WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
-- [ Страница 1 ] --

Андрей Робачевский Операционная система Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных

заведений Дюссельдорф Киев Москва Санкт Петербург УДК Книга семейству операционных систем и содержит информацию о прин ципах организации, идеологии и архитектуре, объединяющих различные версии этой опе рационной системы.

В книге рассматриваются: архитектура ядра UNIX (подсистемы ввода/вывода, управления памятью и процессами, а также файловая подсистема), программный интерфейс UNIX (системные вызовы и основные библиотечные функции), пользовательская (команд ный интерпретатор команды и утилиты) и сетевая поддержка в U N I X (про токолов семейства TCP/IP, архитектура сетевой подсистемы, программные интерфейсы сокетов и TLI).

Для круга Группа подготовки издания:

Екатерина Главный Наталья Зав. редакцией Татьяна Редактор Зинаида Дмитриева Корректор Владислава Сорокина Компьютерная верстка Дизайн обложки Николай Тверских Зав. производством Рукопись книги подготовлена в Республиканском научном центре компьютерных теле коммуникационных сетей высшей школы.

Рецензенты:

Зав. кафедрой техника" Санкт Петербургского государственного электротехнического университета профессор Д. В. Пузанков Зав. "Информационные и управляющие системы" Санкт Петербургского государственного Технического университета профессор И. Г.

Робачевский А. М.

Операционная система UNIX®. СПб.: 2002. 528 ил.

ISBN 5 8206 0030 UNIX является знаком консорциума The Open Group М. Робачевский, К. Щукин, © Оформление, издательство "БХВ Петербург", Лицензия ИД № 02429 от 24.07.00. Подписано в печать Формат Печать офсетная. Усл. печ. л. 42,8.

Доп. тираж 5000 экз. Заказ "БХВ Петербург", 198005, Санкт Петербург, Измайловский пр., 29.

Гигиеническое заключение на продукцию, товар, № от г. выдано Департаментом ГСЭН Минздрава России.

Отпечатано с готовых диапозитивов в Академической типографии "Наука" РАН.

199034, Санкт Петербург, 9 линия, 12.

www.books-shop.com О КНИГЕ "ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА UNIX" НАЗНАЧЕНИЕ книги НА КОГО РАССЧИТАНА ЭТА КНИГА? ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ..... Исследовательские версии UNIX ГЕНЕАЛОГИЯ UNIX System UNIX System V Release 4 (SVR4) UNIX компании Berkeley Software Distribution Версии UNIX, использующие микроядро Свободно распространяемая система UNIX ОСНОВНЫЕ СТАНДАРТЫ Х/Ореп SVID ANSI НЕКОТОРЫЕ ИЗВЕСТНЫЕ ВЕРСИИ UNIX AIX HP UX IRIX Digital UNIX UNIX Solaris ПРИЧИНЫ ПОПУЛЯРНОСТИ UNIX ОБЩИЙ взгляд НА АРХИТЕКТУРУ UNIX Ядро системы Файловая подсистема Подсистема управления процессами Подсистема ГЛАВА 1. РАБОТА В ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ UNIX ФАЙЛЫ И ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА Типы файлов Структура файловой системы UNIX Корневой каталог www.books-shop.com /bin /etc /lib или /home /var Владельцы файлов Права доступа к файлу Дополнительные атрибуты файла ПРОЦЕССЫ Программы и процессы Типы процессов Системные процессы Демоны Прикладные процессы Атрибуты процесса Идентификатор процесса Process ID Идентификатор родительского процесса Parent Process ID Приоритет процесса (Nice Number) Терминальная линия (TTY) Реальный (RID) и эффективный (EUID) идентификаторы пользователя. Реальный (RGID) и эффективный идентификаторы группы Жизненный путь процесса Сигналы УСТРОЙСТВА Файлы блочных устройств Файлы символьных устройств Мнемоника названий файлов устройств в файловой системе UNIX ПОЛЬЗОВАТЕЛИ СИСТЕМЫ Атрибуты пользователя Пароли Стандартные пользователи и группы ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКАЯ СРЕДА UNIX Командный интерпретатор shell Синтаксис языка Bourne shell Общий синтаксис скрипта Переменные Встроенные переменные Перенаправление Команды, функции и программы Подстановки, выполняемые командным интерпретатором www.books-shop.com СОДЕРЖАНИЕ Запуск команд Условные выражения Команда test Циклы Селекторы Ввод Система управления заданиями Основные утилиты UNIX Утилиты для работы с файлами Утилиты для управления процессами Об администрировании UNIX Ситуация 1. Нехватка дискового пространства Ситуация 2. Избыточная загрузка процессора Ситуация 3. Регистрация новых пользователей Ситуация 4. Авария загрузочного диска Ситуация 5. Слабая производительность сети Ситуация 6. "Глупые" вопросы пользователей Ситуация 7. Установка новой версии операционной системы Ситуация 8. Пользователям необходима электронная телефонная книга ЗАКЛЮЧЕНИЕ ГЛАВА 2. СРЕДА ПРОГРАММИРОВАНИЯ UNIX ПРОГРАММНЫЙ ИНТЕРФЕЙС UNIX Системные вызовы и функции стандартных библиотек Обработка ошибок СОЗДАНИЕ ПРОГРАММЫ Исходный текст Заголовки Компиляция Форматы исполняемых файлов Формат ELF COFF ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ В ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ UNIX Запуск Завершение С программы РАБОТА с ФАЙЛАМИ Основные системные функции для работы с файлами Функция ореп(2) Функция creat(2) Функция close(2) Функции dup2(2) Функция lseek(2) Функция read(2) и readv(2) Функции write(2) и writev(2) www.books-shop.com Функция pipe(2) Функция fcntl(2) Стандартная библиотека Связи Файлы, отображаемые в памяти Владение файлами Права доступа Перемещение по файловой системе Метаданные файла ПРОЦЕССЫ Идентификаторы процесса Выделение памяти Создание и управление процессами Сигналы Надежные сигналы Группы и сеансы Текущие и фоновые группы процессов Ограничения ПРИМЕРЫ ПРОГРАММ Демон Командный интерпретатор ЗАКЛЮЧЕНИЕ ГЛАВА 3. ПОДСИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ Структуры данных процесса Состояния процесса ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАМЯТЬЮ Виртуальная и физическая память Сегменты Страничный механизм Адресное пространство процесса УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ ПРОЦЕССА Области Замещение страниц ПЛАНИРОВАНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЦЕССОВ Обработка прерываний таймера Отложенные вызовы Контекст процесса Принципы планирования процессов СОЗДАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАПУСК новой ПРОГРАММЫ ВЫПОЛНЕНИЕ в РЕЖИМЕ ЯДРА СОН И ПРОБУЖДЕНИЕ www.books-shop.com ЗАВЕРШЕНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЦЕССА СИГНАЛЫ Группы и сеансы Управление сигналами Отправление Доставка и обработка сигнала ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ПРОЦЕССАМИ Каналы FIFO Идентификаторы и имена в IPC Сообщения Семафоры Разделяемая память Межпроцессное взаимодействие в BSD Программный интерфейс сокетов Пример использования сокетов Сравнение различных систем межпроцессного взаимодействия ЗАКЛЮЧЕНИЕ ГЛАВА 4. ФАЙЛОВАЯ ПОДСИСТЕМА БАЗОВАЯ ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА SYSTEM V Суперблок Индексные дескрипторы Имена файлов Недостатки и ограничения ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА BSD UNIX Каталоги АРХИТЕКТУРА ВИРТУАЛЬНОЙ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ Виртуальные индексные дескрипторы Монтирование файловой системы Трансляция имен ДОСТУП К ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЕ Файловые дескрипторы Файловая таблица Блокирование доступа к файлу БУФЕРНЫЙ кэш Внутренняя структура буферного кэша Операции Кэширование в SVR4 ЦЕЛОСТНОСТЬ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ГЛАВА 5. ПОДСИСТЕМА ДРАЙВЕРЫ УСТРОЙСТВ www.books-shop.com Типы драйверов Базовая архитектура драйверов Файловый Клоны Встраивание драйверов в ядро БЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА СИМВОЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА Интерфейс доступа низкого уровня Буферизация АРХИТЕКТУРА ТЕРМИНАЛЬНОГО ДОСТУПА Псевдотерминалы ПОДСИСТЕМА STREAMS Архитектура STREAMS Модули Сообщения Типы сообщений Передача данных Управление передачей данных Драйвер Головной модуль Доступ к потоку Создание потока Управление потоком Мультиплексирование ЗАКЛЮЧЕНИЕ ГЛАВА 6. ПОДДЕРЖКА СЕТИ В ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ UNIX СЕМЕЙСТВО ПРОТОКОЛОВ TCP/IP Краткая история TCP/IP Архитектура TCP/IP Общая модель сетевого взаимодействия OSI ПРОТОКОЛ IP Адресация ПРОТОКОЛЫ ТРАНСПОРТНОГО УРОВНЯ User Datagram Protocol (UDP) Transmisson Control Protocol (TCP) Состояния TCP сеанса Передача данных Стратегии реализации TCP Синдром "глупого окна" Медленный старт Устранение затора Повторная передача ПРОГРАММНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ Программный интерфейс сокетов www.books-shop.com Программный интерфейс TLI Программный интерфейс высокого уровня.

Удаленный вызов процедур Передача параметров Связывание (binding) Обработка особых ситуаций (exception) Семантика вызова Представление данных Сеть Как это работает? client.c ПОДДЕРЖКА СЕТИ В BSD UNIX Структуры данных Маршрутизация Реализация TCP/IP Модуль IP Модуль UDP Модуль TCP ПОДДЕРЖКА UNIX SYSTEM V Взаимодействие с прикладными процессами Интерфейс DLPI Доступ к среде передачи Протокол LLC Инкапсуляция IP Внутренняя архитектура Примитивы DLPI ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЕ А. ЭЛЕКТРОННЫЙ СПРАВОЧНИК ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ОБ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ UNIX КНИГИ ИНФОРМАЦИЯ в INTERNET ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ piracy@books-shop.com Выражение признательности Работая над я много раз продумывал содержание этого приятного раз дела, каждый раз добавляя в него новые и новые имена людей, без помощи которых эта книга вряд ли увидела бы свет.

В первую очередь это заслуга директора издательства Вадима Сергеева и моего коллеги, сотрудника Вузтелекомцентра и автора заме чательного справочника "Желтые страницы Internet. Русские ресурсы" Алексея Именно они убедили меня в том, что такая книга окажется полез ной и вдохновили взяться за перо.

Я благодарен руководителям Вузтелекомцентра Владимиру Васильеву и Сер гею Хоружникову за помощь и внимание к работе над книгой. Их поддержка и терпимое отношение к выполнению моих основных обязанностей директора по развитию Вузтелекомцентра позволили выполнить эту работу.

Без помощи Кирилла Щукина книге грозила опасность увидеть свет без иллю страций, что вряд ли сделало бы ее более ясной. Его терпение и профессиона лизм позволили превратить туманные наброски в полноценные схемы, от которых книга значительно выиграла.

Я неоднократно обращался за советом к экспертам по UNIX и прежде всего к моему коллеге Константину Федорову. Его ценные замечания и рекомендации помогли мне довести книгу до ее настоящего вида.

Я также хотел бы выразить признательность специалистам фирмы OLLY, и в особенности ее техническому директору Виталию Кузьмичеву, чьи советы и консультации благотворно повлияли на содержание этой книги.

Я хотел бы выразить глубокую признательность рецензентам этой кни ги — зав. кафедрой "Вычислительная техника" Санкт Петербургского государ ственного электротехнического университета д. т. н. профессору Д. В. Пузан кову и зав. кафедрой "Информационные и управляющие системы" Санкт Петербургского государственного Технического университета д. т. н. профес сору И. Г. Черноруцкому за полезные замечания.

Я хотел бы также поблагодарить зав. редакции издательства тербург" Елизавету Кароник, которая первой ознакомилась с рукописью и вы несла положительный вердикт, за кредит доверия и координацию работ по созданию книги. Я хочу выразить благодарность Татьяне Темкиной за ее вели колепную работу по редактированию книги. Случалось, что отдельные стра ницы рукописи содержали меньше основного материала, чем редакторской правки, с которой я, как правило, всегда соглашался.

Я не могу не выразить признательность моим коллегам по работе Владимиру Парфенову, Юрию Гугелю, Юрию Кирчину, Нине дружеская под держка которых была так кстати.

И, конечно, я хотел бы поблагодарить моих жену и дочь за их терпение и веру в успешное завершение этой работы. Я также должен извиниться перед ними за то, что этот труд отнял у меня значительную часть времени, по праву принадле жащего им.

Автор www.books-shop.com Посвящается моим близким О книге "Операционная система Назначение книги Данная книга не является заменой справочников и различных руководств по опера ционной системе UNIX. Более того, сведения, представленные в книге, подчас труд но найти в документации, поставляемой с операционной системой. Эти издания на сыщены практическими рекомендациями, скрупулезным описанием настроек тех или иных подсистем, форматов вызова команд и т. п. При этом за кадром часто ос таются такие вопросы, как внутренняя архитектура отдельных компонентов системы, их взаимодействие и принципы работы. Без знания этой "анатомии" работа в опера ционной системе превращается в использование заученных команд, а неизбежные ошибки приводят к необъяснимым последствиям. С другой стороны, в данной книге вопросам администрирования UNIX, настройке конкретных подсистем и используе мым командам уделено значительно меньше внимания. Цель данной книги заключа ется в изложении основ организации операционной системы UNIX. Следует иметь в виду, что именем UNIX обозначается значительное семейство операционных сис тем, каждая из которых имеет свое название и присущие только ей особенности. В этой книге сделана попытка выделить то общее, что составляет "генотип" UNIX, a именно: базовый пользовательский и программный интерфейсы, назначение основ ных компонентов, их архитектуру и взаимодействие, и на основе этого представить систему в целом. В то же время там, где это имеет значение, приводятся ссылки на конкретную версию UNIX. Для иллюстрации отдельных положений использовались следующие операционные системы: Solaris 2.5 фирмы Sun Microsystems, SCO ODT 5.0 фирмы Santa Cruz Operation, BSDi/386 фирмы Berkeley Software Design.

Рождению этой книги предшествовал более чем трехлетний опыт чтения лекций по системе UNIX студентам третьего курса Санкт Петербургского института точной механики и оптики (технического университета), а также вводного курса для пользо вателей и администраторов UNIX в различных организациях. Большая часть мате риала этих курсов нашла свое отражение в книге.

Книга может оказаться полезной при подготовке ряда лекционных программ по опе рационной системе UNIX и основам организации операционных систем в целом.

Материал главы 1 является хорошей основой для вводного курса по UNIX. В нем представлены основные понятия и организация операционной системы в целом. В этой же главе приведены основные сведения о пользовательском интерфейсе и языке программирования командного интерпретатора shell.

Материал главы 2 может быть использован в курсах по программированию. Подроб ное обсуждение основных системных вызовов и библиотечных функций дает доста точно полное представление о программном интерфейсе этой операционной систе мы. Приведенные примеры иллюстрируют обсуждаемые вопросы и могут найти свое отражение в лабораторном практикуме.

