Как работает linux схема

Архитектура Linux. Детальное описание анатомии Линукса от и до

Архитектура Linux берет свое начало еще в далеком 1969 -м году. Именно в то время команда разработчиков-энтузиастов начала работу над грандиозным проектом создания обобщенной операционной системы для различных видов компьютеров, дав ей название «Unix».

Краткая история возникновения Linux — систем

Как мы знаем, Linux — это часть сообщества unix-подобных операционных систем, которые функционируют на ядре Линукс. Это ядро в 1991-м году разработал финно-американский студент-разработчик Линус Торвальдс. На такую разработку его вдохновило прочтение книги о проектировании ОС Unix , и он решил продолжить эту идею. В 91-м году выходят 2 прототипа экспериментальных Линукс-систем, которые были, мягко говоря, не работоспособными. Потом в течение 2-х лет велась упорная работа над разработкой рабочей версии ОС Linux. И вот в 1994-м году увидела свет первая стабильная и работоспособная версия операционной системы Линукс. Внутри себя она содержала ядро Linux и небольшое количество программного обеспечения для поддержки работоспособност и системы, которое разработала та же команда разработчиков, которая создала и само ядро. Это был довольно скудный набор инструментов, но зато был дан старт эпохе Linux — систем. Еще один момент — эта «первая» операционная система тогда называлась «Freax», а имя «Linux» она приобрела несколько позже.

Уже с тех времен главным принципом этой ОС была поддержка открытого исходного кода. Именно это позволило развиваться Линукс-системам и дорасти до того, что сегодня имеем мы.

Это сейчас мы в слово «Linux» вкладываем полноценную операционную систему, которую можно инсталлировать и сразу пользоваться, но по сути «Linux» — это просто ядро. А все остальное его программное обеспечение — это труд многих «свободных» программистов, которые трудились над разработкой ядра и создавали для него свое ПО. И то , что мы сейчас понимаем под «операционной системой Линукс», — это симбиоз ядра Linux и стороннего программного обеспечения.

Любая операционная система, которая использует ядро Линукс, будет именоваться «дистрибутивом Линукс а ». И это будет полноценная ОС, как Windows или MacOS. Но дистрибутивы Линукса от других ОС отличает важная особенность — открытый исходный код. А это означает, что фактически любой пользователь способен внести туда собственные корректировки и разработать индивидуальную операционную систему или отредактировать старую под собственные нужды. При этом нужно заметить, что дистрибутивы « пингвина » бывают и платными — это когда их разработчики «закрывают» собственные наработки от стороннего вмешательства.

Даже те, кто не знаком с Линукс — системами, знают, что талисманом ядра Linux является пингвин. У него даже есть имя — Tux. Он стал талисманом еще в 1996-м году и был предложен самим создателем ядра — Линусом Торвальдсом.

Архитектура Linux

Архитектура Linux — систем состоит всего их 4-х основных компонентов , к аждый из которых имеет в своем составе различные собственные элементы. Давайте представим себе круг и начнем двигаться от его центра к краю, перечисляя компоненты:

1. «Железо». Это аппаратные характеристики устройства, на котором используется Линукс: архитектура системы, вид е окарта, аудиокарта, процессор, ядра и т. д.
2. «Ядро Linux». Это основной компонент Линукс-систем. По сути это «мостик», который связывает низкоуровневое «железо» и высокоуровневые компоненты операционной системы.
3. «Оболочка». Это пользовательский интерфейс, который налаживает согласованность между пользователем и ядром операционной системы. Это тоже «мостик», но только более «продвинутый», так как создан для человека, чтобы он мог влиять на работу Линукс-системы.
4. «Утилиты». Это программное обеспечение, которое дает возможность пользователю системы использовать ее потенциальные возможности.

Как мы уже писали, основным компонентом Линукс-системы является ядро. Ядро — это важнейшая программа в операционной системе. Именно оно:

• является посредником между всеми компонентами «железа» и налаживает их взаимодействие с пользователем системы;
• распределяет ресурсы системы между работающими программами и всеми запущенными процессами;
• всегда первым загружается в систему и постоянно находится в рабочем состоянии.

