Как устроен линукс изнутри

«Linux» это не просто Linux: 8 частей программного обеспечения, из которых состоят системы Linux

Дистрибутивы Linux не являются только ядром Linux. Все они содержат другие важные программы, такие как начальный загрузчик Grub, командная оболочка Bash, утилиты командной оболочки GNU, демоны, графический сервер X.org, среда рабочего стола и многое другое.

Все эти различные программы разрабатываются разными, независимыми группами разработчиков. Они объединены при помощи дистрибутивов Linux, где они собираются одна поверх другой с тем, чтобы создать полную операционную систему «Linux». Это отличие от системы Windows, которая разработана исключительно компанией Microsoft.

Начальный загрузчик

Когда вы включаете компьютер, прошивка BIOS или UEFI вашего компьютера загружает программное обеспечение с загрузочного устройства. Первая программа, которая загружает в любой операционной системе, является начальным загрузчиком. В Linux, это, как правило, начальный загрузчик Grub.

Если у вас установлено несколько операционных систем, то Grub предлагает меню, позволяющее выбирать одну из них — например, если у вас установлен Linux в конфигурации с двойной загрузкой, вы можете, когда происходит загрузка, выбрать либо Linux или Windows.

Если у вас установлена только одна операционная система, то Grub может загрузить систему Linux практически мгновенно, но он все еще продолжает обработку. Grub обрабатывает процесс непосредственной загрузки Linux, задает параметров командной строки и для того, чтобы устранить неполадки, позволяет вам загрузить Linux другими способами. Без начального загрузчика, дистрибутив просто не будет загружаться.

Ядро Linux

Определенная часть программного обеспечения, которое загружается с помощью Grub, является ядром Linux. Это та часть системы, которая на самом деле называется «Linux». Ядро является центральной частью системы. Он управляет вашим процессором, памятью и устройствами ввода/вывода, такими как клавиатуры, мыши и дисплеи. Поскольку ядро обращается непосредственно к оборудованию, многие драйверы оборудования являются частью ядра Linux и запускаются внутри ядра.

Все другое программное обеспечение работает выше ядра. Ядро является частью программного обеспечения, которое лежит на самом нижнем уровне и взаимодействует с аппаратным обеспечением. Он представляет собой слой абстракции над оборудованием, который имеет дело со всеми аппаратными причудами, тогда как остальная часть системы может почти совсем с ними не иметь дело. В Windows используется ядро Windows NT, а в Linux используется ядро Linux.

Демоны

Демоны, по существу, являются фоновыми процессами. Они часто запускаются как часть процесса начальной загрузки, поэтому они являются тем, что загружается после ядра и прежде, чем вы видите свой графический экран входа в систему. В Windows такие процессы называются «сервисами», в то время как в UNIX-подобных системах они называются «демонами» (прим.пер.: более точно — «даемонами» от английского « daemons»).

Например, crond, который управляет выплнением запланированных задач, является демоном — буква d в конце означает «демон». syslogd является еще одним демоном, который традиционно управляет вашим системным журналом. Серверы, такие как сервер sshd, работают как демоны фонового режима. Это гарантирует, что они всегда работают и прослушивают дистанционные подключения.

Демоны, по существу, являются всего лишь фоновыми процессами, но они являются процессами системного уровня, работу которых вы вообще не замечаете.

Командная оболочка

В большинстве систем Linux по умолчанию используется командная оболочка Bash. Командная оболочка обеспечивает интерфейс командного процессора, что позволяет управлять вашим компьютером с помощью ввода команд в текстовом режиме. В командной оболочке можно также запускать скрипты командного процессора, которые представляют собой набор команд и операций, выполняемых в тем порядке, который указан в скрипте.

Даже если вы пользуетесь только графическим рабочим столом, командные оболочки работают и используются в фоновом режиме. Когда вы откройте окно терминала, вы видите приглашение к работе, выдаваемое командной оболочкой.