Главы содержат более детальное обсуждение отдельных компонентов UNIX:

файловой подсистемы, подсистемы управления процессами и памятью, подсистемы ввода/вывода. Эти сведения подойдут как для углубленного курса по UNIX, так и для курса по принципам организации операционных систем. Отдельные части главы могут быть также включены в курс по компьютерным сетям.

Книга может использоваться и в качестве учебного пособия для студентов старших курсов по специальностям "Информатика и вычислительная техника", "Прикладная www.books-shop.com О книге "Операционная система математика и информатика" (при подготовке бакалавров) и по специальности "Вычислительные машины, комплексы системы и сети" (при подготовке инженеров) она может быть полезной при подготовке магистров и аспирантов, а также всем сту дентам, специализирующимся в области компьютерных технологий.

Книга также является хорошим подспорьем для системных программистов и админи страторов UNIX. Надеюсь, что более пристальный взгляд на внутреннюю организацию системы поможет им эффективнее решать поставленные задачи и откроет новые гори зонты для экспериментов.

Наконец, книга может оказаться интересной для широкого круга пользователей, же лающих побольше узнать об этой операционной системе.

На кого рассчитана эта книга?

Бессмысленно разбираться в операционной системе, не работая с ней. Прежде всего, знание операционной системы, ее организации и структуры необходимо администра тору, т.е. человеку, отвечающему за ее сопровождение и настройку. Задачи администра тора многочисленны — от регистрации пользователей до конфигурации сети, от созда ния резервных копий системы до настройки производительности. Без понимания принципиального устройства операционной системы решение всех этих задач превра щается в заучивание команд и пунктов меню, а нештатные ситуации вызывают панику.

Знание операционной системы нужно разработчику программного обеспечения. От того, насколько эффективно используются ресурсы операционной системы, зависит быстродействие вашей программы. Не понимая принципов работы, легко запутаться в тонкостях системных вызовов и библиотечных функций. Если же вы работаете с ядром системы — например, разрабатываете драйвер устройства, — без знания сис темы вы не продвинетесь ни на шаг.

Наконец, если вы просто пользователь, то знание операционной системы ограничи вается теми задачами, которые вам необходимо решать в процессе работы. Скорее всего, это несколько команд, а если вы работаете с графической оболочкой, то и этого вам не понадобится. Но так ли приятно работать с черным ящиком?

Принятые обозначения Системные вызовы, библиотечные функции, команды shell выделены в тексте курси вом, например open(2), cat(l) или В скобках указывается раздел электронного справочника (описание справочника приведено в приложении А).

Структуры данных, переменные и внутренние функции подсистем ядра, исходные тексты программ и примеры работы в командной строке напечатаны шрифтом фик сированной ширины. Например, d_open sleep или пример программы:

int { exit () } В примерах работы в командной строке ввод пользователя выделен полужирным шрифтом фиксированной ширины, например:

$ Enter old password:

Имена файлов выделены полужирным начертанием, например /etc/passwd или .

Клавиши клавиатуры показаны курсивом и заключены в угловые скобки, например или + (в последнем случае показана комбинация клавиш).

www.books-shop.com Скоро исполнится 30 лет с момента создания операционной системы UNIX. Изначально созданная для компьютера PDP 7 с 4 килобайтами оперативной памяти, сегодня UNIX на множестве аппаратных платформ, начиная с обыкновенного PC и заканчивая мощными много процессорными системами и суперкомпьютерами.

Система UNIX была создана небольшой группой разработчиков, тысячи людей вложили в нее свой талант, десятки тысяч обогатили приложения ми, и сегодня сотни тысяч людей используют эту операционную систему в своей деятельности.

За время своего существования система UNIX претерпела значительные изменения, стала мощней, сложней и удобней. Однако основные идеи со хранились, удивляя нас своим изяществом и простотой. Именно они оп ределяют "генотип" операционной системы, позволяя увидеть за красивы ми названиями различных версий лаконичное слово UNIX. Именно изя щество и простота этих идей являются основой жизненной силы UNIX, ее способности всегда идти в ногу со временем.

История создания В 1965 году Bell Telephone Laboratories (подразделение AT&T) совместно с General Electric Company и институтом технологии (MIT) начали разрабатывать новую операционную систему, названную MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service). Перед участниками про екта стояла цель создания многозадачной операционной системы разделе ния времени, способной обеспечить одновременную работу нескольких сотен пользователей. От Bell Labs в проекте приняли участие два сотруд ника — Кен Томпсон (Ken Tompson) и Дэннис Ритчи (Dennis Ritchie). Хо тя система MULTICS так и не была завершена (в 1969 году Bell Labs вы шла из проекта), она стала предтечей операционной системы, впоследст вии получившей название UNIX.

Однако Томпсон, Ритчи и ряд других сотрудников продолжили работу над созданием удобной среды программирования. Используя идеи и разработ www.books-shop.com 4 Введение ки, появившиеся в результате работы над MULTICS, они создали в небольшую операционную систему, включавшую файловую систему, подсистему управления процессами и небольшой набор утилит. Система была написана на ассемблере и применялась на компьютере PDP 7. Эта операционная система получила название UNIX, созвучное MULTICS и придуманное другим членом группы разработчиков, Брайаном Кернига ном (Brian Kernighan).

Хотя ранняя версия UNIX много обещала, она не смогла бы реализовать весь свой потенциал без применения в каком либо реальном проекте.

И такой проект нашелся. Когда в 1971 году патентному отделу Bell Labs понадобилась система обработки текста, в качестве операционной системы была выбрана UNIX. К тому времени система UNIX была перенесена на более мощный PDP 11, да и сама немного подросла: 16К занимала собст венно система, 8К отводились прикладным программам, максимальный размер файла был установлен равным 64К при дискового простран ства.

Вскоре после создания первых ассемблерных версий Томпсон начал рабо тать над компилятором для языка FORTRAN, а в результате разработал язык В. Это был интерпретатор со всеми свойственными интерпретатору ограничениями, и Ритчи переработал его в другой язык, названный С, по зволявший генерировать машинный код. В 1973 году ядро операционной системы было переписано на языке высокого уровня С, — неслыханный до этого шаг, оказавший громадное влияние на популярность UNIX. Это означало, что теперь система UNIX может быть перенесена на другие ап паратные платформы за считанные месяцы, кроме того, значительная мо дернизация системы и внесение изменений не представляли особых труд ностей. Число работающих систем в Bell Labs превысило 25, и для сопро вождения UNIX была сформирована группа UNIX System Group (USG).

Исследовательские версии UNIX В соответствии с федеральным законодательством AT&T не имела права коммерческого распространения UNIX и использовала ее для собственных нужд, но начиная с 1974 года операционная система стала передаваться университетам для образовательных целей.

Операционная система модернизировалась, каждая новая версия снабжа лась соответствующей редакцией Руководства Программиста, откуда и са ми версии системы получили название редакций (Edition). Всего было вы пущено 10 версий редакций, первая из которых вышла в 1971, а послед няя — в 1989 году. Первые семь редакций были разработаны в Bell Labs Официальной датой рождения UNIX можно считать 1 января 1970 года. Именно с этого момента любая система UNIX отсчитывает свое системное время.

www.books-shop.com создания Группой компьютерных исследований (Computer Research Group, CRG) и предназначались для компьютеров PDP 11, позже — для VAX. Другая группа, UNIX System Group, отвечала за сопровождение системы. Третья группа (Programmer's PWB) занималась разработкой среды программирования, ей мы обязаны появлением системы SCCS, именован ных каналов и других важных идей. Вскоре после выпуска Седьмой редак ции разработкой системы стала заниматься USG.

Наиболее важные версии:

Первая версия UNIX, написанная на ассемблере Первая редакция для PDP 11. Включала компилятор В и много известных команд и утилит, в том числе cat(1), mail(1), mount(1M), rmdir(1), wc(1), В основном использова лась как инструментальное средство обработки текстов для патентного отдела.

Третья редакция 1973 В системе появилась команда сс(1), запускав шая компилятор С. Число установленных систем достигло Четвертая редакция 1973 Первая система, в которой ядро написано на языке высокого уровня С.

Шестая редакция Первая версия системы, доступная за предела ми Bell Labs. Система полностью переписана на языке С. С этого времени начинается появление новых версий, разработанных за пределами Bell Labs, и рост популярности UNIX. В частности, эта версия системы была установлена Томпсо ном в Калифорнийском университете в Беркли, и на ее основе вскоре была выпущена первая версия BSD (Berkeley Software Distribution) UNIX.

Седьмая редакция 1979 Эта версия включала командный интерпретатор Bourne Shell и компилятор С от Кернигана и Ритчи. Ядро было переписано для упрощения переносимости системы на другие платформы.

Лицензия на эту версию была куплена фирмой Microsoft, которая разработала на ее базе опе рационную систему XENIX.

Популярность UNIX росла, и к 1977 году число работающих систем уже превысило 500. В 1977 году компания Interactive Systems Corporation стала первым VAR (Value Added Reseller) системы UNIX, расширив ее для ис пользования в системах автоматизации. Этот же год стал годом первого портирования UNIX с незначительными изменениями на компьютер, от личный от PDP.

www.books-shop.com Введение Генеалогия UNIX Хотя книге речь пойдет о системах с общим названием UNIX, стоит ого вориться, что обсуждать мы будем различные операционные системы. Не существует некоторой "стандартной" системы UNIX, вместо этого вы столкнетесь с множеством операционных систем, имеющих собственные названия и особенности. Но за этими особенностями и названиями все же нетрудно заметить архитектуру, пользовательский интерфейс и среду про граммирования UNIX. Объясняется это достаточно просто — все эти опе рационные системы являются ближними или дальними родственниками.

Поэтому знакомство с ними мы начнем с рассказа о генеалогии UNIX.

System V UNIX Начиная с 1975 года фирма AT&T начала предоставлять лицензии на ис пользование операционной системы как научно образовательным учреж дениям, так и коммерческим организациям. Поскольку основная часть системы поставлялась в исходных текстах, написанных на языке С, опыт ным программистам не требовалось детальной документации, чтобы разо браться в архитектуре UNIX. С ростом популярности микропроцессоров другие компании переносили UNIX на различные платформы, но простота и ясность операционной системы искушали многих на ее расширение и модификацию, в результате чего появилось много различных вариантов базовой системы.

Не желая терять инициативу, AT&T в 1982 объединила несколько сущест вующих версий UNIX и создала версию под названием System III. В отли чие от редакций, предназначавшихся, в первую очередь, для внутреннего использования и не получивших дальнейшего развития, System III была создана для распространения за пределами Bell Labs и AT&T и положила начало мощной ветви UNIX, которая и сегодня жива и развивается.

В 1983 году Bell Labs выпустила новую версию системы — System V. В году группа USG была трансформирована в лабораторию (UNIX System Development Laboratory, которая вскоре выпустила новую моди фикацию системы — System V Release 2 (SVR2). В этой версии были реа лизованы такие механизмы управления памятью, как замещение страниц и копирование при записи (copy on write), и представлена система межпро цессного взаимодействия (InterProcess Communication, IPC) с разделяемой памятью, очередью сообщений и семафорами.

В 1987 году появилась следующая версия — System V Release 3 (SVR3). За ее разработку отвечало новое подразделение AT&T — Информационные системы AT&T (AT&T Information Systems, Эта версия отличалась большим набором дополнительных возможностей, включавших:

О Подсистему ввода/вывода, основанную на архитектуре STREAMS.

Переключатель файловой системы (File System Switch), обеспечи вавший одновременную поддержку различных файловых систем.

www.books-shop.com Генеалогия UNIX Разделяемые библиотеки.

Программный интерфейс сетевых приложений Transport Layer Interface (ТЫ).

System V Release 4 (SVR4) В 1989 году была выпущена новая основная версия — System V Release 4.

По существу она объединила возможности нескольких известных версий UNIX: SunOS фирмы Sun Microsystems, BSD UNIX компании Berkeley Software Distribution и предыдущих версий System V.

Новые черты системы включали:

Командные интерпретаторы и С (BSD) П Символические ссылки П Систему терминального ввода/вывода, основанную на STREAMS (System V) П Отображаемые в память файлы (SunOS) П Сетевую файловую систему NFS и систему вызова удаленной про цедуры (SunOS) О Быструю файловую систему FFS (BSD) Сетевой программный интерфейс сокетов (BSD) П Поддержку диспетчеризации реального времени Многие компоненты системы были поддержаны стандартами ANSI, POSIX, и SVID.

UNIX компании Berkeley Software Distribution Четвертая редакция UNIX была установлена в Калифорнийском универси тете в Беркли в 1974 году. С этого момента начинает свою ветвь UNIX, известная под названием BSD UNIX. Первая версия этой системы основывалась на Шестой редакции и была выпущена в 1978 году. В году на базе Седьмой редакции была разработана новая версия UNIX — 3BSD. Она явилась первой версией BSD, перенесенной на ЭВМ VAX.

В этой системе, в частности, были реализованы виртуальная память (virtual memory) и страничное замещение по требованию (demand paging).

Важным для развития системы явился 1980 год, когда фирма Bolt, Beranek and Newman (BBN) подписала контракт с Отделом перспективных иссле довательских проектов (DARPA) Министерства обороны США на разра ботку поддержки семейства протоколов TCP/IP в BSD UNIX. Эта работа была закончена в конце 1981 года, а ее результаты интегрированы в 4.2BSD UNIX.

www.books-shop.com Версия 4.2BSD была выпущена в середине 1983 года и включала поддерж ку работы в сетях, в частности, в сетях Ethernet. Это способствовало ши рокому распространению локальных сетей, основанных на этой техноло гии. Система также позволяла подключиться к сети ARPANET, быстрый рост которой наблюдается с начала 80 х. Разумеется, такая опе рационная система не могла не пользоваться большой популярностью.

К тому же, в отличие от положения в AT&T, где сетевые разработки обычно не выходили за пределы компании, результаты, полученные в Беркли, были широко доступны. Поэтому стала наиболее попу лярной системой в исследовательских кругах.

Однако большое количество нововведений привело к тому, что система получилась сырой, содержала ряд ошибок и имела определенные пробле мы с быстродействием. В 1986 году была выпущена следующая версия — 4.3BSD, более надежная и с лучшей производительностью. В период с по 1990 год в систему было внесено много дополнений, включая сетевую файловую систему NFS, виртуальную файловую систему VFS, отладчик ядра и мощную поддержку сети.

Последними версиями, выпущенными в Беркли, стали системы 4.4BSD и BSD Lite, появившиеся в 1993 году.

OSF/ В 1988 году AT&T и Sun Microsystems заключили соглашение о сотрудни честве в области разработки будущих версий System V. В ответ на это ряд компаний, производящих компьютеры или имеющих отношение к вычис лительной технике, включая IBM, DEC, Hewlett Packard, создали органи зацию под названием Open Software Foundation (OSF), целью которой яв лялась разработка независимой от AT&T версии операционной системы.

