Книга «Внутреннее устройство Linux»
Кому следует читать книгу
Интерес к устройству операционной системы Linux может быть вызван разными причинами. Профессионалы в сфере информационно-технологического обслуживания, а также разработчики программного обеспечения для Linux найдут в этой книге практически все, что необходимо знать, чтобы использовать операционную систему наилучшим образом. Исследователи и студенты, которым зачастую приходится подстраивать систему под себя, найдут здесь практичные объяснения того, почему все устроено именно так, а не иначе. Есть еще «затейники» — пользователи, которым нравится проводить время за компьютером ради развлечения, выгоды или и того и другого сразу. Хотите узнать, почему некоторые вещи работают, а другие — нет? Вам интересно, что произойдет, если что-либо изменить? Тогда вы относитесь к числу «затейников».
Необходимые условия
Вам не обязательно быть программистом, чтобы читать эту книгу. Понадобятся лишь основные навыки пользователя компьютера: вы должны ориентироваться в графическом интерфейсе (при установке и настройке интерфейса системы), а также иметь представление о файлах и каталогах (папках). Следует также быть готовыми к поиску дополнительной документации в вашей системе и онлайн. Как отмечалось выше, самым важным является ваша готовность и желание исследовать свой компьютер.
Как читать книгу
Когда речь идет о технических темах, донести все необходимые знания — непростая задача. С одной стороны, читатель увязает в излишних подробностях и с трудом усваивает суть, поскольку человеческий разум просто не может одновременно обработать большое количество новых понятий. С другой — отсутствие подробностей приводит к тому, что читатель получает лишь смутное представление о предмете и не готов к усвоению дальнейшего материала.
В этой книге автор упростил изложение и структурировал материал. В большинстве глав важная информация, которая необходима для дальнейшей работы, предлагается в первую очередь. По мере чтения главы вы встретите в ней и дополнительный материал. Надо ли вам сразу усваивать эти частности? В большинстве случаев автор полагает, что нет. Если ваши глаза начинают тускнеть при виде боль-шого количества подробностей, относящихся к только что изученному материалу, не раздумывая переходите к следующей главе или сделайте перерыв. Вас ожидают другие важные вещи.
Как устроена эта книга
В начале книги дается обзор системы Linux, а затем предлагается ряд практических заданий с инструментами, которые понадобятся вам для дальнейшей работы в системе. Далее вы детально изучите каждую часть системы, начиная с управления оборудованием и заканчивая конфигурацией сети, следуя обычному порядку, в котором происходит запуск системы. И наконец, вы получите представ-ление о некоторых деталях работающей системы, освоите несколько важных навыков, а также познакомитесь с инструментами, используемыми программистами.
В большинстве первых глав (кроме главы 2) активно задействовано ядро системы Linux, но по мере продвижения по книге вы будете работать и в своем пространстве пользователя. Если вы не понимаете, о чем автор сейчас говорит, не беспокойтесь, объяснения будут даны в главе 1. Материал излагается по возможности без привязки к какому-либо дистрибутиву системы. Было бы скучно описывать все варианты системы, поэтому Уорд попытался рассказать о двух основных семействах дистрибутивов: Debian (включая Ubuntu) и RHEL/Fedora/CentOS. Упор сделан на серверные версии и версии для рабочих станций. Представлены также внедренные системы, например Android и OpenWRT, но изучение отличий этих платформ предоставляется вам.
Что нового во втором издании
Первое издание этой книги касалось главным образом пользовательской стороны работы в системе Linux. Основное внимание было уделено устройству ее частей и тому, как заставить их функционировать. В то время многие элементы системы было трудно установить и корректно настроить.
Благодаря упорному труду разработчиков ПО и создателей дистрибутивов Linux ситуация изменилась. Уорд пересмотрел материал первого издания в поисках обновлений: особое внимание уделил процессу загрузки системы и тому, как она управляет оборудованием, а также удалил устаревший материал (например, подробное объяснение процесса печати), чтобы расширить рассмотрение роли ядра системы Linux в каждом дистрибутиве. Вы, вероятно, взаимодействуете с ядром гораздо чаще, чем сами об этом догадываетесь, и автор специально отметил моменты, когда это бывает.
Уорд также изменил последовательность подачи материала в книге, чтобы он соответствовал интересам и потребностям современных читателей. Единственное, что не изменилось, — это объем книги.
Автору хотелось снабдить вас сведениями, которые понадобятся для быстрого начала работы. Их усвоение потребует некоторых усилий, однако Уорд не намеревается делать из вас «тяжелоатлетов», чтобы вы смогли одолеть эту книгу. Когда вы будете понимать важнейшие моменты, изложенные здесь, для вас не составит труда отыскать подробности и разобраться в них.
