Операционные системы, среды и оболочки Особенности операционных систем семейства UNIX

Краткие сведения о развитии ОС UNIX ОС UNIX появилась в конце 60-х годов, как операционная система для мини-ЭВМ PDP-7. Активное участие в разработке приняли Кеннет Томсон и Деннис Ритчи. Особенностями ОС UNIX стали: многопользовательский режим, новая архитектура файловой системы и др. В 1973 году большая часть ядра ОС была переписана на новом языке C. С 1974 года ОС UNIX распространяется в университетах США в исходных кодах.

Версии UNIX С самого начала распространения UNIX в американских университетах начали появляться различные версии ОС. Для упорядочивания фирма AT&T в 1982 объединила несколько версий в одну назвала вариант ОС – System III. В 1983 году была выпущена коммерческая версия – System V. В 1993 году AT&T продала свои права на UNIX фирме Novell, которая далее консорциуму X/Open и Santa Cruz Operation (SCO). Другая линия ОС UNIX – BSD разрабатывается в Калифорнийском университете (Беркли). Существуют бесплатные версии FreeBSD, OpenBSD. К семейству OSF/1 – Open Software Foundation – относятся ОС консорциума IBM, DEC и Hewlett Packard. К числу ОС данного семейства относятся – HP-UX, AIX, Digital UNIX.

Бесплатные версии ОС семейства UNIX Существует большое количество бесплатных версий UNIX. FreeBSD, NetBSD, OpenBSD – варианты, разрабатываемые на основе ОС BSD. Наиболее популярное семейство бесплатных UNIX-систем – это системы семейства Linux. Первый вариант Linux был разработан Линусом Торвальдсом в 1991 г. В настоящее время существует несколько вариантов Linux: Red Hat, Mandrake, Slackware, SuSE, Debian.

Общие черты UNIX-систем Различные варианты UNIX обладают рядом общих черт: Мультипрограммная обработка в режиме разделения времени, основанная на вытесняющей многозадачности; Поддержка многопользовательского режима; Использование механизмов виртуальной памяти и свопинга; Иерархическая файловая система; Унификация операций ввода/вывода на основе расширенного использования понятия файл; Переносимость системы; Наличие сетевых средств взаимодействия.

Достоинства UNIX-систем К числу достоинств ОС семейства UNIX относят: Переносимость; Эффективная реализация многозадачности; Открытость; Наличие и строгое соблюдение стандартов; Единая файловая система; Мощный командный язык; Наличие значительного числа программных продуктов; Реализация стека протокола TCP/IP; Возможность работы в роли сервера или рабочей станции.

Серверы на основе UNIX Сервер – компьютер, обрабатывающий запросы других компьютеров в сети и предоставляющий собственные ресурсы для хранения, обработки и передачи данных. Сервер под управлением UNIX может выполнять следующие роли: Файловый сервер; Web-сервер; Почтовый сервер; Сервер дистанционной регистрации (аутентификации); Вспомогательные серверы Web-служб (DNS, DHCP); Сервер доступа к сетям Интернет.

Управление компьютером под управлением UNIX При работе с UNIX-системой в режиме сервера, как правило, используется режим удаленного доступа с помощью некоторой терминальной программы. Сеанс работы начинается с ввода регистрационного имени и пароля доступа.

Управление компьютером под управлением UNIX Часто для решения задач управления сервером ограничиваются командным режимом работы. В этом случае, для управления используется ввод специальных команд в командную строку в специальном формате. Командная строка имеет специальное приглашение, например: -bash-2.05b$ Общий вид команды: -bash-2.05b$ команда [опции] [параметры] Например, вызов справки по ОС имеет вид: -bash-2.05b$ man [ключи] [тема] Для вызова справки по использованию команды man введите -bash-2.05b$ man man

Интерпретация командной строки При вводе команд используются следующие соглашения: Первое слово в командной строке является именем команды; Остальные слова – аргументы. Среди аргументов выделяются ключи (опции) – предопределенные для каждой команды слова (символы), начинающиеся с одной (краткий формат) или пары дефисов (длинный формат). Например: -bash-2.05b$ tar –c –f arch.tar *.c -bash-2.05b$ tar - -create - -file=arch.tar *.c При задании опций они могут объединятся. Например следующие команды равноправны: -bash-2.05b$ ls –a –l -bash-2.05b$ ls –l –a -bash-2.05b$ ls –al Другие аргументы указывают на объекты, над которыми выполняются операции.