Результатом деятельности этой организации стала операционная система OSF/1. Хотя ряд коммерческих операционных систем связывают себя с этой ветвью, нельзя сказать, что OSF/1 явилась новым словом в мире UNIX. Скорее, это был политический шаг, призванный снизить домини рующую роль ряда фирм, занимавшихся разработкой UNIX System V.

Версии UNIX, использующие микроядро Идея микроядра заключается в сведении к минимуму функций, выпол няемых ядром операционной системы, и, соответственно, предоставляе мых базовых услуг. При этом основные компоненты операционной систе мы являются модулями, работающими на базе микроядра. С одной сторо ны, такой подход делает микроядро более универсальным, позволяя кон струировать специализированные операционные системы, а с другой, — упрощает настройку и конфигурирование.

www.books-shop.com Основные Наиболее известны следующие версии микроядра:

Микроядро Mach, разработанное в университете Карнеги Меллона.

Сегодня Mach используется в системе фирмы DEC для серве ров с процессорами Alpha, а также в операционной системе Workplace фирмы IBM.

Микроядро Chorus. На базе этого микроядра созданы системы Chorus/MiX V.3 и Chorus/MiX V.4, являющиеся SVR3 и SVR4. При этом ядро UNIX разделено на множество серве ров, выполняющихся под управлением микроядра, причем эти сер веры могут находиться как на одном компьютере, так и быть распре делены в сети.

Свободно распространяемая система UNIX Достаточно дешевый PC и свободно распространяемая система UNIX де лают эту систему сегодня доступной практически каждому.

Очень популярная версия UNIX для PC, называемая была разрабо тана Энди Тэненбаумом (Andy Tanenbaum) как приложение к его книге по архитектуре UNIX. Книга Тэненбаума содержит полные листинги исход ных текстов системы. Дополнительный набор дискет позволяет установить Minix даже на PC с процессором 8086 (если найдется такой компьютер).

В последнее время все большую популярность приобретает свободно рас пространяемая версия UNIX под названием Linux, разработанная исследо вателем университета Хельсинки Линусом (Linus Разработанная "с нуля" для процессора Intel i386, сегодня она перенесена на ряд других аппаратных платформ, включая серверы Alpha фирмы DEC.

Основные стандарты UNIX явилась первой действительно переносимой системой, и в этом од на из причин ее успеха.

Как в ранние, бесплатно распространяемые, исследовательские версии, так и в сегодняшние коммерческие и свободно распространяемые версии UNIX постоянно вносятся изменения. С одной стороны, это расширяет возможности системы, делает ее мощнее и надежнее, с другой — ведет к значительным различиям между существующими версиями, отсутствию канонического UNIX.

Чем больше появлялось версий UNIX (и особенно коммерческих), тем очевиднее становилась необходимость стандартизации системы. Наличие стандартов облегчает переносимость приложений и защищает как пользо вателей, так и производителей. В результате возникло несколько органи piracy@books-shop.com заций, связанных со стандартизацией, и был разработан ряд стандартов, оказывающих влияние на развитие UNIX.

IEEE и POSIX В 1980 году была создана инициативная группа под названием с целью стандартизации программного интерфейса UNIX, т. е. формального определения услуг, предоставляемых операционной системой приложени ям. Решение этой задачи упростило бы переносимость приложений между различными версиями UNIX. Такой стандарт был создан в 1984 году и ис пользовался комитетом ANSI, отвечающим за стандартизацию языка С, при описании библиотек. Однако с ростом числа версий операционной системы эффективность стандарта уменьшилась, и через год, в 1985 году, был создан Portable Operating System Interface for Computing Environment, сокращенно POSIX (переносимый интерфейс операционной системы для вычислительной среды).

В 1988 году группой был разработан стандарт POSIX 1003.1 1988, который определил программный интерфейс приложений (Application Programming Interface, API). Этот стандарт нашел широкое применение во многих опе рационных системах, в том числе и с отличной от UNIX.

Спустя два года стандарт был принят как стандарт ШЕЕ 1003.1 1990. Заме тим, что поскольку этот стандарт определяет интерфейс, а не конкретную реализацию, он не делает различия между системными вызовами и биб лиотечными функциями, называя все элементы программного интерфейса просто функциями.

Другими наиболее значительными стандартами POSIX, относящимися к UNIX, являются:

POSIX 1003.2 1992 Включает определение командного интерпретатора UNIX и набора утилит POSIX Содержит дополнения, относящиеся к поддержке приложе ний реального времени POSIX Включает определения "нитей" (threads) POSIX, известных также как pthreads В 1984 году ряд европейских компьютерных компаний сформировал не коммерческую организацию, получившую название Название полностью отражает цель этой организации — разработку общего набора интерфейсов операционной системы, согласованного между различными производителями, и создание действительно открытых систем, для кото рых стоимость переносимости приложений как между различными вер www.books-shop.com Основные сиями одной операционной системы, так и между системами различных производителей была бы минимальной.

Основной задачей организации Х/Open являлось согласование и утвер ждение стандартов для создания общего программного интерфейса и программной среды для приложений. В 1992 году появился документ, из вестный под названием Portability Guide версии 3 или ко торый включал POSIX 1003.1 1988 и стандарт на графическую систему X Window System, разработанную в институте технологии.

В дальнейшем интерфейсы XPG3 были расширены, включив базовые API систем BSD и System V (SVID), в том числе и архитектуру STREAMS.

В результате была выпущена спецификация, ранее известная как Spec а в 1994 году получившая название XPG4.2.

В 1996 году объединение усилий Х/Open и OSF привело к созданию кон сорциума The Open Group, продолжившего разработки в области открытых систем. В качестве примера можно привести такие направления, как даль нейшая разработка пользовательского интерфейса, Common Desktop Environment (CDE), и его сопряжение со спецификацией графической оболочки Motif. Другим примером является разработка стандартных ин терфейсов для распределенной вычислительной среды Distributed Computing Environment (DCE), работа над которой была начата OSF.

SVID Вскоре после выхода в свет в 1984 году версии группа USG выпус тила документ под названием System V Interface Definition, SVID, в кото ром описывались внешние интерфейсы UNIX версий System V. По суще ству, этот труд (в двух томах) определял соответствие операционной сис темы версии System V.

В дополнение к SVID был выпущен т. н. System V Verification Suite, — набор тестовых программ, позволяющих производителям получить ответ, достойна ли их система права носить имя System V.

С появлением SVR4 было выпущено новое издание SVID (уже в четырех томах) и, соответственно, новый SWS.

ANSI В конце 1989 года Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute, ANSI) был утвержден стандарт языка программирования С. Целью стандарта являлось улучшение переносимости программ, написанных на языке С, в различные операционные системы (не только UNIX). Стандарт определяет не только синтаксис и семантику языка, но и содержимое стандартной библиотеки.

www.books-shop.com Некоторые известные версии UNIX Сегодня существуют десятки различных операционных систем, которые можно называть UNIX. В основном, это коммерческие версии, в которых создатели пытались как можно эффективнее решить вопросы реализации той или иной подсистемы. Во многих случаях, производитель операцион ной системы является и производителем аппаратной платформы, для ко торой эта система предназначена. В качестве примеров можно привести операционные системы SunOS и Solaris фирмы Sun Microsystems, HP UX фирмы Hewlett Packard, AIX фирмы IBM, IRIX фирмы Silicon Graphics.

Вполне естественно, что производитель хочет сделать операционную сис тему привлекательнее, чем у конкурентов, и не только за счет лучшей производительности, но и за счет расширений и дополнительных возмож ностей, отсутствующих у других. С другой стороны, производитель желает, чтобы его операционная система оставалась открытой: сегодня закрытые корпоративные решения отпугивают потребителя. Понятно, что в такой ситуации единства и борьбы противоположностей вряд ли найдется систе ма, которую можно назвать "чистой системой UNIX". Да и такое понятие сегодня вряд ли существует. По мнению некоторых разработчиков послед ней "чистой системой UNIX" являлась Седьмая редакция, сегодня же можно говорить только о наличии в операционной системе черт той или иной ветви — System V, BSD или OSF/1. Можно, например, сказать, что с точки зрения администрирования и набора утилит Digital UNIX представ ляет смесь System V и BSD UNIX, но с точки зрения интерфейсов и орга низации системы — это BSD.

Поэтому определение принадлежности конкретной операционной системы к той или иной генеалогической ветви носит весьма условный характер. С этой оговоркой в табл. 1 приведены несколько индикаторов (с точки зре ния пользователя и администратора) принадлежности UNIX одной из двух основных ветвей.

Таблица К какой генеалогической ветви принадлежит ваша система?

Типично для xBSD Типично для SVRx Индикатор Имя ядра /vmunix Терминальная ини циализация файлы Файлы инициализа каталоги /etc/rc*.d ции системы Конфигурация мон тируемых файловых систем Обычный командный sh(1), csh(1) интерпретатор www.books-shop.com Некоторые известные версии UNIX Таблица 1 (продолжение) Индикатор Типично для SVRx Типично для байт), UFS (размер блока:

"Родная" файловая S5 (размер блока:

система имена файлов < 255 символов имена файлов символов Система печати lp(1), lpq(1), daemon) Управление терми налами ps aux Отображение ак тивности процессов Ниже приведены краткие характеристики наиболее популярных версий UNIX.

AIX Версия UNIX фирмы IBM на базе SVR2 со многими чертами BSD и OSF/1. Собственная система администрации (SMIT).

HP UX Версия UNIX фирмы Hewlett Packard. В 1996 году компания выпустила но вые версии — HP UX 10.10 и HP UX 10.20, включающие поддержку сим метричных многопроцессорных систем файловых систем большого размера (до 128 Гбайт) и расширение виртуального адресного пространства прикладных процессов до 3,75 Гбайт. В середине 1997 года планируется вы пустить полностью 64 разрядную версию операционной системы.

IRIX Версия UNIX фирмы Silicon Graphics, предназначенная для аппаратной платформы этого производителя (MIPS). Ранние версии системы включа ли много черт BSD UNIX, однако современную систему IRIX (6.x) скорее можно отнести к ветви System V Release 4. Полностью 64 разрядная опе рационная система.

Digital UNIX Версия системы OSF/1 фирмы Digital Equipment Corporation (DEC).

В прошлом система называлась DEC OSF/1 и по сути являлась BSD UNIX.

В то же время в ней есть много черт ветви System V. Полностью 64 раз рядная операционная система, разработанная в первую очередь для аппа ратной платформы Alpha, содержит все возможности, присущие современ ным UNIX, — DCE, CDE, современную файловую систему. Поддерживает большинство сетевых интерфейсов, включая Fast Ethernet и ATM.

SCO UNIX В 1988 году компании Santa Cruz Operation (SCO), Microsoft и Interactive Systems завершили совместную разработку версии System V Release 3.2 для www.books-shop.com платформы Intel 386. В том же году SCO получила от AT&T лицензию на торговую марку и операционная система стала называться SCO UNIX System V/386. В 1995 году компания SCO выпустила версию системы под названием SCO Release 5 (кодовое название Everest) — UNIX версии со многими чертами SVR4. Новая версия системы поддер живает более 900 аппаратных платформ, включая мультипроцессорные вы числительные системы, и более 2000 периферийных устройств.

Solaris Версия UNIX SVR4 фирмы Sun Microsystems. Версия 2.5.1 содержит ком поненты ядра, использующие 64 разрядную аппаратную архитектуру. Под держивает распространенные аппаратные платформы, в том числе UltraSPARC, Intel 486, Pentium, Pentium Pro и PowerPC. В 1998 году пла нируется выпустить полностью 64 разрядную версию операционной сис темы.

Причины популярности UNIX Почти три десятилетия существования UNIX — очень большой срок для операционной системы. Смело можно сказать, что она полностью выдер жала проверку временем. На каждом этапе своего развития операционная система UNIX решала определенные задачи, и сегодня, несмотря на появ ление более простых и удобных, с точки зрения администрирования, сис тем, UNIX прочно занимает место среди лидеров. Самое удивительное, что во многих случаях речь при этом идет не о конкретной версии, на пример Solaris или SCO, а именно о системе UNIX как таковой.

Перечислим основные черты UNIX, позволяющие понять причины дол гожительства этой системы:

1. Код системы написан на языке высокого уровня С, что сделало ее простой для понимания, изменений и переноса на другие платформы.

По оценкам одного из создателей UNIX, Дэнниса Ритчи, система на языке С имела на больший размер, а производительность ее была на 20% ниже аналогичной системы, написанной на ассемблере.

Однако ясность и переносимость, а в результате — и открытость сис темы сыграли решающую роль в ее популярности. Можно смело ска зать, что UNIX является одной из наиболее открытых систем. Несмот ря на то, что большинство UNIX поставляется сегодня не в исходных текстах, а в виде бинарных файлов, система остается легко расширяе мой и настраиваемой.

2. UNIX — многозадачная многопользовательская система с широким спектром услуг. Один мощный сервер может обслуживать запросы большого количества пользователей. При этом необходимо админист рирование только одной системы. Ваша система может выполнять раз www.books-shop.com Общий на архитектуру UNIX личные функции — работать как вычислительный сервер, обслужи вающий сотни пользователей, как сервер базы данных, как сетевой сервер, поддерживающий важнейшие сервисы сети (telnet, ftp, элек тронную почту, службу имен DNS и т. д.), или даже как сетевой мар шрутизатор.

3. Наличие стандартов. Несмотря на многообразие версий UNIX, осно вой всего семейства являются принципиально одинаковая архитектура и ряд стандартных интерфейсов. Опытный администратор без боль шого труда сможет обслужить другую версию системы, для пользова телей переход на другую версию и вовсе может оказаться незаметным.

4. Простой, но мощный модульный пользовательский интерфейс. Имея в своем распоряжении набор утилит, каждая из которых решает узкую специализированную задачу, вы можете конструировать из них слож ные комплексы.

5. Использование единой, легко обслуживаемой иерархической файловой системы. Файловая система — это не только доступ к данным, храня щимся на диске. Через унифицированный интерфейс файловой систе мы осуществляется доступ к терминалам, принтерам, магнитным лен там, сети и даже к памяти.

6. Очень большое количество приложений, в том числе свободно распро страняемых, начиная от простейших текстовых редакторов и заканчи вая мощными управления базами данных.

Общий взгляд на архитектуру UNIX Самый общий взгляд позволяет увидеть двухуровневую модель системы так, как она представлена на рис. 1.

Рис. 1. Модель системы UNIX www.books-shop.com В центре находится ядро системы (kernel). Ядро непосредственно взаимо действует с аппаратной частью компьютера, изолируя прикладные про граммы от особенностей ее архитектуры. Ядро имеет набор услуг, предос тавляемых прикладным программам. К услугам ядра относятся операции ввода/вывода (открытия, чтения, записи и управления файлами), создания и управления процессами, их синхронизации и межпроцессного взаимо действия. Все приложения запрашивают услуги ядра посредством систем ных вызовов.

Второй уровень составляют приложения или задачи, как системные, опре деляющие функциональность системы, так и прикладные, обеспечиваю щие пользовательский интерфейс UNIX. Однако несмотря на внешнюю разнородность приложений, схемы их взаимодействия с ядром одинаковы.