Автор изъял некоторые исторические детали, которые были в первом издании, главным образом чтобы сконцентрировать ваше внимание. Если вы интересуетесь системой Linux и ее отношением к истории системы Unix, обратитесь к книге Питера Салуса (Peter H. Salus) The Daemon, the Gnu, and the Penguin (Reed Media Services, 2008) — в ней рассказано о том, как развивалось используемое нами программное обеспечение.
Для Хаброжителей скидка 25% по купону — Linux
А также, наш партнер Образовательный портал GeekBrains проводит на этой неделе Новогоднюю акцию. Вы можете получить профессию «Системный администратор» со скидкой 25%. Ознакомиться с профессией и оставить заявку можно по ссылке.
Источник
Внутреннее устройство Linux или как работает Linux
В течение года мы издали три книги по Linux, которые положительно приняли:
Сейчас мы планируем сделать новую книгу и остановились на варианте — How Linux Works: What Every Superuser Should Know. Мы хотим узнать ваше мнение и принять решение делать ли книгу.
Небольшая рецензия на прошлое издание:
Эта книга познакомит вас с внутренней организацией операционной системы Linux. Если вы новичок (книга отлично написана даже для новичков), программист, системный администратор, обычный пользователь или исследователь — впрочем, если вы просто всегда интересуетесь, как именно работает та или иная штука, то это книга для вас. Например, я — программист, прочитал ее, чтобы лучше изучить Linux, так как ранее мое знакомство с этой системой ограничивалось чтением онлайновых руководств. Книга разделена на три части. В части 1 описываются общие принципы конструкции и функционирования Linux. Во второй части рассматриваются инструменты программирования, доступные в Linux. В третьей части собраны специализированные темы, в частности, разъясняется работа с ядром, печать и т.д.
Часть 1: основы изложены весьма подробно. Я заметил, что для уточнения информации по некоторым командам, рассмотренным в этой части достаточно просто почитать справку man или info, но автор явно задумывал книгу иначе. Правда, для справки автор описывает все основные команды Linux и делает краткое введение по каждой из них. Книга исключительно простым языком рассказывает, как именно и по каким принципам работают файловые системы Linux. Я, например, всегда в них путался, но, прочитав эту книгу, выяснил для себя все нюансы. В ходе изучения основ Linux мы также знакомимся с загрузчиками этой операционной системы — GRUB и LILO. Отмечу, что в книге отлично рассмотрены сетевые аспекты работы в Linux. Не могу прокомментировать часть о ppp, но темы Ethernet, iptables и трансляции сетевых адресов (NAT) рассмотрены очень хорошо. Более того, автор подробно объясняет, как обеспечивать безопасность в беспроводных сетях.
Часть 2. Вторая часть начинается с вводного курса по написанию скриптов для командной оболочки (Shell scripting). Правда, следует вновь оговориться о целевой аудитории данной книги — далеко не все аспекты написания таких скриптов можно рассмотреть в столь небольшом пособии. Темы GCC и Make объяснены очень хорошо (в сущности, я разобрался в Make, только прочитав эту книгу). Более того, скрипты в этой книге пишутся на Python! Далее автор переходит к самой интересной (для некоторых, правда, самой несносной) теме в Linux – компилированию ядра. Работе с ядром посвящена целая глава, прочитав ее, я совершенно уверен, что смогу сам перекомпилировать мою систему.
Часть 3: Эту часть можно читать отдельно от всей книги. В ней рассматриваются специализированные темы, каждую из которых можно изучать независимо. Например, как настроить сетевой принтер? Как работать с CUPSd? Как пользоваться Ghostscript для преобразования Postscript в PDF? Ответы на все эти вопросы вы найдете здесь. Так, мне было просто необходимо научиться работать с файловой системой SAMBA. Моя домашняя сеть состоит из компьютеров с Windows, и мне периодически приходилось обращаться к тем или иным файлам, расположенным на них. Теперь все изменилось! Я без труда могу просматривать все домашние каталоги прямо с ноутбука, который подключается к сети по беспроводному соединению.
Пользователи часто сетуют, что в Linux возникает множество багов при работе с аппаратным обеспечением. В этой книге есть целая глава, рассказывающая, как покупать оборудование, совместимое с Linux. Этот материал очень вам пригодится, особенно если вы стараетесь оснастить свой компьютер по последнему слову техники. Кроме того, эта глава очень поможет системным администраторам, занятым обслуживанием больших корпоративных сетей.