Переменные оболочки При работе в системе существует способ передачи параметров в программы, кроме использования ключей командной оболочки, – использование переменных окружения. Для задания переменной окружения используется команда set. Формат команды: -bash-2.05b$ set имя_переменной=значение Удаление переменной окружения выполняется командой unset. Для обращения к значению переменной используется обозначение $имя_переменной, например команда: -bash-2.05b$ echo $PATH - выведет значение переменной PATH.

Примеры переменных окружения, используемых в командной оболочке bash Ряд переменных окружения определены в командных оболочках. Примеры таких переменных в bash: 0 – имя оболочки или исполняющегося командного файла # - число аргументов номер – аргумент командной строки с соответствующим номером ? – код завершения предыдущем команды PS1 – формат приглашения командной строки PATH – содержит перечень каталогов, в которых выполняется поиск исполняемых файлов HOME – содержит полное имя домашнего каталога PWD – содержит полное имя текущего каталога USER – содержит имя пользователя

Специальные символы командной оболочки При использовании командной оболочки, можно использовать некоторые специальные символы: ; - используется для задания списка команд, обрабатываемых последовательно | - используется для задания конвейера, используется для перенаправления стандартного вывода первой команды, на стандартный ввод второй > - используется для перенаправления стандартного вывода программы в указанный файл < - используется для перенаправления стандартного ввода

Файловая система ОС UNIX Файл – именованная область на внешнем носителе данных, используемая для хранения некоторой информации. В UNIX файл имеет более общее толкование. Файл – источник данных, которые могут быть считаны, или объект, куда могут быть записаны данные. В качестве файлов могут выступать, например, клавиатура или принтер, подключенный к параллельному порту. Для упорядочивания операций с файлами используется понятие каталога – структуры, объединяющей группу файлов и других каталогов. Файловая система – иерархическая структура, описывающая схему подчинения файлов и каталогов, размещаемых на носителе.

Особенности файловой системы FreeBSD FreeBSD использует используется файловая система FFS (Fast File System), по-другому – UFS. Свойства файловой системы: управление владельцем файла; управление правами доступа; использование специальных флагов (например, указание типа файла – каталог, ссылка и т.п.); управление характеристиками файлов (имена файлов, временные отметки и т.п.).

Структура файловой системы Загрузочный блок – один или несколько секторов в начале раздела. Хранит название раздела и программный код, при старте запускающий ядро ОС в память компьютера. Суперблок – содержит общую информацию о файловой системе как совокупности файлов на данном разделе жесткого диска (размер радела UNIX, число свободных и занятых блоков и индексных дескрипторов флаг целостности файловой системы). Таблица индексных дескрипторов хранит дескрипторы файлов. Дескриптор содержит сведения о файле, размещении файла диске, права доступа к файлу, UID владельца файла, GID группы файла, временные метки файла. Файлы и каталоги. Каталоги образуют древовидную структуру.

Типы файлов ОС UNIX В ОС используются следующие типы файлов: обычный файл – используются для хранения информации; каталог – содержит имена файлов, относящихся к данному каталогу; специальный файл устройства – обеспечивает доступ к некоторому устройству; именованный канал – используется для обмена данными между процессами; ссылка – для создания связи между данными, хранящимися в разных файлах; сокет – для организации обмена данных между процессами, существует только пока на него ссылается хотя бы один процесс.

Монтирование файловой системы Доступ к разделу на носителе информации обеспечивается монтированием раздела в общую файловую систему. Монтирование обозначается определением файла устройства и точкой монтирования. При старте системы программа mount запускается стартовым скриптом и автоматически монтирует системы указанные в файле /etc/fstab. Команда монтирования раздела: mount файл_устройства точка_монтирования

Атрибуты файла Для управления доступом к файлу используются специальные атрибуты, определяющие права доступа – биты доступа. Класс доступа задается числовым идентификатором, определяющимся следующим образом: Для каждой категории задается трехзначное двоичное число: старший разряд определяет право на чтение; второй разряд определяет право на запись; младший разряд – на выполнение данного файла. Категории определяются следующим образом: первая категория – владелец файла вторая категория – группа владельца третья категория –остальные пользователи ВладелецГруппаОстальныеЗначение RWXRWXRWX

Команды манипулирования файлами Базовые операции с файлами: cd – изменение текущего каталога; ls – вывод списка файлов; cp – копирование файлов; mv – перемещение файлов; rm – удаление файлов; mkdir – создание каталога; rmdir – удаление каталога; ln – создание ссылки на файл; chmod – команда изменения атрибутов; chown – команда изменения собственника.