Рассмотрим более внимательно отдельные компоненты ядра системы.

Ядро системы Ядро обеспечивает базовую функциональность операционной системы:

создает процессы и управляет ими, распределяет память и обеспечивает доступ к файлам и периферийным устройствам.

Взаимодействие прикладных задач с ядром происходит посредством стан дартного интерфейса системных вызовов. Интерфейс системных вызовов представляет собой набор услуг ядра и определяет формат запросов на ус луги. Процесс запрашивает услугу посредством системного вызова опреде ленной процедуры ядра, внешне похожего на обычный вызов библиотеч ной функции. Ядро от имени процесса выполняет запрос и возвращает процессу необходимые данные.

В приведенном примере программа открывает файл, считывает из него данные и закрывает этот файл. При этом операции открытия (open), чте ния (read) и закрытия (close) файла выполняются ядром по запросу задачи, read(2) и close(2) являются системными вызовами.

а функции main { int fd;

char /*Откроем файл — получим ссылку (файловый дескриптор) fd = 0_RDONLY) в буфер buf read(fd, buf, } www.books-shop.com Общий взгляд на архитектуру UNIX Структура ядра представлена на рис 2.

Пользовательский уровень Системный уровень Системный уровень Аппаратный уровень Рис. 2. Внутренняя струк тура ядра UNIX Ядро состоит из трех основных подсистем:

1. Файловая подсистема 2. Подсистема управления процессами и памятью Подсистема ввода/вывода Файловая подсистема Файловая подсистема обеспечивает унифицированный интерфейс доступа к данным, расположенным на дисковых накопителях, и к периферийным устройствам. Одни и те же функции ореп(2), read(2), могут исполь зоваться как при чтении или записи данных на диск, так и при выводе текста на принтер или терминал.

Файловая подсистема контролирует права доступа к файлу, выполняет операции размещения и удаления файла, а также выполняет запись/чтение данных файла. Поскольку большинство прикладных функций выполняется через интерфейс файловой системы (в том числе и доступ к периферий ным устройствам), права доступа к файлам определяют привилегии поль зователя в системе.

Файловая подсистема обеспечивает перенаправление запросов, адресован ных периферийным устройствам, соответствующим модулям подсистемы ввода/вывода.

www.books-shop.com Подсистема управления процессами Запущенная на выполнение программа порождает в системе один или более процессов (или задач). Подсистема управления процессами контролирует:

О Создание и удаление процессов Распределение системных ресурсов (памяти, вычислительных ресур сов) между процессами Синхронизацию процессов О Межпроцессное взаимодействие Очевидно, что в общем случае число активных процессов превышает чис ло процессоров компьютера, но в каждый конкретный момент времени на каждом процессоре может выполняться только один процесс. Операцион ная система управляет доступом процессов к вычислительным ресурсам, создавая ощущение одновременного выполнения нескольких задач.

Специальная задача ядра, называемая распорядителем или планировщиком процессов (scheduler), разрешает конфликты между процессами в конку ренции за системные ресурсы (процессор, память, устройства вво да/вывода). Планировщик запускает процесс на выполнение, следя за тем, чтобы процесс монопольно не захватил разделяемые системные ресурсы.

Процесс освобождает процессор, ожидая длительной операции вво да/вывода, или по прошествии кванта времени. В этом случае планиров щик выбирает следующий процесс с наивысшим приоритетом и запускает его на выполнение.

Модуль управления памятью обеспечивает размещение оперативной памяти для прикладных задач. Оперативная память является дорогостоящим ре сурсом, и, как правило, ее редко бывает "слишком много". В случае, если для всех процессов недостаточно памяти, ядро перемещает части процесса или нескольких процессов во вторичную память (как правило, в специ альную область жесткого диска), освобождая ресурсы для выполняющегося процесса. Все современные системы реализуют так называемую виртуаль ную память: процесс выполняется в собственном логическом адресном пространстве, которое может значительно превышать доступную физиче скую память. Управление виртуальной памятью процесса также входит в задачи модуля управления памятью.

Модуль межпроцессного взаимодействия отвечает за уведомление процессов о событиях с помощью сигналов и обеспечивает возможность передачи данных между различными процессами.

Подсистема ввода/вывода Подсистема ввода/вывода выполняет запросы файловой подсистемы и подсистемы управления процессами для доступа к периферийным устрой ствам (дискам, магнитным лентам, терминалам и т. д.). Она обеспечивает необходимую буферизацию данных и взаимодействует с драйверами уст ройств — специальными модулями ядра, непосредственно обслуживаю щими внешние устройства.

www.books-shop.com Работа в операционной системе UNIX Сегодня UNIX используется на самых разнообразных аппаратных платфор мах — от персональных рабочих станций до мощных серверов с тысячами пользователей. И прежде всего потому, что UNIX — это многозадачная многопользовательская система, обладающая широкими возможностями.

С точки зрения пользователя в операционной системе UNIX существуют два типа объектов: файлы и процессы. Все данные хранятся в виде файлов, доступ к периферийным устройствам осуществляется посредством чтения/записи в специальные файлы. Когда вы запускаете программу, ядро загружает соот ветствующий исполняемый файл, создает образ процесса и передает ему управление. Более того, во время выполнения процесс может считывать или записывать данные в файл. С другой стороны, вся функциональность опе рационной системы определяется выполнением соответствующих процессов.

Работа системы печати или обеспечения удаленного доступа зависит от того, выполняются ли те или иные процессы в В этой главе мы познакомимся с пользовательской средой операционной системы UNIX;

попробуем взглянуть на UNIX глазами обычного пользо вателя и администратора системы;

не вдаваясь во внутреннюю архитекту ру, обсудим, что такое файлы и файловая система, рассмотрим ее органи зацию и характеристики;

с этих же позиций рассмотрим процесс в UNIX, его роль, атрибуты и жизненный цикл.

Мы также постараемся ответить на вопрос, что представляет собой пользо ватель UNIX как с точки зрения самой системы, так и с точки зрения адми нистрирования;

изучим сеанс работы в операционной системе и подробно остановимся на командном интерпретаторе shell — базовой рабочей среде пользователя;

познакомимся с наиболее часто используемыми утилитами, неразрывно связанными с UNIX. В заключение постараемся сформулиро вать основные задачи администрирования этой операционной системы.

Конечно, возможность печати документа или работы в Internet зависят также от наличия принтера или сетевого правильности их настройки, работы соответствующих пользовательских и системных приложений, умении пользоваться этими приложениями и многого другого. В следующих главах мы затронем эти аспекты.

piracy@books-shop.com 20 Глава 1. Работа операционной системе UNIX Файлы и файловая система Файлы в UNIX играют ключевую роль, что не всегда справедливо для других операционных систем. Трудно отрицать значение файлов для поль зователей, поскольку все их данные хранятся в виде файлов. Однако по мимо этого, файлы в UNIX определяют привилегии пользователей, по скольку права пользователя в большинстве случаев контролируются с по мощью прав доступа к файлам. Файлы обеспечивают доступ к периферий ным устройствам компьютера, включая диски, накопители на магнитной ленте, CD ROM, принтеры, терминалы, сетевые адаптеры и даже память.

Для приложений UNIX доступ в дисковому файлу "неотличим" от доступа, скажем, к принтеру. Наконец, все программы, которые выполняются в системе, включая прикладные задачи пользователей, системные процессы и даже ядро UNIX, являются исполняемыми файлами.

Как и во многих современных операционных системах, в UNIX файлы организованы в виде древовидной структуры (дерева), называемой файло вой системой system). Каждый файл имеет имя, определяющее его расположение в дереве файловой системы. Корнем этого дерева является корневой каталог (root directory), имеющий имя Имена всех остальных файлов содержат путь — список каталогов (ветвей), которые необходимо пройти, чтобы достичь файла. В UNIX все доступное пользователям фай ловое пространство объединено в единое дерево каталогов, корнем кото рого является каталог Таким образом, полное имя любого файла начи нается с и не содержит идентификатора устройства (дискового накопи теля, CD ROM или удаленного компьютера в сети), на котором он факти чески хранится.

Однако это не означает, что в системе присутствует только одна файловая система. В большинстве случаев единое дерево, такое каким его видит пользователь системы, составлено из нескольких отдельных файловых сис тем, которые могут иметь различную внутреннюю структуру, а файлы, принадлежащие этим файловым системам, могут быть расположены на различных устройствах. Вопросы, связанные с объединением нескольких файловых систем в единое дерево, будут обсуждаться при рассмотрении внутреннего устройства файловой системы UNIX в главе 4.

Заметим, что имя файла является атрибутом файловой системы, а не набо ра некоторых данных на диске, который не имеет имени как такового.

Каждый файл имеет связанные с ним метаданные (хранящиеся в индексных дескрипторах — inode), содержащие все характеристики файла и позво ляющие операционной системе выполнять операции, заказанные при кладной задачей: открыть файл, прочитать или записать данные, создать или удалить файл. В частности, метаданные содержат указатели на диско вые блоки хранения данных файла. Имя файла в файловой системе явля ется указателем на его метаданные, в то время как метаданные не содер жат указателя на имя файла.

www.books-shop.com Файлы и файловая система Типы файлов В UNIX существуют 6 типов файлов, различающихся по функциональному назначению и действиям операционной системы при выполнении тех или иных операций над файлами:

О Обычный файл (regular file) Каталог (directory) Специальный файл устройства (special device file) FIFO или именованный канал (named pipe) О Связь (link) О Сокет Обычный файл представляет собой наиболее общий тип файлов, содержа щий данные в некотором формате. Для операционной системы такие фай лы представляют собой просто последовательность байтов. Вся интерпре тация содержимого файла производится прикладной программой, обраба тывающей файл. К этим файлам относятся текстовые файлы, бинарные данные, исполняемые программы и т. п.

Каталог. С помощью каталогов формируется логическое дерево файловой системы. Каталог — это файл, содержащий имена находящихся в нем файлов, а также указатели на дополнительную информацию — метадан ные, позволяющие операционной системе производить операции над эти ми файлами. Каталоги определяют положение файла в дереве файловой системы, поскольку сам файл не содержит информации о своем местона хождении. Любая задача, имеющая право на чтение каталога, может про честь его содержимое, но только ядро имеет право на запись в каталог.

На рис. 1.1 в качестве примера приведена структура каталога. По существу каталог представляет собой таблицу, каждая запись которой соответствует некоторому файлу. Первое поле каждой записи содержит указатель на ме таданные (номер mode), а второе определяет имя файла.

Рис. 1.1. Структура каталога www.books-shop.com 22 Глава 1. Работа в операционной системе UNIX Специальный файл устройства обеспечивает доступ к физическому уст ройству. В UNIX различают символьные (character) и блочные (block) файлы устройств. Доступ к устройствам осуществляется путем открытия, чтения и записи в специальный файл устройства.

Символьные файлы устройств используются для небуферизированного об мена данными с устройством, в противоположность этому блочные файлы позволяют производить обмен данными в виде пакетов фиксированной длины — блоков. Доступ к некоторым устройствам может осуществляться как через символьные, так и через блочные специальные файлы.

Как производится работа с периферийными устройствами, описано в главе 5.

FIFO или именованный канал — это файл, используемый для связи между процессами. FIFO впервые появились в System V UNIX, но большинство современных систем поддерживают этот механизм. Более подробно мы рассмотрим этот тип файлов при обсуждении системы межпроцессного взаимодействия в главе 3.

Связь. Как уже говорилось, каталог содержит имена файлов и указатели на их метаданные. В то же время сами метаданные не содержат ни имени файла, ни указателя на это имя. Такая архитектура позволяет одному фай лу иметь несколько имен в файловой системе. Имена жестко связаны с метаданными и, соответственно, с данными файла, в то время как сам файл существует независимо от того, как его называют в файловой систе Такая связь имени файла с его данными называется жесткой связью (hard link). Например, с помощью команды мы можем создать еще одно имя (second) файла, на который указывает имя first (рис. 1.2).

$ pwd $ first Жесткие связи абсолютно равноправны. В списках файлов каталогов, ко торые можно получить с помощью команды ls(l), файлы first и second бу дут отличаться только именем. Все остальные атрибуты файла будут абсо лютно одинаковыми. С точки зрения пользователя — это два разных фай ла. Изменения, внесенные в любой из этих файлов, затронут и другой, по скольку оба они ссылаются на одни и те же данные файла. Вы можете пе реместить один из файлов в другой каталог — все равно эти имена будут связаны жесткой связью с данными файла. Легко проверить, что удаление одного из файлов (first или second) не приведет к удалению самого файла, т. е. его метаданных и данных (если это не специальный файл устройства).

Данное утверждение верно лишь отчасти. Действительно, файлу "безразлично", какие имена он имеет в каталогах, но "небезразлично" число этих имен. Если ни одно из имен файловой системы не ссылается на файл — он должен быть удален (т. е. физически уда лены его данные на диске).

www.books-shop.com Файлы и файловая система Рис. 1.2. Структура файловой системы после выполнения команды Жесткая связь имен с данными файла По определению жесткие связи указывают на один и тот же индексный дескриптор Поэтому проверить, имеют ли два имени файла жесткую связь, можно, вызвав команду ls(l) с ключом www.books-shop.com 24 Глава J. Работа в операционной системе UNIX $ i 12567 first 12567 second Информацию о наличии у файла нескольких имен, связанных с ним жест кими связями, можно получить, просмотрев подробный листинг файлов с помощью команды /:

$ — 2 andrei staff 7245 Jan 17 8:05 second Во второй колонке листинга указано число жестких связей данного файла.

Сразу оговоримся, что жесткая связь является естественной формой связи имени файла с его метаданными и не принадлежит к особому типу файла.

связь, позволяющая косвенно Особым типом файла является адресовать файл. В отличие от жесткой связи, символическая связь адресу ет файл, который, в свою очередь, ссылается на другой файл. В результате, последний файл адресуется символической связью косвенно (рис. 1.3).

Данные файла, являющегося символической связью, содержат только имя целевого файла.

с ключом s Проиллюстрируем эти рассуждения на примере. Команда позволяет создать символическую связь:

$ pwd з first $ $ cd /home/sergey $ 15 Jan 17 8: 1 andrei staff файл symfirst (символическая связь) Как видно из вывода команды существенно отличается от файла second (жесткая связь). Во первых, фак тическое содержимое файла symfirst отнюдь не то же, что и у файла first или second, об этом говорит размер файла — 15 байт. На самом деле в этом файле хранится не что иное как имя файла, на которую символиче ская связь ссылается — — ровно 15 байт. Во вторых, файл symfirst не содержит никаких ограничений на доступ символы в пер вой колонке).

Символическая связь является особым типом файла (об этом свидетельству ет символ в первой позиции вывода и операционная система рабо тает с таким файлом не так, как с обычным. Например, при выводе на эк ран содержимого файла symfirst появятся данные файла www.books-shop.com Файлы и система Рис. 1.3. Символическая связь предназначены для взаимодействия между процессами. Интерфейс часто используется для доступа к сети TCP/IP. В системах, ветви www.books-shop.com Глава 1. Работа в операционной UNIX BSD UNIX на базе реализована система межпроцессного взаимо действия, с помощью которой работают многие системные сервисы, на пример, система печати. Мы подробнее познакомимся с сокетами в разде ле "Межпроцессное взаимодействие в BSD UNIX" главы 3.

