Операционная система UNIX

     Операционная  система UNIX

     История создания и основание  операционной системы UNIX.

     История ОС UNIX неразрывно связаны с американской компанией AT&T Bell Laboratories и прославленными именами сотрудников этой фирмы Кэна Томпсона, Денниса Ричи и Брайана Кернигана.

     С 1965 по 1969 г. фирма Bell Labs совместно с компанией General Electric и группой исследователей из Массачусетского технологического института участвовала в проекте ОС Multics. Эта операционная система, хотя и не была полностью доведена до стадии коммерческого продукта, обогатила мировое сообщество системных программистов массой ценных идей, многие из которых сохраняют свою актуальность по сей день и используются применительно не только к операционным системам. Основным недостатком ОС Multics, который, по всей видимости, и помешал довести систему до уровня программного продукта, была ее чрезмерная сложность.

     Оставив проект Multics, немногочисленная группа сотрудников Bell Labs решила разработать свою собственную простую операционную систему, пригодную для их собственных нужд. С этого и началась ОС UNIX. Название UNIX было придумано Брайаном Керниганом для простейшей операционной системы, работавшей на PDP 7 (1970 г.). Эта система была написана на языке ассемблера и была мало похожа на современный UNIX: сохранились только общие подходы к логической организации файловой системы и управлению процессами, а также некоторые утилиты для работы с файлами.

     В 1971 г. система была переписана (все  еще на языке ассемблера) для более  мощной ЭВМ PDP 11/20. В первой версии ОС UNIX для PDP 11 были воплощены уже почти  все идеи, признаваемые теперь как  основа UNIX. Отсутствовал только механизм взаимодействия процессов через  программные каналы (pipe), но и этот механизм появился во второй версии системы. Параллельно с этим велась разработка языка программирования, пригодного для написания операционных систем. На основе существовавшего к этому времени языка BCPL был создан популярнийший теперь язык Си.

     И, наконец, в 1973 г. ОС UNIX была переписана на языке Си. Основными разработчиками этого варианта системы были Томпсон  и Ритчи. Широкое распространение получила шестая версия UNIX (1975 г.), но подлинную революцию произвела разработка седьмой версии, которая стала первой по- настоящему мобильной версией системы. Это было продемонстрировано прежде всего самими разработчиками, осуществившими успешный перенос системы с 16- разрядной PDP 11 на 32-разрядную ЭВМ Interdata 8/32 (1977 г.). C 1979 г. UNIX Version 7 начала активно распространяться и была перенесена на множество разнообразных ЭВМ.

     Важным  этапом в истории OC UNIX явилась разработка версии системы для ЭВМ VAX 11/780 (UNIX 32V). Эта работа была выполнена сотрудниками Bell Labs Джоном Рейзером и Томом Лондоном и получила дальнейшее развитие в Калифорнийском университете (г. Беркли) в серии BSD UNIX. В дальнейшем история ОС UNIX развивалась весьма бурно, так что проследить все детали затруднительно. В настоящее время с тематикой ОС UNIX связано множество коммерческих фирм и исследовательских организаций. Среди них имеются и организации, разрабатывающие новые варианты системы, и фирмы, занимающиеся исключительно переносом существующих вариантов на новые ЭВМ

     Основные  понятия операционной системы UNIX.

     Одним из достоинств ОС UNIX является то, что  система базируется на небольшом  числе интуитивно ясных понятий. Однако, несмотря на простоту этих понятий, к ним нужно привыкнуть. Без  этого невозможно понять существо ОС UNIX.

     2.1 Пользователь.

     С самого начала ОС UNIX замышлялась как  интерактивная система. Другими  словами, UNIX предназначен для терминальной работы. Чтобы начать работать, человек должен "войти" в систему, введя со свободного терминала свое учетное имя (account name) и, возможно, пароль (password). Человек, зарегистрированный в учетных файлах системы, и, следовательно, имеющий учетное имя, называется зарегистрированным пользователем системы. Регистрацию новых пользователей обычно выполняет администратор системы. Пользователь не может изменить свое учетное имя, но может установить и/или изменить свой пароль. Пароли хранятся в отдельном файле в закодированном виде. Не забывайте свой пароль, снова узнать его не поможет даже администратор!