Итак, я рекомендую эту книгу всем читателям, которых интересует внутренняя организация Linux. Вы найдете ответы на все интересующие вас вопросы и отлично освоите все механизмы Linux. Конечно, после ее прочтения вы не станете экспертом по Linux, но она поможет вам ответить на многие вопросы «как»? и «почему»? В дальнейшем она послужит вам солидным базисом для профессионального роста в области Linux.
Источник
Книга «Внутреннее устройство Linux. 2 изд.»
Добрый день! Предлагаю вашему вниманию еще одну книгу — «Внутреннее устройство Linux», автор Уорд Б. Её можно заказать на сайте издательства, и если применить промокод LinuxORG, то получите скидку 30%. Действует на все книги издательства. Также в подарок при покупке бумажной будет её электронная версия.
Отрывок из книги для ознакомления:
Как происходит загрузка ядра Linux
Теперь вы знаете о физической и логической структуре системы Linux, что такое ядро и как работать с процессами. В этой главе вы получите информацию о том, как ядро начинает работу или загружается, иначе говоря, как ядро перемещается в память до того момента, где начинается первый пользовательский процесс.
Упрощенная схема процесса загрузки выглядит так.
- Система BIOS или прошивка загрузки загружают и запускают загрузчик системы.
- Загрузчик системы отыскивает образ ядра на диске, загружает его в память и запускает.
- Ядро выполняет инициализацию устройств и их драйверов.
- Ядро монтирует корневую файловую систему.
- Ядро запускает команду init с идентификатором процесса 1. Эта точка является началом пространства пользователя.
- Команда init приводит в действие остальные системные процессы.
- В определенный момент команда init запускает процесс, позволяющий вам войти в систему. Обычно это происходит в конце или незадолго до окончания загрузки системы.
В этой главе рассмотрены шаги с первого по четвертый, основное внимание уделено загрузчикам ядра и системы. В главе 6 продолжается рассказ о загрузке пространства пользователя.
Способность определять каждую стадию процесса загрузки окажется неоценимой, когда вам придется устранять проблемы при загрузке, а также поможет понять систему в целом. Однако принятый по умолчанию режим загрузки во многих версиях Linux зачастую затрудняет (если не делает невозможным) идентификацию некоторых первых этапов, и вам, вероятно, удастся посмотреть на них только по их завершении, после входа в систему.
Сообщения при запуске
Традиционные системы Unix во время загрузки выводят множество диагностических сообщений, чтобы проинформировать вас о ходе загрузки. Эти сообщения исходят сначала от ядра, а затем от процессов и процедур инициализации, которые запускает команда init. Однако такие сообщения не очень привлекательны и последовательны, а в некоторых случаях они даже не слишком информативны. В большинстве современных версий Linux стараются скрыть их с помощью экранов загрузки, заполнителя и параметров загрузки. Кроме того, улучшенные аппаратные средства привели к тому, что ядро загружается намного быстрее, чем раньше, поэтому сообщения проскакивают настолько быстро, что было бы трудно уяснить, что происходит.
Существуют два способа увидеть сообщения ядра о загрузке и оперативной диагностике. Вы можете:
заглянуть в системный журнал ядра. Обычно он находится в файле /var/log/kern.log, но в зависимости от конфигурации вашей системы может также оказаться вместе с другими системными журналами в каталоге /var/log/messages или где-либо еще;
воспользоваться командой dmesg, не забыв при этом указать параметр less, поскольку результаты займут намного больше места, чем один дисплей. Команда dmesg использует циклический буфер ядра, размер которого ограничен, но в большинстве новых версий ядра буфер достаточно велик, чтобы хранить сообщения в течение длительного времени.
Вот пример того, что можно ожидать в результате работы команды dmesg:
Процедура запуска пространства пользователя часто оставляет сообщения после запуска ядра. Эти сообщения будет сложнее увидеть и просмотреть, поскольку в большинстве систем они не находятся в одном файле журнала. Сценарии запуска, как правило, выводят собщения в консоль, а по завершении процесса загрузки они стираются. Тем не менее это не является проблемой, поскольку каждый сценарий обычно ведет собственный журнал. Определенные версии команды init, например Upstart и systemd, способны перехватывать диагностические сообщения процесса загрузки и обычной работы, которые в обычном случае отображаются в консоли.
Инициализация ядра и параметры загрузки
Во время запуска ядро системы Linux выполняет инициализацию в следующем порядке.
- Проверка центрального процессора.
- Проверка оперативной памяти.
- Обнаружение шины устройств.