Структура файловой системы UNIX Использование общепринятых имен основных файлов и структуры ката логов существенно облегчает работу в операционной системе, ее админи стрирование и переносимость. Эта структура используется в работе систе мы, например при ее инициализации и конфигурировании, при работе почтовой системы и системы печати. Нарушение этой структуры может привести к неработоспособности системы или отдельных ее компонентов.

Рис. 1.4. Типичная файловая система UNIX Приведем краткое описание основных каталогов.

Корневой каталог Корневой каталог является основой любой файловой системы UNIX.

Все остальные файлы и каталоги располагаются в рамках структуры, по www.books-shop.com Файлы и файловая рожденной корневым каталогом, независимо от их физического местона хождения.

В каталоге находятся наиболее часто употребляемые команды и ути литы системы, как правило, общего пользования.

Каталог /dev содержит специальные файлы устройств, являющиеся интер фейсом доступа к периферийным устройствам.

Каталог /dev может содержать несколько подкаталогов, группирующих специальные файлы устройств одного типа. Например, каталог /dev/dsk содержит специальные файлы устройств для доступа к гибким и жестким дискам системы.

/etc В этом каталоге находятся системные конфигурационные файлы и многие утилиты администрирования. Среди наиболее важных файлов — скрипты инициализации системы. Эти скрипты хранятся в каталогах /etc/rc2.d и т. д, соответствующих уровням выполнения системы (run level), и управляются скриптами /etc/rc2 и т. д. Во многих версиях BSD UNIX указанные каталоги отсутствуют, и загрузка сис В UNIX темы управляется скриптами /etc/re и ветви System V здесь находится подкаталог default, где хранятся параметры по умолчанию многих команд (например, содержит парамет ры для команды В UNIX System V большинство исполняемых фай лов перемещены в каталог или /lib В каталоге находятся библиотечные файлы языка С и других языков программирования. Стандартные названия библиотечных файлов имеют вид libx.a (или libx.so), где х — это один или более символов, определяю щих содержимое библиотеки. Например, стандартная библиотека С назы библиотека системы X Window System имеет имя libXll.a.

вается Часть библиотечных файлов также находится в каталоге Каталог "потерянных" файлов. Ошибки целостности файловой системы, возникающие при неправильном останове UNIX или аппаратных сбоях, могут привести к появлению т. н. "безымянных" файлов — структура и со держимое файла являются правильными, однако для него отсутствует имя в каком либо из каталогов. Программы проверки и восстановления фай ловой системы помещают такие файлы в каталог под систем www.books-shop.com 28 Глава 1. Работа в операционной системе UNIX числовыми именами. Мы коснемся вопроса имен файлов далее в этой главе и, более подробно, в главе 4.

/mnt Стандартный каталог для временного связывания (монтирования) физиче ских файловых систем к корневой для получения единого дерева логиче ской файловой системы. Обычно содержимое каталога /mnt пусто, по скольку при монтировании он перекрывается связанной файловой систе мой. Более подробно процесс монтирования и относящиеся к нему струк туры данных ядра мы рассмотрим в главе 4.

/и или /home Общеупотребительный каталог для размещения домашних каталогов пользо вателей. Например, имя домашнего каталога пользователя andrei будет, ско или /u/andrei. В более ранних версиях рее всего, называться UNIX домашние каталоги пользователей размещались в каталоге /usr.

В этом каталоге находятся подкаталоги различных сервисных подсистем — системы печати, электронной почты и т. д. исполняемые фай лы утилит UNIX дополнительные программы, используемые на данном компьютере файлы заголовков элек тронные справочники т. д.

/var В UNIX System V этот каталог является заменителем каталога /usr/spool, используемого для хранения временных файлов различных сервисных под систем — системы печати, электронной почты и т. д.

/tmp Каталог хранения временных файлов, необходимых для работы различных подсистем UNIX. Обычно этот каталог открыт на запись для всех пользо вателей системы.

Владельцы файлов Файлы в UNIX имеют двух владельцев: пользователя (user owner) и груп (group owner). Важной особенностью является то, что владелец пользователь может не являться членом группы, владеющей файлом. Это Группой называется определенный список пользователей системы. Пользователь системы одна из которых является первичной (primary), ос может быть членом нескольких тальные — дополнительными (supplementary).

www.books-shop.com Файлы и файловая система дает большую гибкость в организации доступа к файлам. Совместное пользование файлами можно организовать практически для любого соста ва пользователей, создав соответствующую группу и установив для нее права на требуемые файлы. При этом для того чтобы некий пользователь получил доступ к этим файлам, достаточно включить его в группу владельца, и наоборот — исключение из группы автоматически изменяет для пользователя права доступа к файлам.

Для определения владельцев файла достаточно посмотреть подробный листинг команды Третья и четвертая колонки содержат имена вла дельца пользователя и владельца группы, соответственно:

1 2 3 4 5 6 7 1 group 235520 Dec 1 andy student 3450 Nov 12 quest Владельцем пользователем вновь созданного файла является пользователь, который создал файл. Порядок назначения владельца группы зависит от конкретной версии UNIX. Например, в SCO UNIX владельцем группой является первичная группа пользователя, создавшего файл, а в Digital UNIX владелец группа наследуется от владельца группы — каталога, в ко тором создается Для изменения владельца файла используется команда В качестве параметров команда принимает имя владельца пользователя и список фай лов, для которых требуется изменить данный атрибут. Например, следующая и команда установит пользователя sergey владельцем файлов $ sergey Изменение владельца группы производится командой Как и в качестве параметров команда принимает имя владельца группы и список файлов, для которых требуется изменить данный атрибут. На пример, для установки группы staff в качестве владельца всех файлов те кущего каталога, необходимо задать следующую команду:

$ staff * На самом деле файл создает не пользователь, а процесс, запущенный пользователем. Про цесс имеет атрибуты, связанные с пользователем и группой, которые и назначаются файлу при его создании. Более точное описание передачи "владения" имеет вид:

1. Идентификатор владельца пользователя файла устанавливается равным процесса, создающего файл (т. е. вызвавшего функцию 1. Идентификатор владельца группы файла (group ID) устанавливается равным EGID процесса (для версии System V);

б) GID каталога, в котором файл создается (для версии BSD).

Большинство систем, использующих наследование System V, позволяют также устанавли вать наследование группового владельца в стиле BSD. Это достигается установкой флага SGID на каталог. Более подробно об этом см. раздел "Дополнительные атрибуты" далее в этой главе.

piracy@books-shop.com Глава 1. в операционной системе UNIX Владение файлом определяет тот набор операций, который пользователь может совершить с файлом. Часть из них, такие как изменение прав дос тупа или владельца файла (табл. 1.1), может осуществлять только владелец (или суперпользователь), другие операции, такие как чтение, запись и за пуск на выполнение (для исполняемых файлов) дополнительно контроли руются правами доступа.

Таблица 1.1. Операции изменения владельцев файла Имеет право выполнять Операция Команда в системе SVR в BSD 4.x владелец файла Изменение владель суперпользователь ца пользователя владелец файла только Изменение владель chgrp(1) суперпользователь для группы, к которой ца группы сам принадлежит (в со ответствии с POSIX) Права доступа к файлу В операционной системе UNIX существуют три базовых класса доступа к файлу, в каждом из которых установлены соответствующие права доступа:

User access (u) Для владельца пользователя файла Group access (g) Для членов группы, являющейся владельцем файла Other access (о) Для остальных пользователей (кроме суперпользователя) UNIX поддерживает три типа прав доступа для каждого класса: на чтение (read, обозначается символом на запись (write, обозначается символом w) и на выполнение (execute, обозначается символом х).

С помощью команды можно получить список прав доступа к файлу:

1 andy group 36482 Dec 22 19: Aug andy group temp 2 64 11: rwxr xr andy group 1 Dec 22 15: 13 a. out 1 andy group 7622 11 09: Права доступа листинга отображаются в первой колонке (за исключением первого символа, обозначающего тип файла). Наличие права доступа обо значается соответствующим символом, а отсутствие — символом ' '. Рас смотрим, например, права доступа к файлу www.books-shop.com Файлы и файловая система Тип файла Права владельца Права владельца Права осталь пользователя группы пользова телей Обычный файл Чтение, запись, Чтение и выполнение Только чтение нение Права доступа могут быть изменены только владельцем файла или супер пользователем (superuser) — администратором системы. Для этого исполь зуется команда Ниже приведен общий формат этой команды.

В качестве аргументов команда принимает указание классов доступа — владелец пользователь, 'g' — владелец группа, — остальные пользовате ли, все классы пользователей), права доступа — чтение, V — за пись и Y — выполнение) и операцию, которую необходимо произвести ('+' — добавить, ' ' — удалить и '=' — присвоить) для списка файлов и т. д. Например, команда $ chmod лишит членов группы владельца файла ownfile права на запись и выполне ние этого файла.

В одной команде можно задавать различные права для нескольких классов доступа, разделив их запятыми.

Приведем еще несколько примеров:

$ chmod a+w text Предоставить право на запись для всех пользователей Установить право на чтение для всех пользо $ chmod go=r text вателей, за исключением владельца Добавить для группы право на выполнение $ chmod файла runme и снять право на запись $ chmod text2 Добавить право записи для владельца, право на чтение для группы и остальных пользова телей, отключить право на запись для всех пользователей, исключая владельца www.books-shop.com 32 Глава 1. Работа в системе UNIX Последний пример демонстрирует достаточно сложную установку прав доступа. Вы можете установить сразу все девять прав доступа, используя числовую форму команды $ 754 * Число определяется следующим образом: нужно представить права доступа в двоичном виде (0 — отсутствие соответствующего права, 1 — его нали чие) и каждую триаду, соответствующую классу доступа, в свою очередь преобразовать в десятичное число.

Остальные Владелец Группа —х — W X 7 Таким образом, приведенный пример эквивалентен следующей символь ной форме $ chmod o=r * Значение прав доступа различно для разных типов файлов. Для файлов опе рации, которые можно производить, следуют из самих названий прав досту па. Например, чтобы просмотреть содержимое файла командой cat(l), поль зователь должен иметь право на чтение Редактирование файла, т. е. его изменение, предусматривает наличие права на запись (w). Наконец, для того чтобы запустить некоторую программу на выполнение, вы должны иметь соответствующее право (х). Исполняемый файл может быть как скомпили рованной программой, так и скриптом командного интерпретатора shell.

В последнем случае вам также понадобится право на чтение, поскольку при выполнении скрипта командный интерпретатор должен иметь возможность считывать команды из файла. Все сказанное, за исключением, пожалуй, права на выполнение, имеющего смысл лишь для обычных файлов и ката логов, справедливо и для других типов файлов: специальных файлов уст ройств, именованных каналов, и сокетов. Например, чтобы иметь возмож ность распечатать документ, вы должны иметь право на запись в специаль ный файл устройства, связанный с Для каталогов эти права имеют другой смысл, а для символических связей они вообще не использу ются, поскольку контролируются целевым файлом.

Права доступа для каталогов не столь очевидны. Это в первую очередь связано с тем, что система трактует операции чтения и записи для ката логов отлично от остальных файлов. Право чтения каталога позволяет вам На самом деле специальный файл, связанный с устройством не имеет общедос тупных прав на запись. Доступ к принтеру контролируется системой печати, из которой и происходит доступ к этому файлу.

www.books-shop.com Файлы и файловая система получить имена (и только имена) файлов, находящихся в данном каталоге.

Чтобы получить дополнительную информацию о файлах каталога (например, подробный листинг команды системе придется "загля нуть" в метаданные файлов, что требует права на выполнения для катало га. Право на выполнения также потребуется для каталога, в который вы захотите перейти (т. е. сделать его текущим) с помощью команды cd (]).

Это же право нужно иметь для доступа ко всем каталогам на пути к ука занному. Например, если вы установите право на выполнения для всех пользователей в одном из своих подкаталогов, он все равно останется не доступным, пока ваш домашний каталог не будет иметь такого же права.

Права и х действуют независимо, право х для каталога не требует нали чия права и наоборот. Комбинацией этих двух прав можно добиться ин тересных эффектов, например, создания "темных" каталогов, файлы кото рых доступны только в случае, если пользователь заранее знает их имена, поскольку получение списка файлов таких каталогов запрещено. Данный прием, кстати, используется при создании общедоступных архивов в сети когда некоторые разделы архива могут использоваться только "посвященными", знающими о наличии того или иного файла в каталоге. Приведем пример создания "темного" каталога.

$ Где мы находимся?

$ darkroom Создадим каталог $ 1 Получим его атрибуты 2 group 65 Dec 22 19:13 darkroom $ a r+x darkroom Превратим его в "темный" каталог $ —1 Получим его атрибуты 2 andy group 65 Dec 22 19:13 darkroom Поместим в каталог darkroom некоторый файл $ cp f darkroom $ cd darkroom Перейдем в этот каталог $ darkroom Попытаемся получить листинг каталога denied Увы...

$ cat Тем не менее, заранее зная имя файла можно ok работать с ним (например, прочитать, если есть соответ ствующее право доступа) Особого внимания требует право на запись для каталога. Создание и удале ние файлов в каталоге требуют изменения его содержимого, и, следователь но, права на запись в этот каталог. Самое важное, что при этом не учиты ваются права доступа для самого файла. То есть для того, чтобы удалить не который файл из каталога, не обязательно иметь какие либо права доступа к этому файлу, важно лишь иметь право на запись для каталога, в котором находится этот файл. Имейте в виду, что право на запись в каталог дает www.books-shop.com Глава Работа в операционной системе UNIX большие полномочия, и предоставляйте это право с осторожностью. Правда, существует способ несколько обезопасить себя в случае, когда необходимо предоставить право на запись другим пользователям, — установка флага Sticky bit на каталог. Но об этом мы поговорим чуть позже.

В табл. 1.2 приведены примеры некоторых действий над файлами и мини мальные права доступа, необходимые для выполнения этих операций.

Таблица Примеры прав права доступа Команда Смысл действия для обычно для каталога, го файла го файл cd Перейти в каталог X /u/andrei Вывести все файлы с суффиксом это го каталога Вывести дополни s тельную информа цию об этих файлах (размер) cat Вывести на экран X содержимое файла report.txt cat Добавить данные в W X файл report.txt Выполнить про X X грамму runme Выполнить скрипт X командного интер претатора runme Удалить файл runme XW — в текущем каталоге Итак, для выполнения операции над файлом имеют значение класс досту па, к которому вы принадлежите, и права доступа, установленные для этого класса. Поскольку для каждого класса устанавливаются отдельные права доступа, всего определено 9 прав доступа, по 3 на каждый класс.

Операционная система производит проверку прав доступа при создании, открытии (для чтения или записи), запуске на выполнение или удалении файла. При этом выполняются следующие проверки:

1. Если операция запрашивается суперпользователем, доступ разрешает ся. Никакие дополнительные проверки не производятся. Это позволя www.books-shop.com Файлы и файловая система ет администратору иметь неограниченный доступ ко всей файловой системе.