Заключение

Архитектура Linux настолько проста и эффективна, что ее можно интегрировать в различные устройства. Линукс можно встретить в:

• персональных компьютерах;
• суперкомпьютерах;
• смартфонах;
• серверах;
• других системах и устройствах.

Linux не задумывался как альтернатива Windows или MacOS. Его разработка являлась желанием сделать доступную и эффективную операционную систему. Но результат превзошел ожидания , и по факту получилась целая экосистема с продуктами Linux, что не может не радовать последователей этой системы.

Мы будем очень благодарны

если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.

Источник

3.1. Как устроен Linux: ядро и процессы

3.1. Как устроен Linux: ядро и процессы

Главная, постоянно находящаяся в оперативной памяти, часть ОС Linux называется ядром (Kernel). Ядро ОС обрабатывает прерывания от устройств, выполняет запросы системных процессов и пользовательских приложений, распределяет виртуальную память, создает и уничтожает процессы, обеспечивает многозадачность посредством переключения между ними, содержит драйверы устройств, обслуживает файловую систему (см. рис. 3.1).

Рис. 3.1. Устройство ОС Linux

Пользовательские процессы не могут непосредственно, например, порождать другие процессы, производить чтение или запись на диск, выводить данные на экран или создавать гнездо (socket) для обмена по сети. Для выполнения этих действий они должны воспользоваться сервисами ядра. Обращения за такими услугами называются системными вызовами.

Начальная загрузка системы состоит в том, что файл с образом ядра считывается в оперативную память, начиная с нулевого адреса. Этот файл находится в каталоге /boot и называется vmlinuz-x.y.z, где x.y.z — это номер версии ядра. На текущий момент большинство дистрибутивов основано на ядре версии 2.4, хотя уже вышло ядро 2.6 (Fedora Core 3) и кое-где еще встречается версия 2.2.

По соглашению разработчиков ядра, все ветви с четным номером (2.2, 2.4 и т.д.) считаются стабильными и рекомендуются для широкого использования, а на ветвях с нечетным номером испытываются новые идеи, Линус Торвальдс предложил распространить эту схему нумерации и на третью цифру версии: в ядра с нечетными номерами добавлять новые функции, а в четных — только исправлять обнаруженные ошибки.

В UNIX-подобных системах в отличие от других ОС ядро минимизировано и не выполняет ни одной функции, служащей непосредственно пользователю. Для этой цели применяются многочисленные утилиты, выступающие в качестве посредников между пользователем и ядром. Только в комплекте с ними ядро образует полноценную операционную систему.

Этих компонент ОС Линус Торвальдс не создавал: они поступили из проекта GNU (http://www.gnu.org), участники которого с 1984 года работают над созданием полноценной UNIX-подобной ОС, целиком состоящей из свободно распространяемого программного обеспечения. К 1991 году им не хватало только ядра, и эту-то прореху и заполнил Торвальдс. Так что ОС, которой посвящена эта книга, правильнее называть не Linux, а «операционной системой GNU, основанной на ядре Linux», или просто GNU/Linux.

Итак, ядро обслуживает запросы процессов. Что же такое процесс? Это понятие является базовым в UNIX-подобных системах. Процесс можно представить себе как виртуальную машину, отданную в распоряжение одной задачи. Каждый процесс считает, что он на машине один и может распоряжаться всеми ее ресурсами. На самом же деле процессы надежно изолированы друг от друга, так что крушение одного не может повредить всей системе (сколько раз вы наблюдали в Windows, как сбой одной программы приводил к общему зависанию?).

Каждый процесс выполняется в собственной виртуальной памяти (см, рис. 3.2), в которую никакой другой процесс вмешаться не может. Этим и обеспечивается устойчивость всей системы.

Рис. 3.2. Виртуальная память процесса

Напоминаю, что такое виртуальная память. Каждому процессу разрешено считать, что его адреса начинаются с нулевого адреса и от него наращиваются. Таким образом, в 32-разрядной ОС процесс может адресовать 4 гигабайта оперативной памяти. Механизм виртуальной памяти позволяет процессу думать, что именно столько ему и выделено, хотя физически объем ОЗУ вашей машины — какие-то жалкие 256 Мбайт. Недостающую память заменяет жесткий диск путем записи временно не используемых страниц памяти в раздел подкачки (свопинга).

