemnahe Software dient als Abstraktionsschicht zwischen einer Applikation und dem Betriebssystem. Diese Schicht erleichtert den Zugriff auf die sehr einfach gehaltenen Betriebssystemfunktionen. Aus Performance- und Sicherheitsgründen ist der Zugriff auf das Betriebssystem auf das Notwendige beschränkt. Der Programmierer muss sich selbst um Synchronisation (z. B. mittels Semaphore oder Shared Memory) und Interprozesskommunikation kümmern. Die Programmierung auf Betriebssystemebene ist dadurch umständlich und fehleranfällig.

Im Gegensatz dazu bevorzugen Applikationsentwickler Schnittstellen, die schnell, fehlertolerant und leicht zu verwenden sind. Das heißt, für den Applikationsprogrammierer steht die Funktionalität im Vordergrund, während ein Systemprogrammierer Aspekte wie Effizienz und Robustheit besonders berücksichtigen muss. Alle Hochsprachen kapseln die Funktionen der Systemprogrammierung, was eine effektive Anwendungsprogrammierung mit hohem Abstraktionsgrad ermöglicht, jedoch im Bereich der systemnahen Programmierung nicht zielführend ist.

Ein weiteres Beispiel für systemnahe Anwendungen sind Datenbankmanagementsysteme. Datenbanken benötigen einen sehr schnellen Zugriff auf Hardwareressourcen. Der Umweg über die Entwicklungs-APIs ist dabei nicht nur ein zusätzlicher Kostenfaktor. Solche APIs sind für die Bedürfnisse bestimmter Applikationen auch ungeeignet. Implementierungen von Datenbanken bevorzugen daher, selbst direkt mit dem System zu kommunizieren.

Systemprogrammierung wird häufig in vergleichsweise minimalistischen Sprachen wie C oder sogar Assembler durchgeführt. Die anderen umfangreichen Hochsprachen wie C++ oder Pascal führen häufig zu großen und wenig effizienten Programmen, die für die systemnahe Programmierung ungeeignet sind. Ausnahmen bilden hier einige eingebettete Systeme, die direkt in Java programmiert werden können. C ist zwar selbst auch eine Hochsprache, bietet aber die Möglichkeit, Assembler-Befehle über Inline-Assembler direkt ins Hochsprachenprogramm einzubinden und z. B. Variablen direkt mit ihren symbolischen Namen abzufragen, die sonst umständlich über den Stack übergeben werden müssten. Systemprogrammierung im engeren Sinn sollte allerdings ausschließlich in Assembler oder Maschinencode durchgeführt werden.

In letzten Jahren werden viele Mikrocontroller-Systeme von Embedded-Betriebssystemen abgelöst. Dabei ist es sinnvoll, die bestehenden C-Codes der Schnittstellenkommunikation für die Treiberentwicklung zu verwenden. Diese Programmierarbeiten sind typische Systemprogrammierung.