Структура файловой системы UNIX Файловая система UNIX имеет иерархическую структуру, расширяемую до сетевой с помощью ссылок. В системе имеется единственный корневой каталог обозначаемый специальным символом /. Все прочие каталоги размещаются в нем или его подкаталогах. Некоторые каталоги системы: /bin – содержит часто употребляемые команды; /lib – содержит файлы библиотек Си; /home – содержит домашние каталоги пользователей; /usr – содержит подкаталоги с файлами совместного использования; /var – содержит временные файлы; /sbin – содержит системные утилиты; /root – домашний каталог супервизора; /etc – содержит конфигурационные файлы системы; /dev – содержит специальные файлы устройств.

Процессы в ОС UNIX Процесс в ОС создается в процессе запуска приложения со стороны пользователя или самой ОС. Для каждого процесса ОС характерны совокупность набора команд процессора и ассоциированных ресурсов – адресное пространство, стеки, используемые файлы и устройства ввода- вывода и т.п. Многозадачность ОС означает, что одновременно исполняется множество процессов и задача операционной системы корректно распределить множество имеющихся ресурсов. Различают: независимые процессы – используют ресурсы, но не обмениваются информацией; взаимодействующие процессы – обмениваются информацией, либо их выполнение синхронизировано. Процессы взаимодействуют с помощью специальных механизмов: сигналы; программные каналы; разделяемая память; семафоры; сообщения; общие файлы.

Атрибуты процесса Каждый процесс характеризуется набором атрибутов. К их числу относятся: PID – идентификатор процесса PPID – идентификатор родительского процесса UID, GID – идентификаторы пользователя и группы TT – управляющий терминал (процессы не связанные с управляющими терминалами называются демонами) SID – идентификатор сессии, устанавливается равным PID лидера сессии; NICE – приоритет процесса (относительный приоритет) TIME – процессорное время.

Атрибуты процесса Таблица, содержащая список процессов имеет примерно следующий вид: USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TT STAT STARTED TIME COMMAND dima p0 R+ 3:15PM 0: bash (bash) root ?? ILs Tue12PM 0:00.04 /sbin/init -- root ?? DL Tue12PM 0:00.31 (pagedaemon) root ?? DL Tue12PM 0:00.00 (vmdaemon) root ?? DL Tue12PM 0:01.24 (bufdaemon) root ?? DL Tue12PM 0:01.81 (vnlru) root ?? DL Tue12PM 1:35.73 (syncer) root ?? Ss Tue12PM 0:21.35 /sbin/natd -u -m - root ?? Is Tue12PM 0:01.17 /usr/sbin/syslogd root ?? Is Tue12PM 0:00.02 /usr/sbin/inetd -w root ?? Is Tue12PM 0:01.39 /usr/sbin/cron root ?? Is Tue12PM 0:04.09 /usr/sbin/sshd root ?? Ss Tue12PM 0:14.07 sendmail: acceptin smmsp ?? Is Tue12PM 0:00.27 sendmail: Queue ru drweb ?? Is Tue12PM 0:00.00 /usr/local/drweb/d drweb ?? Ss Tue12PM 0:06.06 /usr/local/sbin/dr root v1 Is+ Tue12PM 0:00.02 /usr/libexec/getty

Команды управления процессами Существует ряд команд, позволяющих просматривать и управлять процессами в системе: ps – выводит информацию о выполняющихся процессах; top – выводит и динамически обновляет список наиболее активных процессов; nice – явно устанавливает приоритет процесса; renice – корректирует приоритет процесса; kill – завершение работы заданного процесса; killall – завершение работы всех процессов, соответствующих заданному имени.

Выполнение задач в определенное время Существуют ситуации, когда выполнение заданий должно быть произведено в назначенное время в отсутствие системного администратора. Для выполнения команды в определенное время используются команды at или batch: at [-V] [-q очередь] [-f файл] [mldbv] время -V отображает номер версии программы -q очередь поддерживается очередь заданий -f файл команда задается в файле -m задает отправку почтового сообщения пользователю -l задает вывод списка заданий в очереди -d задает удаление задания из очереди -v выводит список выполненных заданий в очереди время задает время для исполнения (возможно использование +для относительного времени).