2. Если операция запрашивается владельцем файла, то:

а) если требуемое право доступа определено (например, при опера ции чтения файла установлено право на чтение для владельца пользователя данного файла), доступ разрешается, б) в противном случае доступ запрещается.

Если операция запрашивается пользователем, являющимся членом группы, которая является владельцем файла, то:

а) если требуемое право доступа определено, доступ разрешается, б) в противном случае доступ запрещается.

4. Если требуемое право доступа для прочих пользователей (other) уста новлено, доступ разрешается, в противном случае доступ запрещается.

Система проводит проверки в указанной последовательности. Например, если пользователь является владельцем файла, то доступ определяется ис ключительно из прав владельца пользователя, права владельца группы не проверяются, даже если пользователь является членом владельца группы.

Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим следующее:

2 group 65 Dec 22 19: Даже если пользователь andy является членом группы group, он не сможет ни прочитать, ни изменить содержимое файла filel. В то же время все ос тальные члены этой группы имеют такую возможность. В данном случае, владелец файла обладает наименьшими правами доступа к нему. Разумеет ся, рассмотренная ситуация носит гипотетический характер, поскольку пользователь andy в любой момент может изменить права доступа к дан ному файлу как для себя (владельца), так и для группы, и всех остальных пользователей в системе.

Дополнительные атрибуты файла Мы рассмотрели основные атрибуты, управляющие доступом к файлу.

Существует еще несколько атрибутов, изменяющих выполне ние различных операций. Как и в случае прав доступа, эти атрибуты по разному интерпретируются для каталогов и других типов файлов.

Дополнительные атрибуты также устанавливаются утилитой chmod(l), но вместо кодов или Y используются коды из табл. 1.3. Например, для установки атрибута SGID для файла filel необходимо выполнить команду $ chmod g+s f i l e l.

В табл. 1.3 приведены дополнительные атрибуты для файлов, и показано, как они интерпретируются операционной системой.

www.books-shop.com 36 Глава Работа в операционной системе UNIX Таблица 1.3. Дополнительные атрибуты для обычных файлов Название Значение Код Sticky bit Сохранить образ выполняемого файла в памяти после t завершения выполнения Set Установить UID процесса при выполнении S Установить процесса при выполнении S Блокирование Установить обязательное блокирование файла Установка атрибута Sticky bit название — save text mode) редко используется в современных версиях UNIX для файлов. В ранних версиях этот атрибут применялся с целью уменьшить время загрузки наи более часто запускаемых программ (например, редактора или командного После завершения выполнения задачи ее образ (т. е. код и данные) оставались в памяти, поэтому последующие запуски этой про граммы занимали значительно меньше времени.

Атрибуты (или флаги) SUID и SGID позволяют изменить права пользова теля при запуске на выполнение файла, имеющего эти атрибуты. При этом привилегии будут изменены (обычно расширены) лишь на время вы полнения и только в отношении этой Обычно запускаемая программа получает права доступа к системным ре сурсам на основе прав доступа пользователя, запустившего программу. Ус тановка флагов SUID и SGID изменяет это правило, назначая права дос тупа исходя из прав доступа владельца файла. Таким образом, запущенный исполняемый файл, которым владеет суперпользователь, получает неогра ниченные права доступа к системным ресурсам, независимо от того, кто его запустил. При этом установка SUID приведет к наследованию прав файла, а установка SGID — владельца группы.

В качестве примера использования этого свойства рассмотрим утилиту позволяющую пользователю изменить свой пароль. Очевидно, что изменение пароля должно привести к изменению содержимого опре деленных системных файлов (файла пароля /etc/passwd или /etc/shadow, или базы данных пользователей, если используется дополнительная защи та системы). Понятно, что предоставление права на запись в эти файлы всем пользователям системы является отнюдь не лучшим решением. Уста новка SUID для программы (точнее, на файл — исполняемый файл утилиты позволяет изящно разрешить это противоречие. Поскольку владельцем файла является су Следует оговориться, что если программа в процессе выполнения запускает другие задачи, то они будут наследовать ее права доступа. Поэтому устанавливать флаги SUID и SGID следует с большой осторожностью и только для программ, которые не имеют возможно сти запуска произвольных задач.

www.books-shop.com Файлы и файловая система перпользователь (его имя в системе — root), то кто бы ни запустил утилиту на выполнение, во время работы данной программы он временно получает права суперпользователя, т. е. может производить запись в сис темные файлы, защищенные от остальных пользователей.

$ r sr sr x 3 root sys 15688 Oct 25 1995 / u s r / b i n / p a s s w d * Понятно, что требования по безопасности для такой программы должны быть повышены. Утилита должна производить изменение пароля только пользователя, запустившего ее, и не позволять никакие другие опе рации (например, вызов других программ).

Блокирование файлов позволяет устранить возможность конфликта, когда две или более задачи одновременно работают с одним и тем же файлом. К этому вопросу мы вернемся в главе 4.

Однако вернемся к обсуждению дополнительных атрибутов для каталогов (табл.

Таблица 1.4. Дополнительные атрибуты для каталогов Код Позволяет пользователю удалять только файлы, кото Sticky bit t рыми он владеет или имеет права на запись s Set SGID Позволяет изменить правило установки владельца группы создаваемых файлов, аналогично реализован ному в BSD UNIX При обсуждении прав доступа отмечалось, что предоставление права на запись в каталог дает достаточно большие полномочия. Имея такое право, пользователь может удалить из каталога любой файл, даже тот, владельцем которого он не является и в отношении которого не имеет никаких прав.

Установка атрибута Sticky bit для каталога позволяет установить дополни тельную защиту файлов, находящихся в каталоге. Из такого каталога поль зователь может удалить только файлы, которыми он владеет, или на кото рые он имеет явное право доступа на запись, даже при наличии права на запись в каталог. Примером может служить каталог /tmp, который являет ся открытым на запись для всех пользователей, но в котором может ока заться нежелательной возможность удаления пользователем чужих времен ных файлов.

Атрибут SGID также имеет иное значение для каталогов. При установке этого атрибута для каталога вновь созданные файлы этого каталога будут наследовать владельца группу по каталога. Таким обра зом для UNIX версии System V удается имитировать поведение систем версии BSD, для которых такое правило наследования действует по умол чанию.

www.books-shop.com Глава 1. Работа в операционной системе UNIX Посмотреть наличие дополнительных атрибутов можно с помощью под робного списка файлов:

$ 5 sys sys 367 Dec 19 20: 3 root sys 15688 Oct 25 r sr sr x Таблица Операции изменения атрибутов файла Операция Команда/системный Кому разрешено вызов Изменение прав доступа chmod(1) владелец Изменение дополнитель chmod(1) ьзовател ь ного атрибута Sticky bit Изменение дополнитель владелец, причем его так ного атрибута же должен совпадать с иден тификатором группы файла Процессы Процессы в операционной системе UNIX играют ключевую роль. От оп тимальной настройки подсистемы управления процессами и числа одно временно выполняющихся процессов зависит загрузка ресурсов процессо ра, что в свою очередь имеет непосредственное влияние на производи тельность системы в целом. Ядро операционной системы предоставляет задачам базовый набор услуг, определяемый интерфейсом системных вы зовов. К ним относятся основные операции по работе с файлами, управ ление процессами и памятью, поддержка межпроцессного взаимодействия.

Дополнительные функциональные возможности системы, т. е. услуги, ко торые она предоставляет пользователям, определяются активными процес сами. От того, какие процессы выполняются в вашей системе, зависит, является ли она сервером базы данных или сервером сетевого доступа, средством проектирования или вычислительным сервером. Даже так назы ваемые уровни выполнения системы (run levels), которые мы рассмотрим позже, представляют собой удобный способ определения группы выпол няющихся процессов и, соответственно, функциональности системы.

Программы и процессы Обычно программой называют совокупность файлов, будь то набор исход ных текстов, объектных файлов или собственно выполняемый файл. Для того чтобы программа могла быть запущена на выполнение, операционная www.books-shop.com Процессы система сначала должна создать окружение или среду выполнения задачи, куда относятся ресурсы памяти, возможность доступа к устройствам вво да/вывода и различным системным ресурсам, включая услуги ядра.

Это окружение (среда выполнения задачи) получило название процесса.

Мы можем представить процесс как совокупность данных ядра системы, необходимых для описания образа программы в памяти и управления ее выполнением. Мы можем также представить процесс как программу в ста дии ее выполнения, поскольку все выполняющиеся программы представ лены в UNIX в виде процессов. Процесс состоит из инструкций, выпол няемых процессором, данных и информации о выполняемой задаче, такой как размещенная память, открытые файлы и статус процесса.

В то же время не следует отождествлять процесс с программой хотя бы потому, что программа может породить более одного процесса. Простей или cat(l), при выполнении шие программы, например, команда представлены только одним процессом. Сложные задачи, например сис темные серверы (печати, FTP, Telnet), порождают в системе несколько одновременно выполняющихся процессов.

Операционная система UNIX является многозадачной. Это значит, что одновременно может выполняться несколько процессов, причем часть процессов могут являться образцами одной программы.

Выполнение процесса заключается в точном следовании набору инструк ций, который никогда не передает управление набору инструкций другого процесса. Процесс считывает и записывает информацию в раздел данных и в стек, но ему недоступны данные и стеки других процессов.

В то же время процессы имеют возможность обмениваться друг с другом данными с помощью предоставляемой UNIX системой межпроцессного взаимодействия. В UNIX существует набор средств взаимодействия между процессами, таких как сигналы (signals), каналы (pipes), разделяемая па мять (shared memory), семафоры (semaphores), сообщения (messages) и файлы, но в остальном процессы изолированы друг от друга.

Типы процессов Системные процессы Системные процессы являются частью ядра и всегда расположены в опе ративной памяти. Системные процессы не имеют соответствующих им программ в виде исполняемых файлов и запускаются особым образом при инициализации ядра системы. Выполняемые инструкции и данные этих процессов находятся в ядре системы, таким образом они могут вызывать функции и обращаться к данным, недоступным для остальных процессов.

Системными процессами являются: shed (диспетчер свопинга), vhand (дис петчер страничного замещения), (диспетчер буферного кэша) и piracy@books-shop.com 40 Глава 1. Работа в операционной UNIX kmadaemon (диспетчер памяти ядра). К системным процессам следует от нести ink, являющийся прародителем всех остальных процессов в UNIX.

Хотя init не является частью ядра, и его запуск происходит из исполняе мого файла (/etc/init), его работа жизненно важна для функционирования всей системы в целом.

Демоны Демоны — это неинтерактивные процессы, которые запускаются обычным образом — путем загрузки в память соответствующих им программ (исполняемых файлов), и выполняются в фоновом режиме. Обычно демо ны запускаются при инициализации системы (но после инициализации ядра, подробнее см. главу 3) и обеспечивают работу различных подсистем UNIX: системы терминального доступа, системы печати, системы сетевого доступа и сетевых услуг и т. п. Демоны не связаны ни с одним пользова тельским сеансом работы и не могут непосредственно управляться пользо вателем. Большую часть времени демоны ожидают пока тот или иной процесс запросит определенную услугу, например, доступ к файловому архиву или печать документа.

Прикладные процессы К прикладным процессам относятся все остальные процессы, выполняю щиеся в системе. Как правило, это процессы, порожденные в рамках поль зовательского сеанса работы. С такими процессами вы будете сталкиваться чаще всего. Например, запуск команды ls(l) породит соответствующий про цесс этого типа. Важнейшим пользовательским процессом является основ ной командный интерпретатор (login shell), который обеспечивает вашу ра боту в UNIX. Он запускается сразу же после вашей регистрации в системе, а завершение работы login shell приводит к отключению от системы.

Пользовательские процессы могут выполняться как в интерактивном, так и в фоновом режиме, но в любом случае время их жизни (и выполнения) ограничено сеансом работы пользователя. При выходе из системы все пользовательские процессы будут уничтожены.

Интерактивные процессы монопольно владеют терминалом, и пока такой процесс не завершит свое выполнение, пользователь не сможет работать с другими Вы сможете работать с другими приложениями, если в функции интерактивного процесса входит запуск на выполнение других программ. Примером такой задачи является команд ный интерпретатор shell, который считывает пользовательский ввод и запускает соответст вующие задачи. Более типичным в данном контексте является процесс, порожденный ко Пока ps(l) не завершит работу, вы не сможете вводить команды shell.

мандой www.books-shop.com Процессы Атрибуты процесса Процесс в UNIX имеет несколько атрибутов, позволяющих операционной системе эффективно управлять его работой, важнейшие из которых рас смотрены ниже.

Идентификатор процесса Process ID Каждый процесс имеет уникальный идентификатор PID, позволяющий ядру системы различать процессы. Когда создается новый процесс, ядро присваивает ему следующий свободный (т. е. не ассоциированный ни с каким процессом) идентификатор. Присвоение идентификаторов происхо дит по возрастающий, т. е. идентификатор нового процесса больше, чем идентификатор процесса, созданного перед ним. Если идентификатор дос тиг максимального значения, следующий процесс получит минимальный свободный PID и цикл повторяется. Когда процесс завершает свою работу, ядро освобождает занятый им идентификатор.

Идентификатор родительского процесса Parent Process ID Идентификатор процесса, породившего данный процесс.

Приоритет процесса (Nice Number) Относительный приоритет процесса, учитываемый планировщиком при определении очередности запуска. Фактическое же распределение процес сорных ресурсов определяется приоритетом выполнения, зависящим от не скольких факторов, в частности от заданного относительного приоритета.

Относительный приоритет не изменяется системой на всем протяжении жизни процесса (хотя может быть изменен пользователем или админист ратором) в отличие от приоритета выполнения, динамически обновляе мого ядром.

Терминальная линия (TTY) Терминал или псевдотерминал, ассоциированный с процессом, если такой существует. Процессы демоны не имеют ассоциированного терминала.

Реальный (RID) и эффективный (EUID) идентификаторы пользователя Реальным идентификатором пользователя данного процесса является идентификатор пользователя, запустившего процесс. Эффективный иден тификатор служит для определения прав доступа процесса к системным ресурсам (в первую очередь к ресурсам файловой системы). Обычно ре альный и эффективный идентификаторы эквивалентны, т. е. процесс име ет в системе те же права, что и пользователь, запустивший его. Однако существует возможность задать процессу более широкие права, чем права www.books-shop.com Глава 1. в операционной UNIX пользователя путем установки флага SUID, когда эффективному иденти фикатору присваивается значение идентификатора владельца исполняе мого файла (например, администратора).

Реальный (RGID) и эффективный (EGID) идентификаторы группы Реальный идентификатор группы равен идентификатору первичной или текущей группы пользователя, запустившего процесс. Эффективный иден тификатор служит для определения прав доступа к системным ресурсам по классу доступа группы. Так же как и для эффективного идентификатора пользователя, возможна его установка равным идентификатору группы владельца исполняемого файла (флаг SGID).