     Все пользователи ОС UNIX явно или неявно работают с файлами. Файловая система  ОС UNIX имеет древовидную структуру. Промежуточными узлами дерева являются каталоги со ссылками на другие каталоги или файлы, а листья дерева соответствуют  файлам или пустым каталогам. Каждому  зарегистрированному пользователю соответствует некоторый каталог  файловой системы, который называется "домашним" (home) каталогом пользователя. При входе в систему пользователь получает неограниченный доступ к своему домашнему каталогу и всем каталогам и файлам, содержащимся в нем. Пользователь может создавать, удалять и модифицировать каталоги и файлы, содержащиеся в домашнем каталоге. Потенциально возможен доступ и ко всем другим файлам, однако он может быть ограничен, если пользователь не имеет достаточных привилегий.

     2.2. Интерфейс пользователя.

     Традиционный  способ взаимодействия пользователя с  системой UNIX основывается на использовании  командных языков (правда, в настоящее  время все большее распространение  получают графические интерфейсы). После входа пользователя в систему  для него запускается один из командных  интерпретаторов (в зависимости  от параметров, сохраняемых в файле /etc/passwd). Обычно в системе поддерживается несколько командных интерпретаторов с похожими, но различающимися своими возможностями командными языками. Общее название для любого командного интерпретатора ОС UNIX - shell (оболочка), поскольку любой интерпретатор представляет внешнее окружение ядра системы.

     Вызванный командный интерпретатор выдает приглашение на ввод пользователем  командной строки, которая может  содержать простую команду, конвейер команд или последовательность команд. После выполнения очередной командной  строки и выдачи на экран терминала  или в файл соответствующих результатов, shell снова выдает приглашение на ввод командной строки, и так до тех пор, пока пользователь не завершит свой сеанс работы путем ввода команды logout или нажатием комбинации клавиш Ctrl-d.

     Командные языки, используемые в ОС UNIX, достаточно просты, чтобы новые пользователи могли быстро начать работать, и  достаточно мощны, чтобы можно было использовать их для написания сложных  программ. Последняя возможность  опирается на механизм командных  файлов (shell scripts), которые могут содержать произвольные последовательности командных строк. При указании имени командного файла вместо очередной команды интерпретатор читает файл строка за строкой и последовательно интерпретирует команды.

     2.3. Привилегированный  пользователь

     Ядро  ОС UNIX идентифицирует каждого пользователя по его идентификатору (UID - User Identifier), уникальному целому значению, присваиваемому пользователю при регистрации в системе. Кроме того, каждый пользователь относится к некоторой группе пользователей, которая также идентифицируется некоторым целым значением (GID - Group IDentifier). Значения UID и GID для каждого зарегистрированного пользователя сохраняются в учетных файлах системы и приписываются процессу, в котором выполняется командный интерпретатор, запущенный при входе пользователя в систему. Эти значения наследуются каждым новым процессом, запущенным от имени данного пользователя, и используются ядром системы для контроля правомощности доступа к файлам, выполнения программ и т.д.

     Понятно, что администратор системы, который, естественно, тоже является зарегистрированным пользователем, должен обладать большими возможностями, чем обычные пользователи. В ОС UNIX эта задача решается путем  выделения одного значения UID (нулевого). Пользователь с таким UID называется суперпользователем (superuser) или root. Он имеет неограниченные права на доступ к любому файлу и на выполнение любой программы. Кроме того, такой пользователь имеет возможность полного контроля над системой. Он может остановить ее и даже разрушить.

     В мире UNIX считается, что человек, получивший статус суперпользователя, должен понимать, что делает. Суперпользователь должен хорошо знать базовые процедуры администрирования ОС UNIX. Он отвечает за безопасность системы, ее правильное конфигурирование, добавление и исключение пользователей, регулярное копирование файлов и т.д.