- Обнаружение устройств.
- Настройка вспомогательной подсистемы ядра (сеть и т. п.).
- Монтирование корневой файловой системы.
- Запуск пространства пользователя.
Первые шаги не слишком примечательны, но зато, когда ядро добирается до устройств, возникает вопрос о зависимостях. Например, драйверы дисковых устройств могут зависеть от поддержки шины и подсистемы SCSI.
Далее в ходе инициализации ядро должно смонтировать корневую файловую систему до запуска команды init. Как правило, вам не придется беспокоиться об этих процессах, исключая тот случай, когда необходимые компоненты являются загружаемыми модулями ядра, а не частями основного ядра. На некоторых компьютерах вам может потребоваться загрузить такие модули ядра до монтирования реальной корневой файловой системы. Мы рассмотрим этот вопрос и обходные пути его решения в разделе 6.8.
На момент написания книги ядро не выводит каких-либо специальных сообщений, когда оно готово к запуску первого пользовательского процесса. Тем не менее приведенные ниже сообщения об управлении памятью являются верным признаком того, что скоро вступит в игру пространство пользователя, так как именно сейчас ядро защищает собственную память от процессов из пространства пользователя:
Вы можете также увидеть сообщение о том, что в данный момент происходит монтирование корневой файловой системы.
Можете спокойно переходить к главе 6, чтобы узнать об особенностях запуска пространства пользователя и команде init, которую ядро запускает в качестве первого процесса. Далее в данной главе приводятся подробности запуска ядра.
Параметры ядра
При запуске ядра Linux загрузчик передает ему набор текстовых параметров ядра, которые говорят ядру о том, как оно должно быть запущено. Эти параметры описывают различные варианты действий, такие как, например, величина выполняемого ядром диагностического вывода и варианты настроек, зависящие от драйверов устройств. Параметры ядра при загрузке вашей системы можно увидеть в файле /proc/cmdline:
Эти параметры являются либо простыми однословными флагами, вроде ro и quiet, либо парами key=value, например vt.handoff=7. Многие из этих параметров не являются существенными, например флаг splash, отвечающий за отображение экрана загрузки. Действительно важным является параметр root. Он задает местоположение корневой файловой системы, без него ядро не может отыскать команду init, а следовательно, и выполнить запуск пространства пользователя.
Корневая файловая система может быть определена как файл устройства, например так:
Однако в большинстве современных ПК более распространенным является применение идентификаторов UUID (см. подраздел 4.2.4):
Параметр ro стандартен; он указывает ядру на то, что корневую файловую систему при запуске пространства пользователя следует монтировать в режиме «только чтение». Этот режим гарантирует возможность безопасной проверки корневой файловой системы с помощью команды fsck. По окончании проверки процесс загрузки выполняет повторное монтирование корневой файловой системы в режиме «чтение-запись».
При обнаружении какого-либо непонятного параметра ядро Linux сохраняет его, а затем передает команде init при выполнении запуска пространства пользователя. Например, если вы добавите к параметрам ядра флаг -s, оно передаст его команде init, и это будет означать, что запуск следует выполнить в режиме одиночного пользователя.
Теперь рассмотрим механику того, как загрузчики системы запускают ядро.
Загрузчики системы
В начале процесса загрузки, до запуска ядра и команды init, загрузчик системы запускает ядро. Задача загрузчика системы выглядит просто: он загружает ядро в память, а затем запускает его с определенными параметрами. Рассмотрим вопросы, на которые должен ответить загрузчик системы.
Где находится ядро?
Какие параметры ядра должны быть переданы ему при запуске?
Ответ (как правило) такой: ядро и его параметры обычно располагаются в корневой файловой системе. Кажется, что параметры ядра отыскать несложно, но ведь само ядро еще не запущено, поэтому оно не может «пройтись» по файловой системе в поисках необходимых файлов. Кроме того, драйверы устройств, которые ядро обычно использует для доступа к диску, также недоступны. Можно увидеть в этом нечто вроде проблемы «яйцо или курица».
Начнём разбираться с драйверами. На персональных компьютерах загрузчики системы используют систему BIOS или интерфейс UEFI, чтобы получить доступ к дискам. Практически все дисковые аппаратные средства снабжаются прошивками, которые позволяют системе BIOS получать доступ к присоединенным устройствам хранения с помощью блочной адресации LBA (Linear Block Addressing). Хотя производительность этого режима невысока, он все же позволяет получить универсальный доступ к дискам. Загрузчики системы часто являются единственными программами, которые используют систему BIOS для доступа к дискам; ядро применяет собственные высокопроизводительные драйверы.