Разделяемость библиотек между процессами обеспечивается тем, что их код и статические данные отображаются на один и тот же участок физической оперативной памяти.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Глава 1 Введение в ядро Linux

Глава 1 Введение в ядро Linux Даже после трех десятилетий использования операционная система (ОС) Unix все еще считается одной из самых мощных и элегантных среди всех существующих операционных систем. Со времени создания операционной системы Unix в 1969 году, это детище Денниса

Ядро Linux в сравнении с классическими ядрами Unix

Ядро Linux в сравнении с классическими ядрами Unix Благодаря общему происхождению и одинаковому API, современные ядра Unix имеют некоторые общие характерные черты. За небольшими исключениями ядра Unix представляют собой монолитные статические бинарные файлы. Это значит, что они

Ядро в роли арбитра

Ядро в роли арбитра Так кто же определяет, который из потоков должен выполняться в данный момент времени? Этим занимается ядро.Ядро определяет, который из потоков должен использовать процессор в данный момент времени и переключает контекст на этот поток. Давайте

Ядро 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 стандартного

IPLabs Linux Team: начало русского Linux’а

IPLabs Linux Team: начало русского Linux’а Следующая веха на пути русского Linux’а – 1998 год, когда фирма IPLabs (точнее, ее подразделение – IPLabs Linux Team) совместно с Институтом логики (на самом деле это были одни и те же люди – Алексей Новодворский, Алексей Смирнов и Юрий Девяткин с

Linux (ядро)

Linux (ядро) Официальная ссылкаLinux (2.4.19): ftp://ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/Содержимое LinuxПоследняя проверка: версия 2.4.18.Файлы поддержкиЯдро Linux и и его заголовочные файлыОписанияЯдро LinuxЯдро – основа любой системы Linux. Когда компьютер включается и загружает Linux, первое, что загружается –

1.4. Ядро

1.4. Ядро Ядро — это сердце ОС, в котором реализовано управление физическими и программными ресурсами компьютера. Помимо этого оно позволяет получить доступ к различному железу. Например, ранние версии ядра обеспечивали работу только двух USB-устройств: клавиатура и мышь.

20.5.1. Зачем обновлять ядро?

20.5.1. Зачем обновлять ядро? Linux развивается быстрее любой другой операционной системы. Регулярно появляются новые версии ядра, реализующие новые функции. Например, едва успел выйти дистрибутив Fedora Core 4 на ядре 2.6.11, а на www.kernel.org уже лежит стабильная версия 2.6.12.2. Еще чаще

Семантическое ядро

Семантическое ядро Анализ семантического ядра на полноту охвата. Очень важно, чтобы семантическое ядро охватывало максимально возможное количество проблем пользователей и запросов, формирующих эти проблемы. Нужно выяснить:? охватывает ли семантическое ядро весь

Составьте семантическое ядро

Составьте семантическое ядро Чтобы успешно продвигать свой бизнес в Интернете, необходимо правильно составить семантическое ядро.Семантическое ядро, говоря простым языком, – это слова, которые будут наиболее точным образом характеризовать направленность вашей

Глава 1 Как устроен компьютер

Глава 1 Как устроен компьютер Эта глава посвящена обзору аппаратных средств персонального компьютера. В ней мы также кратко познакомимся с понятием программного обеспечения и узнаем о назначении операционной системы.• Аппаратные средства ПК• Как включить

Ядро API Firebird

Ядро API Firebird Программирование с использованием API необходимо при написании драйверов для создания сценариев в таких языках, как PHP и Python, и при разработке объектно- ориентированных классов доступа к данным для объектно-ориентированных языков типа Java, C++ и Object Pascal.

Как устроен Internet

Как устроен Internet Internet качественно отличается от телеграфа, телефона, газет, радио и телевидения: информация здесь не только доставляется адресату, но и просто предоставляется на всеобщее обозрение, и каждый может сам найти и воспользоваться именно тем, что ему интересно.