     Еще одним отличием суперпользователя от обычного пользователя ОС UNIX является то, что на суперпользователя не распространяются ограничения на используемые ресурсы. Для обычных пользователей устанавливаются такие ограничения как максимальный размер файла, максимальное число сегментов разделяемой памяти, максимально допустимое пространство на диске и т.д. Суперпользователь может изменять эти ограничения для других пользователей, но на него они не действуют.

     2.4. Программы

     ОС UNIX одновременно является операционной средой использования существующих прикладных программ и средой разработки новых приложений. Новые программы  могут писаться на разных языках (Фортран, Паскаль, Модула, Ада и др.). Однако стандартным языком программирования в среде ОС UNIX является язык Си (который  в последнее время все больше заменяется на Си++). Это объясняется тем, что во-первых, сама система UNIX написана на языке Си, а, во-вторых, язык Си является одним из наиболее качественно стандартизованных языков.

     2.5. "Процесс" и  "файл".

     Процессы  являют собой динамическую сторону  системы, это субьекты; а файлы - статическую, это обьекты действия процессов. Почти весь интерфейс взаимодействия процессов с ядром и друг с другом выглядит как запись/чтение файлов. /* Хотя надо добавить такие вещи, как сигналы, разделяемая память и семафоры. */

     Процессы  нельзя путать с программами - одна программа (как правило с различными данными) может выполняться в разных процессах. Процессы можно весьма условно разделить на два типа - задачи и демоны. Задача - это процесс, который выполняет свою работу, стремясь побыстрее закончить ее и завершиться. Демон ждет событий, которые он должен обработать, обрабатывает произошедшие события и снова ждет; завершается он как правило по приказу другого процесса, чаще всего его убивает пользователь, дав команду "kill номер_процесса".

     2.6. Комадный интерпретатор

     В Unix практически всегда входят два командных интерпретатора - sh (shell) и csh (C-подобный shell). Кроме них еще бывают bash (Bourne), ksh (Korn), и другие.

     Все команды, кроме изменения текущей  директории, установки переменных окружения (environment) и операторов структурного программирования - внешние программы. Программы эти как правило располагаются в каталогах /bin и /usr/bin. Программы системного администрирования - в каталогах /sbin и /usr/sbin.

     Команда состоит из имени запускаемой  программы и аргументов. Аргументы  отделяются от имени команды и  друг от друга пробелаим и табуляциями. Некоторые спецсимволы интерпретируются самим shell'ом. Спецсимволами являются " ' ` \ ! $ ^ * ? < > | & ; .

     В одной командной строке можно  дать несколько команд. Команды могут  быть разделены: ; (последовательное выполнение команд), & (асинхронное выполнение команд), | (синхронное выполнение, стандартный вывод stdout первой команды будет подан на стандартный ввод stdin второй).

     Руководства - man:

     Если  надо получить информацию по какой-либо команде, дайте команду "man имя_команды". На экран это будет выдаваться через программу "more" - посмотрите, как с ней управляться на вашем Unix'е командой `man more`.

     Основные  функции и компоненты системы UNIX

     3.1.Функции.

     Операционная  система UNIX - это набор программ, который управляет компьютером, осуществляет связь между вами и  компьютером и обеспечивает вас  инструментальными средствами, чтобы  помочь вам выполнить вашу работу. Разработанная, чтобы обеспечить легкость, эффективность и гибкость программного обеспечения, система UNIX имеет несколько  полезных функций:

     основная  цель системы - это выполнять широкий  спектр заданий и программ;

     интерактивное окружение, которое позволяет вам  связываться напрямую с компьютером  и получать немедленно ответы на ваши запросы и сообщения;

     многопользовательское окружение, которое позволяет вам  разделять ресурсы компьютера с  другими пользователями без уменьшения производительности. Этот метод называется разделением времени. Система UNIX взаимодействует  с пользователями поочередно, но так  быстро, что кажется, что взаимодействует  со всеми пользователями одновременно;

     многозадачное окружение, которое позволяет вам  выполнять более одного задания  в одно и тоже время.

     3.2 .Компоненты.

     Система UNIX имеет 4 основных компонента:

     ядро  -это программа, которая образует ядро операционной системы; она координирует внутренние функции компьютера ( такие как размещение системных ресурсов). Ядро работает невидимо для вас;