Команда ps(l) (process status) позволяет вывести список процессов, выпол няющихся в системе, и их атрибуты:

ef |head $ PS С TTY TIME 0 0 0 Dec : root 1 0 0 0:: Dec root 17 pageout 2 0 0 Dec 0:

root 3 0 0 Dec root 7;

1 17 bd 0 Dec : root 627 17 emiclock fed 311 0 0:: pts/ Dec fed 314 304 0 0:

pts/ Dec fed 3521 512 0:: Более подробное описание полей вывода команды приведено далее в разделе "Основные утилиты UNIX".

Жизненный путь процесса Процесс в UNIX создается системным вызовом Процесс, сделав ший вызов fork(2) называется родительским, а вновь созданный процесс — дочерним. Новый процесс является точной копией породившего его про цесса. Как это ни удивительно, но новый процесс имеет те же инструкции и данные, что и его родитель. Более того, выполнение родительского и дочернего процесса начнется с одной и той же инструкции, следующей за fork(2). Единственно, чем они различаются — это идентификато ром процесса PID. Каждый процесс имеет одного родителя, но может иметь несколько дочерних процессов.

Для запуска задачи, т. е. для загрузки новой программы, процесс должен выполнить системный вызов ехес(2). При этом новый процесс не порож дается, а исполняемый код процесса полностью замещается кодом запус каемой программы. Тем не менее окружение новой программы во многом сохраняется, в частности сохраняются значения переменных окружения, назначения стандартных потоков ввода/вывода, вывода сообщений об ошибках, а также приоритет процесса.

www.books-shop.com Процессы В UNIX запуск на выполнение новой программы часто связан с порожде нием нового процесса, таким образом сначала процесс выполняет вызов fork(2), порождая дочерний процесс, который затем выполняет полностью замещаясь новой программой.

Рассмотрим эту схему на примере.

Допустим, пользователь, работая в командном режиме (в командном ин терпретаторе shell) запускает команду Текущий процесс (shell) делает вызов fork(2), порождая вторую копию shell. В свою очередь, порожденный shell вызывает ехес(2), указывая в качестве параметра имя исполняемого файла, образ которого необходимо загрузить в память вместо кода shell.

Код ls(l) замещает код порожденного shell, и утилита ls(l) начинает вы полняться. По завершении работы ls(l) созданный процесс "умирает".

Пользователь вновь возвращается в командный режим. Описанный про цесс представлен на рис. 1.5. Мы также проиллюстрируем работу команд ного интерпретатора в примере, приведенном в главе 2.

Рис. 1.5. Создание процесса и запуск про граммы Если сделать "отпечаток" выполняемых процессов, например командой ps(l), между указанными стадиями, результат был бы следующим:

Пользователь работает в командном режиме:

UID PID PPID С TTY CMD STIME TIME 745 1 10 10:11:34 0: www.books-shop.com 44 Глава 1. Работа в операционной системе UNIX Пользователь запустил команду ls(l), и shell произвел вызов UID PID PPID С TTY TIME 745 1 10 10:11:34 0:01 sh 802 745 14 11:00:00 0:00 sh Порожденный shell произвел вызов UID PID PPID С STIME TTY TIME CMD userl 745 1 10 10:11:34 0:01 sh userl 802 745 12 11:00:00 0: Процесс ls(l) завершил работу:

UID PID PPID С STIME TTY TIME CMD userl 745 1 10 10:11:34 0:01 sh Описанная процедура запуска новой программы называется fork and exec.

Однако бывают ситуации, когда достаточно одного вызова fork(2) без по следующего ехес(2). В этом случае исполняемый код родительского про цесса должен содержать логическое ветвление для родительского и дочер него Все процессы в UNIX создаются посредством вызова fork(2). Запуск на выполнение новых задач осуществляется либо по схеме fork and exec, либо с помощью ехес(2). "Прародителем" всех процессов является процесс называемый также распределителем процессов. Если построить граф "родственных отношений" между процессами, то получится дерево, корнем которого является Показанные на рис. 1.6 процессы sched и являются системными и формально не входят в иерархию (они будут рассматриваться в следующих главах).

Сигналы Сигналы являются способом передачи от одного процесса другому или от ядра операционной системы какому либо процессу уведомления о возник новении определенного события. Сигналы можно рассматривать как про стейшую форму межпроцессного взаимодействия. В то же время сигналы больше напоминают программные прерывания, — средство, с помощью которого нормальное выполнение процесса может быть прервано. Напри мер, если процесс производит деление на 0, ядро посылает ему сигнал SIGFPE, а при нажатии клавиш прерывания, обычно или +, текущему процессу посылается сигнал S I G I N T.

Такое ветвление можно организовать на основании значения, возвращаемого системным Для родительского процесса fork возвращает идентификатор созданного дочернего процесса, а дочерний процесс получает значение, равное 0. Подробнее эти во просы будут рассмотрены в главе 2.

www.books-shop.com Процессы Рис. 1.6. Типичное "дерево" процессов в UNIX Для отправления сигнала служит команда kill — номер или символическое название сигнала, a pid — иден где тификатор процесса, которому посылается сигнал. Администратор систе мы может посылать сигналы любым процессам, обычный же пользователь может посылать сигналы только процессам, владельцем которых он явля ется (реальный и эффективный идентификаторы процесса должны совпа дать с идентификатором Например, чтобы послать процес су, который вы только что запустили в фоновом режиме, сигнал заверше ния выполнения можно воспользоваться командой:

Запустим программу в фоновом режиме $ & По умолчанию команда kill(1) посылает сигнал SIGTERM;

$ kill $!

переменная $! содержит PID последнего процесса, запу щенного в фоновом режиме При получении сигнала процесс имеет три варианта действий для выбора:

1. Он может игнорировать сигнал. Не следует игнорировать сигналы, вы званные аппаратной частью, например, при делении на 0 или ссылке на недопустимые области памяти, так как дальнейшие результаты в отношении данного процесса непредсказуемы.

Точнее, с реальным и эффективным идентификаторами процесса, посылающего Если вы посылаете сигнал командой kill(l), работая в shell, то речь идет о командном ин терпретаторе.

www.books-shop.com 46 Глава I. Работа в операционной системе UNIX 2. Процесс может потребовать действия по умолчанию. Как ни печально, обычно это сводится к завершению выполнения процесса.

3. Наконец, процесс может перехватить сигнал и самостоятельно обрабо тать его. Например, перехват сигнала SIGINT позволит процессу уда лить созданные им временные файлы, короче, достойно подготовиться к "смерти". Следует иметь в виду, что сигналы S I G K I L L и SIGSTOP нельзя ни перехватить, ни игнорировать.

По умолчанию команда посылает сигнал с номером 15 — действие по умолчанию для которого — завершение выполнения процесса, получившего сигнал.

Иногда процесс продолжает существовать и после отправления сигнала SIGTERM. В этом случае можно применить более жесткое средство — по слать процессу сигнал S I G K I L L с номером (9), — поскольку этот сигнал нельзя ни перехватить, ни игнорировать:

$ kill 9 pid Однако возможны ситуации, когда процесс не исчезает и в этом случае.

Это может произойти для следующих процессов:

Процессы зомби. Фактически процесса как такового не существует, осталась лишь запись в системной таблице процессов, поэтому уда лить его можно только перезапуском операционной системы. Зомби в небольших количествах не представляют опасности, однако если их много, это может привести к переполнению таблицы процессов.

Процессы, ожидающие недоступные ресурсы NFS (Network File System), например, записывающие данные в файл файловой системы удаленного компьютера, отключившегося от сети. Эту ситуацию можно преодолеть, послав процессу сигнал SIGINT или Процессы, ожидающие завершения операции с устройством, напри мер, перемотки магнитной ленты.

Сигналы могут не только использоваться для завершения выполнения но и иметь специфическое для приложения (обычно для сис темных демонов) значение (естественно, это не относится к сигналам SIGKILL и SIGSTOP). Например, отправление сигнала SIGHUP серверу имен DNS вызовет считывание базы данных с диска. Для других приложений могут быть определены другие сигналы и соответству ющие им значения.

Более подробно сигналы мы рассмотрим в главах 2 и 3.

между символьными именами и номерами сигналов может отличаться различных версиях UNIX. Команда kill I выводит номера сигналов и их имена.

www.books-shop.com Устройства Как уже отмечалось, UNIX "изолирует" приложения (а значит и пользова теля) от аппаратной части вычислительной системы. Например, в имени файла отсутствует указатель диска, на котором этот файл расположен, а большая часть взаимодействия с периферийными устройствами неотличи ма от операций с обычными файлами.

UNIX предоставляет единый интерфейс различных устройств системы в виде специальных файлов устройств. Специальный файл устройства свя зывает прикладное приложение с драйвером устройства. Каждый специ альный файл соответствует какому либо физическому устройству (напри мер, диску, накопителю на магнитной ленте, принтеру или терминалу) или т. н. псевдоустройству (например, сетевому интерфейсу, пустому уст ройству, сокету или памяти). Вся работа приложения с устройством про исходит через специальный файл, а соответствующий ему драйвер обеспе чивает выполнение операций ввода/вывода в соответствии с конкретным протоколом обмена данными с устройством.

Существует два типа специальных файлов устройств:

Файлы блочных устройств Файлы символьных устройств Файлы блочных устройств Файлы блочных устройств служат интерфейсом к устройствам, обмен дан ными с которыми происходит большими фрагментами, называемыми бло ками. При этом ядро операционной системы обеспечивает необходимую буферизацию. Примером физических устройств, соответствующих этому типу файлов, являются жесткие диски. Приведем фрагмент подробного списка файлов каталога /dev системы Digital UNIX, отражающий файлы для доступа к первому и второму разделам первого диска SCSI:

1 root system 8, 1 Apr 18 11: 1 root system 8, 1 Apr 18 13: Файлы символьных устройств Файлы символьных устройств используются для доступа к устройствам, драйверы которых обеспечивают собственную буферизацию и побайтную передачу данных. В качестве примера устройств с символьным интерфей сом можно привести терминалы, принтеры и накопители на магнитной ленте. Заметим, что одно и то же физическое устройство может иметь как блочный, так и символьный интерфейсы. Для блочных устройств такой интерфейс также называют интерфейсом доступа низкого уровня (raw www.books-shop.com Глава 1. Работа в операционной системе UNIX interface). Так, для побайтного доступа к разделам диска, приведенным в предыдущем примере, используются соответствующие файлы:

11: Apr root system 8, /dev/rrzOb 13: 8, 1 Apr system crw root 18: 13,1 Apr system crw r root 7, 0 Apr 18 15: 1 system root Apr 18 15: 1 system root V, /dev/tty 3, 2 Apr 18 16: bin crw rw rw 1 terminal /dev/tty 3, 3 Apr 18 16: bin crw rw rw 1 terminal Последние три строки списка представляют интерфейс доступа к вирту альной памяти ядра и двум псевдотерминалам.

В поле размера файла (пятая колонка вывода команды у специаль ных файлов устройств выводятся два числа. Это так называемые старшее (major) и младшее (minor) числа. Часто драйвер обслуживает более одного устройства. При этом старшее число указывает ядру на конкретный драй вер (например, драйвер а младшее передается драй веру и указывает на конкретное устройство (например, конкретный псев дотерминал).

Интерфейс файловой системы для взаимодействия с устройством схемати чески представлен на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Взаимодействие с устройством www.books-shop.com Устройства Мнемоника названий специальных файлов устройств в файловой системе UNIX Названия специальных файлов устройств в большой степени зависят от конкретной версии UNIX. Тем не менее в этих названиях присутствует общая логика, позволяющая даже в незнакомой системе определить, какие файлы отвечают за конкретные устройства. Например, имена файлов дос тупа к дисковым устройствам обычно содержат указание на тип диска, номер контроллера, логический номер устройства, раздел диска и т. д. По названию также легко определить, какой вид доступа предоставляет дан ный интерфейс (блочный или символьный).

В качестве примера рассмотрим специальный файл устройства для доступа к разделу диска в операционной системе Solaris:

/dev/dsk/cOt4dOs Данный файл предоставляет блочный интерфейс, а соответствующий ему символьный (или необработанный) файл имеет имя:

/dev/rdsk/cOt4dOs Файлы доступа к дисковым устройствам располагаются в специальных подкаталогах — /dev/dsk (для блочных устройств) и /dev/rdsk (для сим вольных устройств). Такая структура хранения специальных файлов харак терна для систем UNIX версии System V.

Имя файла, характерное для систем версии SVR4, можно представить в общем виде:

sn где k — номер контроллера, / — номер устройства (для устройств SCSI это идентификатор устройства ID), m — номер раздела, — логический но мер устройства (LUN) SCSI.

Таким образом файл устройства /dev/rdsk/cOt4dOs2 обеспечивает доступ к первому разделу (нумерация разделов начинается с 0) диска с LUN=2 первого контроллера.

Такой формат имен файлов в версии SVR4 применяется для всех дисковых устройств и накопителей на магнитной ленте. Иногда для этих стандарт ных имен в файловой системе имеются символические связи с более про стыми названиями. Например, в Solaris имя /dev/sdOa может использовать ся вместо /dev/dsk/cOt3dOs, также обеспечивая доступ к устройству:

root root 12 Oct 31 17:48 /dev/sdOa В SCO UNIX имеются специальные файлы с более простыми именами /dev/root, /dev/usr и т. п, которые предоставляют доступ к разделам диска с такими же именами (root, usr).

piracy@books-shop.com Глава 1. в операционной системе UNIX Более простая мнемоника обнаруживается в именах специальных файлов других устройств. Так, например, параллельный порт в большинстве сис тем имеет имя где п — номер порта (О, 1 и т. д.). Терминальные линии, подключенные к последовательным портам компьютера обознача ются как /dev/ttynn, где является идентификатором линии. В табл. 1. приведены примеры других специальных файлов устройств.

Таблица 1.6. Имена некоторых специальных файлов устройств Общий вид имени Пример Описание доступ к которому обеспечивается через файл Накопитель на магнитной ленте Накопитель на магнитной ленте в режиме без перемотки назад по окончании работы /dev/rstn /dev/rst1 SCSI накопитель на магнитной ленте /dev/cdn /dev/cdO CD ROM /dev/ttypn Псевдотерминал (подчиненный) /dev/ptypn /dev/ptyp5 Псевдотерминал (мастер) Системная консоль Синоним терминальной линии управляю щего терминала для данного процесса Физическая оперативная память Виртуальная память ядра Нулевое устройство — весь вывод на него уничтожается, а при попытке ввода с этого устройства возвращается 0 байтов /dev/zero Нулевое устройство — весь вывод на него уничтожается, а ввод приводит к получе нию последовательности Пользователи системы Прежде чем вы сможете начать работу в UNIX, вы должны стать пользова телем системы, т. е. получить имя, пароль и ряд других атрибутов.

С точки зрения системы, пользователь — не обязательно человек. Пользо ватель является объектом, который обладает определенными правами, мо жет запускать на выполнение программы и владеть файлами. В качестве пользователей могут, например, выступать удаленные компьютеры или группы пользователей с одинаковыми правами и функциями. Такие поль www.books-shop.com Пользователи системы зователи называются псевдопользователями. Они обладают правами на оп ределенные файлы системы и от их имени запускаются задачи, обеспечи вающие ту или иную функциональность UNIX.