Технология мысленных приказов: как устроен первый интерфейс «мозг — мозг» Андрей Васильков

Технология мысленных приказов: как устроен первый интерфейс «мозг — мозг» Андрей Васильков Опубликовано 29 августа 2013 Исследователи из университета штата Вашингтон провели необычный эксперимент, который можно считать первым в истории случаем

Источник

Что такое Linux? История создания Linux

Обновл. 27 Июл 2021 |

Раньше компьютеры были такими большими, что могли занимать целую комнату или даже дом. Вы только представьте себе, как трудно было ими управлять. Более того, каждый компьютер имел свою собственную операционную систему, в результате чего работать с такими машинами было жутко неудобно. Программное обеспечение таких компьютеров было узкоспециализированным, и не могло работать на другом компьютере. Не говоря уже о том, что подобная техника стоила таких невообразимо больших денег, что обычные люди не могли себе этого позволить.

В качестве решения вопроса с операционной системой компанией AT&T была создана операционная система Unix, которая дала старт возникновению открытого программного обеспечения и созданию Linux. Но давайте по порядку.

История возникновения Unix

В 1969 году команда разработчиков в лице Кена Томпсона, Денниса Ритчи и Дугласа Макилроя из исследовательского центра «Bell Labs» компании AT&T начала проект по созданию единой операционной системы (сокр. «ОС») для всех компьютеров, назвав её — «Unix». Первая версия системы была написана на Ассемблере. В 1972 году для того, чтобы переписать систему на более простой язык, Деннис Ритчи создает язык программирования Си, благодаря чему, 15 октября 1973 года выходит новая версия Unix (четвертая), ядро которой было переписано на Си. А через 2 года (в 1975 году) появляется уже полностью написанная на языке Си редакция Unix (пятая).

Долгое время операционная система являлась лишь исследовательским проектом, но в 1973 году проходит конференция Ассоциации по вычислительной технике (сокр. «ACM» от «Association for Computing Machinery»), на которой создатели Unix рассказывают о своей системе, и к ним сразу же начинают обращаться люди с просьбой поделиться её копией. И тут стоит отметить одну очень важную историческую деталь, которая сыграла свою роль в дальнейшем развитии событий. Дело в том, что в 1956 году компания AT&T (являющаяся на тот момент монополистом на американском рынке местной и междугородней связи) завершает очередное разбирательство с федеральными властями и антимонопольным комитетом по поводу своего монопольного положения, результатом которого становится подписание соглашения, накладывающее на AT&T ограничения по продажи продуктов и услуг, не связанных напрямую с телефонами и телекоммуникациями. А это значит, что Unix не могла продаваться всем желающим её заполучить. В связи с этим фактом, распространение исходных кодов системы Unix происходило абсолютно бесплатно.

Первоначально Unix использовалась в основном в университетах и крупных финансовых корпорациях. К 1978 году насчитывалось около 600 машин с установленной на них системой Unix.

Появление проекта GNU

В восьмидесятые годы 20 века многие компании, в числе которых IBM и HP, начали создавать свои собственные (в том числе и коммерческие) версии системы Unix. Это привело к путанице дистрибутивов Unix. И к тому же фирмы, продающие свои дистрибутивы, прямо запрещали распространять их исходные коды. Из-за этого другие программисты не могли применять уже внедренные к тому моменту новые компоненты системы, и им приходилось писать их заново.

В 1982 году программист из Массачусетского технологического института (MIT) Ричард Столлман сталкивается с проблемой того, что существующая на тот момент коммерческая лицензия программного обеспечения, с которым он вынужден работать, ограничивает свободу своего использования и не позволяет Столлману обмениваться исходными кодами ПО даже в стенах института.

Поэтому, в 1983 году, с целью создать доступную полноценную Unix-подобную операционную систему с открытыми исходными кодами, обмениваться которой смогут все желающие, он начинает разработку проекта GNU (сокр. от «GNU is Not Unix»).