Выполнение задач в определенное время Для выполнения задания периодически используется демон cron: управляющий файл имеет имя /etc/crontab Структура файла представлена ниже: минута час день_месяца месяц день_недели пользователь команда * задает непрерывное выполнение Следующая запись 05, * * mon-fri mailnull fetchmail Задает выполнение команды fetchmail от имени пользователя mailnull дважды в час (в 5 и 35 минут), с 8:05 до 17:35 с понедельника по пятницу Планирование рядовыми пользователями осуществляется с помощью команды crontab, синтаксисом: crontab –u user [-l | -r | -e] [file] -l – вывести текущее расписание -r – удалить текущее расписание -e – редактировать текущее расписание

Средства системного администрирования Для управления операционной системой в UNIX часто используются конфигурационные файлы. Такие файлы определяют параметры запуска многих системных процессов. Для размещения конфигурационных файлов, как правило, используется каталог /etc. adduser.conf – определяет параметры пользователя crontab – задает таблицу расписаний fstab – определяет таблицу разделов ftpusers – определяет параметры пользователей ftp hosts – определяет список соответствий имен и ip-адресов hosts.allow – определяет список разрешенных хостов rc.conf – определяет конфигурацию сетевых подключений и др. Многие файлы представляют собой сценарии, обрабатываемые оболочками. FreeBSD использует стартовый сценарий /etc/rc и команды, включенные в него /etc/rc.conf при запуске системы.

Учетные записи пользователей Для упорядочивания работы с пользователями, хранения информации о их персональных настройках используются учетные записи пользователей. Группа пользователей – именованное объединение нескольких учетных записей. Группа может быть использована для разграничения доступа к данным. Имена групп и пользователей в текстовом виде используются для удобства самих пользователей. Система вместо имени используем идентификаторы: UID – идентификатор пользователя; GID – идентификатор группы.

Хранение информации об учетных записях Информация об учетных записях хранится в нескольких структурах данных: /etc/passwd – файл, содержащий основную информацию обо всех учетных записях: logname:*:UID:GID:GECOS:HOME:SHELL ivlev:*:1038:1038:ivlev:/home/ivlev:/usr/local/bin/bash /etc/master.passwd – файл хранящий информацию из /etc/passwd и, кроме того, хэшированные значения паролей и ряд других сведений; /etc/pwd.db /etc/spwd.db –специальные файлы баз данных для хранения информации подобно /etc/passwd начальный каталог – содержит полное имя каталога для хранения пользовательских данных

Управление учетными записями Для управления учетными записями пользователей используются команды: adduser – добавляет пользователя в систему; rmuser –удаляет пользователя из системы; passwd – изменяет пароль пользователя; chpass – изменяет параметры учетной записи, такие как пароль, срок действия, стандартный интерпретатор команд; pwd_mkdb – команда внесения изменений в базы данных учетных записей, после внесения изменений в файл /etc/master.passwd

Ядро операционной системы Ядро ОС – низкоуровневая программа компьютера. Для большинства устройств, ядро – единственная программа, имеющая доступ. Доступ к устройствам осуществляется с помощью драйверов. Ядро реализует файловую систему, управляет памятью, контролирует выполнение программ, управляет доступом к сети. Ядро создается при инсталляции системы и хранится в специальном файле /kernel При загрузке системы можно изменить параметры ядра: boot [-опции] [ядро] При необходимости можно загрузить отдельные модули ядра: kldload [модуль] выгрузка kldunload [модуль] Список модулей хранится в специальном каталоге, например, /modules

Ядро операционной системы При изменении параметров системы возможно потребуется изменение ядра ОС. Процесс создания нового ядра называется компиляцией. В процессе подготовки к компиляции подготавливается исходный код (дистрибутивы обычно хранятся в каталоге /usr/src) и создается конфигурационный файл (GENERIC). Сам процесс компиляции включает три команды: cd /usr/src make buildkernel KERNCONF=конф_файл make installkernel KERNCONF=конф_файл При компиляции старое ядро переименовывается в файл kernel.old, а файл kernel содержит новое ядро. Загрузка нового ядра произойдет при следующей перезагрузке.