Как правило, большинство пользователей являются реальными людьми, которые регистрируются в системе, запускают те или иные программы, короче говоря, используют UNIX в своей работе.

В системе существует один пользователь, обладающий неограниченными правами. Это суперпользователь или администратор системы.

Каждый пользователь системы имеет уникальное имя (или регистрационное имя — login name). Однако система различает пользователей по ассоцииро ванному с именем идентификатору пользователя или (User Identifier).

Понятно, что идентификаторы пользователя также должны быть уникаль ными. Пользователь является членом одной или нескольких групп — спи сков пользователей, имеющих сходные задачи (например пользователей, работающих над одним проектом). Принадлежность к группе определяет дополнительные права, которыми обладают все пользователи группы. Ка ждая группа имеет уникальное имя (уникальное среди имен групп, имя группы и пользователя могут совпадать), но как и для пользователя, внут ренним представлением группы является ее идентификатор (Group Identifier). В конечном счете UID и GID определяют, какими правами об ладает пользователь в системе.

Вся информация о пользователях хранится в файле Это обыч ный текстовый файл, право на чтение которого имеют все пользователи системы, а право на запись имеет только администратор (суперполь зователь). В этом файле хранятся пароли пользователей, правда в рованном виде. Подобная открытость — недостаток с точки зрения без опасности, поэтому во многих системах зашифрованные пароли хранятся в отдельном закрытом для чтения и записи файле /etc/shadow.

Аналогично, информация о группах хранится в файле /etc/group и содер жит списки пользователей, принадлежащих той или иной группе.

Атрибуты пользователя Как правило, все атрибуты пользователя хранятся в файле /etc/passwd. В конечном итоге, добавление пользователя в систему сводится к внесению в файл /etc/passwd соответствующей записи. Однако во многих системах информация о пользователе хранится и в других местах (например, в спе циальных базах данных), поэтому создание пользователя простым редак тированием файла /etc/passwd может привести к неправильной регистра ции пользователя, а иногда и к нарушениям работы системы. Вместо этого при возможности следует пользоваться специальными утилитами, постав ляемыми с системой. Более подробно мы поговорим об этом при обсужде нии задач администрирования UNIX в конце этой главы.

www.books-shop.com Глава 1. Работа в операционной UNIX Сейчас же наша задача — разобраться, какую информацию хранит система о пользователе. Для этого рассмотрим фрагмент файла no Каждая строка файла является записью конкретного пользователя и имеет следующий формат:

— всего семь полей (атрибутов), разделенных двоеточиями.

Рассмотрим подробнее каждый из атрибутов:

name Регистрационное имя пользователя. Это имя пользова тель вводит в ответ на приглашение системы login. Для небольших систем имя пользователя достаточно произ вольно. В больших системах, в которых зарегистриро ваны сотни пользователей, требования уникальности заставляют применять определенные правила выбора имен.

Пароль пользователя в закодированном виде. Алгорит мы кодирования известны, но они не позволяют деко дировать пароль. При входе в систему пароль, который вы набираете, кодируется, и результат сравнивается с полем passwd encod. В случае совпадения пользовате лю разрешается войти в систему.

Даже в закодированном виде доступность пароля пред ставляет некоторую угрозу для безопасности системы.

Поэтому часто пароль хранят в отдельном файле, а в поле passwd encod ставится символ 'х' (в некоторых системах '!').

Пользователь, в данном поле которого стоит символ '*', никогда не сможет попасть в систему. Дело в том, что алгоритм кодирования не позволяет символу '*' поя виться в закодированной строке. Таким образом, совпа дение введенного и затем закодированного пароля и '*' невозможно. Обычно такой пароль имеют псевдополь зователи.

www.books-shop.com Пользователи Идентификатор пользователя является внутренним UID представлением пользователя в системе. Этот иденти фикатор наследуется задачами, которые запускает поль зователь, и файлами, которые он создает. По этому идентификатору система проверяет пользовательские права (например, при запуске программы или чтении файла). Суперпользователь имеет UID = 0, что дает ему неограниченные права в системе.

Определяет идентификатор первичной группы пользова GID теля. Этот идентификатор соответствует идентификато ру в файле /etc/group, который содержит имя группы и полный список пользователей, являющихся ее членами.

Принадлежность пользователя к группе определяет до полнительные права в системе. Группа определяет об щие для всех членов права доступа и тем самым обес печивает возможность совместной работы (например, совместного использования файлов).

comments Обычно, это полное "реальное" имя пользователя. Это поле может содержать дополнительную информацию, например, телефон или адрес электронной почты. Не которые программы (например, и почтовые системы) используют это поле.

Домашний каталог пользователя. При входе в систему пользователь оказывается в этом каталоге. Как правило, пользователь имеет ограниченные права в других частях файловой системы, но домашний каталог и его подка талоги определяют область файловой системы, где он является полноправным хозяином.

Имя программы, которую UNIX использует в качестве командного интерпретатора. При входе пользователя в систему UNIX автоматически запустит указанную про грамму. Обычно это один из стандартных командных ин терпретаторов (Bourne shell), (C shell) или shell), позволяющих пользователю вводить команды и запускать задачи. В принципе, в этом поле может быть указана любая программа, например, ко мандный интерпретатор с ограниченными функциями (restricted shell), клиент системы управления базой дан ных или даже редактор. Важно то, что, завершив выпол нение этой задачи, пользователь автоматически выйдет из системы. Некоторые системы имеют файл /etc/shells, содержащий список программ, которые могут быть ис пользованы в качестве командного интерпретатора.

www.books-shop.com 54 Глава 1. Работа в операционной системе Пароли Наличие пароля позволяет защитить ваши данные, а возможно (если вы — суперпользователь) и всю систему в целом. Уточним: наличие хорошего пароля, потому что неверно выбранный пароль — серьезная брешь в безо пасности системы. Поэтому мы более подробно остановимся на основных рекомендациях по выбору пароля.

Назначить или изменить пароль можно командой Обычный пользователь может изменить свой пароль, администратор может назна чить пароль любому пользователю.

Перед запуском программы стоит держать в голове общее прави ло выбора пароля: пароль должен хорошо запоминаться и быть трудным для подбора.

Не рекомендуется записывать пароль, его необходимо запомнить. Собствен ная фамилия, кличка любимой собаки, год и месяц рождения, безусловно, легки для запоминания, но такие пароли нетрудно подобрать. Многие сис темы предлагают пароль, сгенерированный самой системой. Предполагается, что он совершенно лишен какого либо смысла, т. е. не содержит имен, на званий и вообще каких либо произносимых слов. Хотя система предлагает его в виде, удобном для запоминания, это не всегда помогает.

Если по правилам работы в вашей системе можно самостоятельно выбрать постарайтесь подобрать что нибудь, что легче будет запомнить. Ни когда не используйте примеры паролей, приводимые в книгах и руковод ствах (чтобы не было искушения, в этой книге примеры не приводятся).

Многие системы требуют, чтобы пароль удовлетворял следующим требо ваниям:

длина пароля не должна быть меньше шести символов;

пароль должен включать по крайней мере 2 алфавитных символа и одну цифру или специальный символ;

пароль должен содержать хотя бы 3 символа, не встречавшихся в вашем предыдущем пароле.

Пароли играют значительную роль в обеспечении безопасности системы.

Общие рекомендации, адресованные прежде всего администраторам, мож но свести к следующим:

1. В системе не должно существовать незащищенных пользовательских входов. Это относится как к пользовательским входам без пароля, так и ко входам пользователей, покинувших систему. Если пользователь длительное время не работает в системе, удалите его запись или хотя бы защитите его вход символом '*' в поле пароля.

2. Если ваша система допускает, установите минимальную длину пароля.

В зависимости от требований безопасности в системе это число может варьироваться от 8 до 12.

www.books-shop.com Пользователи системы Всегда меняйте пароль в следующих случаях:

• если кто либо узнал ваш пароль.

• если пользователь больше не работает в вашей системе, все па роли, которые он знал, должны быть изменены.

• если меняется администратор системы, должны быть изменены все системные пароли.

• если у вас появилось подозрение, что файл паролей был считан по сети, будет разумным сменить все пароли в системе.

4. Пароль администратора должен периодически меняться, независимо от обстоятельств.

5. Это может показаться странным, но не стоит заставлять пользователей менять пароли чересчур часто. Скорее всего, в этом случае пользова тель выберет не лучший пароль. Но менять пароли все же следует.

Частота смены зависит от степени доступности вашей системы (изоли рованная станция, сервер с сетевым доступом, наличие сетевых экра нов).

Не преуменьшайте роль паролей в системе.

Стандартные пользователи и группы После установки UNIX обычно уже содержит несколько зарегистрирован ных пользователей. Перечислим основные из них (в разных версиях сис темы UID этих пользователей могут незначительно отличаться):

Имя Пользователь root Суперпользователь, администратор системы, UID=0. Пользователь с этим именем имеет неограниченные полномочия в системе. Для него не проверяются права доступа, и таким образом он имеет все "рычаги" для управления системой. Для выполнения большинства функций ад министрирования требуется вход именно с этим именем. Следует отме тить, что root — это только имя. На самом деле значение имеет UID.

Любой пользователь с UID=0 имеет полномочия суперпользователя Псевдопользователь, владеющий файлами системы ведения журналов bin Обычно это владелец всех исполняемых файлов, являющихся коман дами UNIX cron Псевдопользователь, владеющий соответствующими файлами, от име ни которого выполняются процессы подсистемы запуска программ по расписанию или Псевдопользователь, от имени которого выполняются процессы систе мы печати, владеющий соответствующими файлами news Псевдопользователь, от имени которого выполняются процессы систе мы телеконференций www.books-shop.com 56 Глава Работа в операционной системе UNIX (продолжение) Имя Пользователь nobody Псевдопользователь, используемый в работе NFS uucp Псевдопользователь подсистемы copy (uucp), позволяю щей передавать почтовые сообщения и файлы между UNIX хостами Новая система также содержит ряд предустановленных групп. Поскольку группы, как правило, менее значимы, приведем лишь две категории:

Имя Группа root или wheel Административная группа, GID= user или users или staff Группа, в которую по умолчанию включаются все обычные пользователи UNIX Пользовательская среда UNIX Сегодня характер работы в UNIX существенно отличается от того, каким он был, скажем, пятнадцать лет назад. Графический многооконный интерфейс, миллионы цветов, системы меню, техника drag and drop, — все это, казалось бы, стирает различия в работе с UNIX и, например, с Windows NT. Но взгляните внимательнее на экран монитора — и вы обязательно найдете хо тя бы одно окно простого алфавитно цифрового терминала.

Это — базовая пользовательская среда. Интерфейс командной строки мо жет показаться безнадежно устаревшим, но в случае с UNIX это — самый непосредственный способ выполнения множества небольших задач адми нистрирования. И программа, с которой вы рано или поздно столкне тесь, — командный интерпретатор shell. Поэтому здесь мы рассмотрим ба зовый пример работы в UNIX — использование командной строки интер претатора shell.

Командный интерпретатор shell Все современные системы UNIX поставляются по крайней мере с тремя командными интерпретаторами: Bourne shell С shell и shell Существует еще несколько интерпретаторов, напри мер shell (bash), со сходными функциями.

Командный интерпретатор занимает важное место в операционной систе ме UNIX, прежде всего, благодаря следующим обстоятельствам:

www.books-shop.com Пользовательская UNIX 1. Первая программа, с которой по существу начинается работа пользо вателя, — shell. В UNIX реализуется следующий сценарий работы в системе (рис. 1.8):

• При включении терминала активизируется процесс который является сервером терминального доступа и запускает программу которая, в свою очередь, запрашивает у пользователя имя и пароль.

• Если пользователь зарегистрирован в системе и ввел правиль ный пароль, запускает программу, указанную в послед В принципе нем поле записи пользователя в файле это может быть любая программа, но в нашем случае — это ко мандный интерпретатор shell.

• Shell выполняет соответствующий командный файл инициали зации, и выдает на терминал пользователя приглашение. С этого момента пользователь может вводить команды.

• Shell считывает ввод пользователя, производит синтаксический анализ введенной строки, подстановку шаблонов и выполняет действие, предписанное пользователем (это может быть запуск программы, выполнение внутренней функции интерпретатора) или сообщает об ошибке, если программа или функция не най дены.

• По окончании работы пользователь завершает работу с интер претатором, вводя команду exit, и выходит из системы.

2. Командный интерпретатор является удобным средством программиро вания. Синтаксис языка различных командных интерпретаторов не сколько отличается, в качестве базового мы рассмотрим командный интерпретатор Bourne. С помощью shell вы можете создавать сложные программы, конструируя их, как из кирпичиков, из существующих утилит UNIX. Программы на языке shell часто называют скриптами или сценариями (script). Интерпретатор считывает строки из файла скрипта и выполняет их, как если бы они были введены пользовате лем в командной строке.

Как уже упоминалось, при входе пользователя в систему запускается его скрипт, выполняющий несколько функций:

установку пути поиска программ, инициализацию терминала, опреде ление расположения почтового ящика. Помимо этого может быть вы полнен целый ряд полезных действий, — например, установка при глашения. Скорее всего вам придется "покопаться" в этом скрипте, по крайней мере, чтобы добавить необходимые пути поиска. Инициали зационный скрипт находится в домашнем каталоге пользователя.

В данном разделе мы не останавливаемся на подробностях запуска Эти вопросы будут рассмотрены позднее в главе 3.

www.books-shop.com Глава 1. в операционной системе UNIX Для разных командных интерпретаторов используются различные скрипты инициализации:

Скрипт инициализации Командный интерпретатор Bourne shell (sh) и С shell (csh) и Korn shell (ksh) и Bourne Again shell (bash) Скрипты и выполняются при первом входе в систему.

Скрипты и выполняются при каждом запуске ин терпретатора.

Рис. 1.8. Процессы, обеспечивающие вход пользователя в систему www.books-shop.com UNIX 4. Наконец, основная инициализация операционной системы происхо дит в результате выполнения скриптов shell. Если вам понадобится модифицировать процесс инициализации (например, добавить новый системный сервис), то придется заглянуть в эти скрипты.

Синтаксис языка Bourne shell Любой из стандартных командных интерпретаторов имеет развитый язык программирования, позволяющий создавать командные файлы, или скрипты, для выполнения достаточно сложных задач. Следует, однако, иметь в виду, что shell является интерпретатором, он последовательно счи тывает команды из скрипта и выполняет их, как если бы они последова тельно вводились пользователем с терминала. При таком характере работы трудно ожидать большой производительности от скриптов, однако их эф фективность определяется простотой и наглядностью. Если же производи тельность программы играет главную роль, то самым эффективным сред ством по прежнему остается язык программирования С.

В этом разделе приведены сведения о языке Bourne shell, достаточные, чтобы разобраться в системных скриптах и написать простейшие скрипты.

Данное описание ни в коем случае не претендует на полное руководство по программированию на языке командного интерпретатора.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.