В рамках проекта GNU создаются необходимые для разработки ядра системы компоненты: текстовый редактор Emacs, набор компиляторов gcc, интерпретатор bash, архиватор gzip, утилиты sed, gawk, Autoconf и многие другие. Помимо этого, в 1988 году с целью юридически закрепить за пользователями права на копирование, модифицирование и распространение программ и исходных кодов проекта GNU, Столлманом публикуется лицензия GNU GPL (сокр. от «GNU General Public License» = «Универсальная общественная лицензия GNU»). Однако, несмотря на все его успехи, даже спустя 8 лет после старта проекта, не хватало самого важного компонента операционной системы — её ядра…

История создания Linux

В январе 1991 года, финский студент Линус Торвальдc, находясь под впечатлением от купленной им книги «Проектирование и реализация операционных систем» автора Эндрю С. Таненбаума, с целью детального изучения концепций и строения ОС Unix, решает купить новый компьютер на базе процессора Intel 80386, на который ставит разработанную Таненбаумом учебную ОС Minix.

Но учебная система — она на то и учебная, что обладает рядом недостатков. В частности, в Minix не только была плохая эмуляция терминала, но и не было возможности перевести в фоновый режим программу, которой временно не пользуешься.

И тогда в августе 1991 года Торвальдс объявляет в сети Usenet о том, что создает свою собственную (свободную) операционную систему с открытыми исходными кодами — Linux. Стоит отметить, что в тот момент речь еще не шла о полноценной системе, скорее это был её прообраз в виде ядра.

17 сентября того же 1991 года, без каких-либо особо публичных объявлений, выходит Linux версии 0.01.

Вскоре после этого, 5 октября, Торвальдс представляет версию 0.02, ставшей первой «официальной» версией своей ОС.

А уже 16 апреля 1994, когда, по мнению Линуса, система стала полностью работоспособной, вышел первый, после более чем двух лет развития, мажорный релиз системы — Linux 1.0.

Примечание: Изначально ОС называлась Freax, что является гибридом от английских слов «freak» (чудак) и «free» (бесплатный) с окончанием X, как дань операционной системе Unix. Однако имя «Linux» системе дал Ари Леммке (Ari Lemmke), по просьбе Торвальдса разместивший ОС на FTP-сервере университета в директории linux , а не freax .

Открытие исходных кодов операционной системы сыграло решающую роль в дальнейшем развитии Linux. Но необходимо все-таки помнить, что технически Linux — это только лишь ядро, без сопутствующих прикладных программ. Полноценной ОС его делает сопутствующее программное обеспечение. Пока роль такого программного обеспечения играли компоненты учебной системы Таненбаума.

Позже, когда Linux немного «окреп и встал на ноги», приложения из проекта GNU заменили соответствующие программы из Minix, так как лицензия (GNU GPL) на исходные коды программ проекта GNU была более удобна для применения в молодой операционной системе.

Таким образом, миру явилась полноценная работающая операционная система под названием «GNU/Linux», которую мы привыкли называть просто «Linux», состоящая из ядра Linux, написанного Торвальдсом, и окружающего программного обеспечения, созданного в рамках проекта Столлмана, GNU.

Что такое Linux?

Linux — это семейство Unix-подобных операционных систем, использующих ядро Linux, которое разработал финно-американский программист Линус Торвальдс. ОС, использующие ядро Linux, называются дистрибутивами Linux, и они являются такими же операционными системами как Microsoft Windows или Apple macOS, но с одной очень важной особенностью, а именно — их исходные коды являются открытыми, так как они распространяются под лицензией GNU GPL, которая подразумевает создание свободного и открытого программного обеспечения (open source software). Это означает, что у любого пользователя есть право изучать и изменять исходный код.

Примечание: Стоит отметить, что есть также и платные дистрибутивы Linux, например, Red Hat Enterprise Linux, Astra Linux Special Edition и др.

Официальным талисманом Linux с 1996 года является пингвин Tux (сокр. от «Torvalds UniX«). Идею использовать пингвина в качестве талисмана Linux выдвинул создатель этого ядра Линус Торвальдс.

Пингвин Tux — талисман Linux

GNU/Linux или Linux?

В сообществе программистов существует спор об именовании операционных систем, использующих ядро Linux и программное обеспечение, разработанное под лицензией GNU GPL. Поскольку ядро Linux само по себе не является работающей операционной системой, то многие предпочитают использовать термин «GNU/Linux».