Утилиты командной оболочки

В командной оболочке предоставляется некоторое количество основных встроенных команд, но большинство из команд командной оболочки, которыми пользуются пользователи Linux, не встроены в командную оболочку. Например, такие важные команды, как команда cp, используемая для копирования файлов, команда ls, используемая для получения списка файлов в каталоге, и команда rm, используемая для удаления файлов, являются частью пакета базовых утилит GNU Core Utilities.

Вот почему много споров относительно того, должен ли Linux действительно назваться «Linux» или «GNU/Linux». Критики названия «Linux» правильно отмечают, что большая часть программного обеспечения идет в составе типичных систем Linux, что часто не признается. Критики названия «GNU/Linux» правильно отмечают, что в типичную систему Linux также входит другое важное программное обеспечение, которое нельзя охватить названием «GNU/Linux».

Не все из утилит командной оболочки и программ, работающих из командной строки, разрабатываются в рамках проекта GNU. Некоторые команды и терминальные программы имеют свои собственные проекты, предназначенных специально для них.

Графический сервер X.org

Часть Linux, представляющая собой графический рабочий стол, не является частью ядра Linux. Она реализуется с помощью пакете специального вида, известного как «Сервер X», поскольку он реализует «Оконную систему X», которая возникла много лет назад.

В настоящее время наиболее популярным сервером X или графическим сервером является сервер X.org. Когда вы видите окно графического входа или появляется рабочий стол, то это свое волшебство проявляет сервер X.org. Работа всей графической системы осуществляется под управлением сервера X.org, который взаимодействует с вашей видеокарты, монитором, мышью и другими устройствами. X.org не предоставляет полную окружение рабочего стола, это просто графическая система, поверх которой могут быть созданы окружение и инструментарий рабочего стола.

Среда рабочего стола

То, что вы действительно используете на рабочем столе Linux, представляет собой рабочую среду. Например, в состав системы Ubuntu входит среда рабочего стола Unity, в состав системы Fedora входит GNOME, в Kubuntu входит KDE, в в состав системы Mint обычно входит Cinnamon or MATE. Эти окружения рабочего стола обеспечивают все, что вы видите — фон рабочего стола, панели, заголовки и границы окон.

Они также обычно включают в себя свои собственные утилиты, которые встроены для того, чтобы окружение рабочего стола выглядело как единое целое. Например, в GNOME и Unity входит файловый менеджер Nautilus, разработанный в рамках GNOME, а KDE включает в себя файловый менеджер Dolphin, разработанный в рамках проекта KDE.

Программы рабочего стола

Не каждая программа, работающая на рабочем столе, является частью среды рабочего стола. Например, программы Firefox и Chrome работают независимо от среды рабочего стола. Они просто являются программами, которые могут нормально работать поверх любой среды рабочего стола. Либо пакет OpenOffice.org, который является еще одним набор программ, которые не привязаны к конкретной среде рабочего стола.

Вы можете запускать любую программу Linux, предназначенную для рабочего стола, в любой графической среде, но те программы, которые предназначены для определенной рабочей среды, могут выглядеть не к месту или могут мешать другим процессам. Например, если вы пытаетесь запустить файловый менеджер Nautilus, предназначенный для GNOME, в среде KDE, он будет выглядеть не к месту, потребует от установки разнообразных библиотек GNOME, и, вероятно, когда вы откроете его, будет в фоновом режиме запускать процессы рабочего стола GNOME. Но он будет работать и его можно будет использовать.

Последний шаг остается за дистрибутивами Linux. Они берут все это программное обеспечение, объединяют его так, чтобы оно хорошо работало совместно, и добавляют свои собственные необходимые утилиты. Например, для дистрибутивов создаются их собственные инсталляторы операционной системы с тем, чтобы вы действительно смоли установить Linux, а также менеджеры пакетов для установки дополнительного программного обеспечения и поддержки установленного программного обеспечения в обновленном виде.

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