Вопрос о файловой системе более сложен. Многие современные загрузчики системы способны читать таблицы разделов, а также имеют встроенную поддержку доступа к файловым системам в режиме «только чтение». Следовательно, они могут находить и читать файлы. Такая возможность значительно облегчает динамическую конфигурацию и улучшение загрузчика системы. Загрузчики системы Linux не всегда обладали этой возможностью; без нее настройка загрузчика была намного более сложной.
Задачи загрузчика системы
Основные функции загрузчика системы Linux содержат следующие возможности:
выбор среди нескольких ядер;
переключение между наборами параметров ядра;
разрешение ручного переопределения и редактирование имен образов ядра и его параметров пользователем (например, чтобы войти в режим одиночного пользователя);
поддержка загрузки других операционных систем.
Загрузчики системы стали более сложными по сравнению с начальными вариантами ядра Linux. Появились такие функции, как история и меню, однако главной потребностью всегда остается гибкость образа ядра и выбор его параметров. Интересным фактом является то, что некоторые возможности были ослаблены. Поскольку теперь вы можете, например, выполнять аварийную или восстановительную загрузку частично или полностью с USB-накопителя, вам, вероятно, не придется беспокоиться о том, чтобы вручную вводить параметры ядра или переходить в режим одиночного пользователя. К тому же современные загрузчики предлагают больше возможностей, чем когда-либо ранее. Это может быть чрезвычайно удобно, если вы разрабатываете пользовательское ядро или желаете настроить параметры.
Кому следует читать книгу
Интерес к устройству операционной системы Linux может быть вызван разными причинами. Профессионалы в сфере информационно-технологического обслуживания, а также разработчики программного обеспечения для Linux найдут в этой книге практически все, что необходимо знать, чтобы использовать операционную систему наилучшим образом. Исследователи и студенты, которым зачастую приходится подстраивать систему под себя, найдут здесь практичные объяснения того, почему все устроено именно так, а не иначе. Есть еще «затейники» — пользователи, которым нравится проводить время за компьютером ради развлечения, выгоды или и того и другого сразу.
Хотите узнать, почему некоторые вещи работают, а другие — нет? Вам интересно, что произойдет, если что-либо изменить? Тогда вы относитесь к числу «затейников».
Необходимые условия
Вам не обязательно быть программистом, чтобы читать эту книгу. Понадобятся лишь основные навыки пользователя компьютера: вы должны ориентироваться в графическом интерфейсе (при установке и настройке интерфейса системы), а также иметь представление о файлах и каталогах (папках). Следует также быть готовыми к поиску дополнительной документации в вашей системе и онлайн. Как отмечалось выше, самым важным является ваша готовность и желание исследовать свой компьютер.
Что нового во втором издании
Первое издание этой книги касалось главным образом пользовательской стороны работы в системе Linux. Основное внимание было уделено устройству ее частей и тому, как заставить их функционировать. В то время многие элементы системы было трудно установить и корректно настроить.
Благодаря упорному труду разработчиков ПО и создателей дистрибутивов Linux ситуация изменилась. Я пересмотрел материал первого издания в поисках обновлений: особое внимание уделил процессу загрузки системы и тому, как она управляет оборудованием, а также удалил устаревший материал (например, подробное объяснение процесса печати), чтобы расширить рассмотрение роли ядра системы Linux в каждом дистрибутиве. Вы, вероятно, взаимодействуете с ядром гораздо чаще, чем сами об этом догадываетесь, и я специально отметил моменты, когда это бывает.
Я также изменил последовательность подачи материала в книге, чтобы он соответствовал интересам и потребностям современных читателей. Единственное, что не изменилось, — это объем книги. Мне хотелось снабдить вас сведениями, которые понадобятся для быстрого начала работы. Их усвоение потребует некоторых усилий, однако я не намереваюсь делать из вас «тяжелоатлетов», чтобы вы смогли одолеть эту книгу. Когда вы будете понимать важнейшие моменты, изложенные здесь, для вас не составит труда отыскать подробности и разобраться в них.
Я изъял некоторые исторические детали, которые были в первом издании, главным образом чтобы сконцентрировать ваше внимание. Если вы интересуетесь системой Linux и ее отношением к истории системы Unix, обратитесь к книге Питера Салуса (Peter H. Salus) The Daemon, the Gnu, and the Penguin (Reed Media Services, 2008) — в ней рассказано о том, как развивалось используемое нами программное обеспечение.
Третье издание в русском переводе выйдет, ориентировочно в августе 2022 года.
Источник