Примечание: Поскольку статьи цикла «Уроки по Linux» имеют цель донести простыми словами о Linux-системах и их использовании для начинающих, то ради сохранения простоты и лаконичности мы будем использовать термин «Linux», обозначающий операционные системы, работающие на базе ядра Linux.

Вы же можете использовать как термин «Linux», так и термин «GNU/Linux».

Архитектура Linux-систем

На следующем рисунке показана архитектура Linux-систем:

«Железо» — аппаратное обеспечение компьютера (процессор, видеокарта, оперативная память и пр.) со всеми его периферийными устройствами.

Ядро — является основным компонентом операционной системы, взаимодействует непосредственно с аппаратным обеспечением, играя роль посредника между низкоуровневым «железом» и компонентами верхнего уровня.

Оболочка (или «shell», «командный интерпретатор») — интерфейс для взаимодействия между пользователями системы и ядром ОС, абстрагирующий внутреннее устройство системы. Принимает команды от пользователей и запускает на выполнение соответствующие функции.

Утилиты (vi, cat, sed, date, компиляторы и др.) — служебные программы, которые предоставляют пользователю большую часть функциональных возможностей операционной системы.

Ядро Linux

Ядро — это своего рода главная программа, являющаяся основной частью операционной системы. Оно выступает в роли посредника между устройствами компьютера (процессором, видеокартой, оперативной памятью и т.д.) и его программным обеспечением, абстрагируя от обычных программ и пользователей сложную, низкоуровневую работу с «железом» компьютера, предоставляя взамен простой, понятный и удобный в использовании интерфейс. Для этого в код ядра были включены драйверы устройств, которые могут как загружаться в память вместе с ядром ОС, так и подключаться по мере возникновения потребности в ресурсах необходимого устройства.

Примечание: Ядро Linux было разработано в 1991 году программистом Линусом Торвальдсом. Об этом снят документальный фильм «Revolution OS» (2001 г.).

Как вы наверняка знаете, на компьютере может быть запущено сразу несколько программ: какие-то из них работают в фоновом режиме, другие могут ожидать определенных действий от пользователя, а третьим необходимо получать информацию из другой запущенной программы. В такой ситуации именно ядро берет на себя функцию оптимального распределения ресурсов компьютера между запущенными программами и организацию параллельной работы множества различных процессов. Оно первым загружается в оперативную память компьютера и всегда находится в запущенном состоянии, постоянно взаимодействуя с его аппаратным обеспечением и установленными программами.

Как правило, большинство ядер делятся на три типа:

Микроядро — это ядро, состоящее из нескольких подгружаемых в память по мере надобности независимых модулей, выполняющихся в отдельных адресных пространствах. По сути, в таком варианте исполнения оно не сильно отличается от обычных прикладных программ. К достоинствам данного ядра можно отнести теоретически большую надежность в сравнении с другими архитектурами (в действительности же не всё так радужно и гладко) и его модульность (легкость в подключении дополнительных частей ядра). К минусам микроядерной архитектуры относится то, что ядро, построенное по такой схеме, получается очень медленным (ведь ему нужно постоянно переключаться между отдельными частями).

Монолитное ядро — это полная противоположность микроядра, т.к. в памяти компьютера всегда находится весь (или почти весь) код ядра, вследствие чего скорость его работы выше в сравнении с микроядром.

Гибридное ядро — это ядро, сочетающее в себе элементы как монолитной, так и микроядерной архитектур.

Ядро Linux хоть и относится к монолитным ядрам, но оно также заимствует и некоторые идеи из микроядерной архитектуры, что означает, что вся операционная система работает в пространстве ядра, а драйвера устройств (в виде модулей) могут быть легко загружены (или выгружены) прямо во время работы операционной системы.

Заключение

Linux поддерживает целый ряд аппаратных устройств от телефонов и до суперкомпьютеров. Каждая операционная система на базе ядра Linux имеет ядро Linux и набор ПО для управления аппаратными ресурсами компьютера.

На следующих уроках мы детально рассмотрим тему лицензии GNU GPL, сравним Linux и Windows, выполним обзор дистрибутивов Linux и продолжим наше погружение в изучение Linux.

Поделиться в социальных сетях:

Источник