Операционная система линукс лекция

Лекции Технотрека. Администрирование Linux

Представляем вашему вниманию очередную порцию лекций Технотрека. В рамках курса будут рассмотрены основы системного администрирования интернет-сервисов, обеспечения их отказоустойчивости, производительности и безопасности, а также особенности устройства ОС Linux, наиболее широко применяемой в подобных проектах. В качестве примера будут использоваться дистрибутивы семейства RHEL 7 (CentOS 7), веб-сервер nginx, СУБД MySQL, системы резервного копирования bacula, системы мониторинга Zabbix, системы виртуализации oVirt, балансировщика нагрузки на базе ipvs+keepalived. Курс ведёт Сергей Клочков, системный администратор в компании Variti.

Лекция 1. Основы

В начале лекции вы узнаете об истории появления и развития Linux. Затем проводится экскурс по экосистеме Linux, рассказывается о некоторых различиях между дистрибутивами. Далее обсуждается иерархия файловой системы, рассматривается основной рабочий инструмент в этой ОС — командная строка. Подробно рассказывается о Bash-скриптах, о двух основных сущностях в системе — пользователях и группах. Затем обсуждаются регулирование прав доступа к файлам и директориям, рассматриваются привилегии пользователей и в завершение лекции затрагивается тема удалённого доступа.

Лекция 2. Пользовательское окружение Linux

Сначала подробно рассказывается об этапах загрузки системы и ОС, обсуждается ядро Linux. Объясняется, что собой представляет «процесс», как он использует оперативную память. Вы узнаете, что такое дескрипторы и для чего они нужны, как процессор потребляет ресурсы. Затем рассматриваются системные вызовы, сигналы, лимиты процессов, переменные окружения. Обсуждается вопрос размножения процессов и подробно анализируется работа процесса. В завершение вы узнаете о подсистеме perf и логах.

Лекция 3. Linux и сеть (основы)

Вы узнаете, что такое сетевой стек и модель OSI. Вспомните, что такое Ethernet и как с ним работает Linux. Дальше будут освежены ваши знания об использовании IPv4, особенностях IPv4-пакетов и сетей. Затем рассматривается ICMP, мультикаст в IPv4. Далее переходим к IPv6, обсуждаются заголовки IPv6-пакетов, UDP, TCP-соединения. Затрагивается тема TCP congestion control. Потом рассказывается о NAT, протоколах уровня приложения, DNS, NTP, HTTP и URL. Разбираются коды HTTP-ответа (успешные ответы и ошибки).

Лекция 4. Управление пользовательским окружением

Вы узнаете о том, что такое менеджер пакетов RPM и как его использовать. Далее рассматривается классический init, системный менеджер systemd. Разбирается пример init-файла. Обсуждаются основные типы Unit’ов, рассказывается про системный логгер и ротацию логов. В заключение вы узнаете об основах конфигурации сетевых интерфейсов.

Лекция 5. Веб-сервисы

Сначала рассматривается типовая архитектура веб-сервиса. Рассказывается о том, что такое фронтенд, что такое сервер приложений. Разбирается вопрос хранения данных веб-приложениями. Подробно разбирается работа и использование протокола HTTP. Обсуждаются виды HTTP-запросов. Затрагивается тема создания шифрованных туннелей с помощью SSL. Затем рассматриваются примеры установки СУБД MySQL с созданием БД и пользователя. Разбирается работа с PHP-FPM, конфигурирование nginx, установка и настройка wiki-движка.

Лекция 6. Хранение данных

Перечисляются основные проблемы хранения данных, рассматриваются достоинства и недостатки разных устройств хранения, их интерфейсы. Затем вы узнаете, как определять состояние жёсткого диска, какова его производительность, что такое RAID, какие бывают RAID-массивы и как их создавать. Сравниваются разные типы RAID, а также программные и аппаратные массивы. Обсуждаются LVM-снепшоты, рассматриваются разные файловые системы. Затрагивается вопрос удалённого хранения данных и использование протокола ISCSI.

Лекция 7. Сервисы инфраструктуры

Рассматривается DNS-сервер bind, NTP-сервер. Обсуждается централизованная аутентификация на основе LDAP. Разбирается DHCP, задача установки ОС по сети с помощью kickstart, а в завершение рассматривается система управления конфигурацией Salt.

Лекция 8. Резервное копирование

Начало лекции посвящено продолжению рассказа о системе управления конфигурацией Salt. Рассказывается, как её установить, как осуществляется управление конфигурацией Linux, разбирается её пример. Вы узнаете, что такое «зёрна» и зачем они нужны. Далее переходим к теме резервного копирования: какие данные нужно копировать, каковы основные трудности, какие бывают виды резервных копий. Обсуждается задача резервного копирования ОС. Рассказывается об использовании системы резервного копирования bacula.

Лекция 9. Резервное копирование (часть 2)

В начале лекции рассказывается о резервном копировании БД. Обсуждаются различные стратегии резервного копирования — mysqldump, mylvmbackup. Вы узнаете, для чего нужен мониторинг и как его выполнять, какие есть средства мониторинга. Рассматриваются разные виды проверок. Обсуждаются шаблоны проверок. В заключение рассказывается об элементах данных, о выполнении веб-мониторинга.

Лекция 10. Инфраструктура электронной почты

Вы узнаете, что такое электронная почта, познакомитесь с основными понятиями. Затем рассматривается процесс доставки и выдачи почты. Обсуждается использование протоколов SMTP, POP3 и IMAP. Разбирается применение SMTP-сервера postfix, IMAP-сервера Dovecot. Рассказывается о том, как ходят письма по сети и что такое MX-записи. Наконец, обсуждается защита от спама, разбираются SPF-записи, DKIM и Spamassassin.

Лекция 11. Распределение ресурсов системы

Лекция посвящена продвинутым вопросам администрирования Linux. Сначала вы узнаете, как управлять параметрами ядра ОС. Затем рассматриваются модули ядра, как ими управлять. Обсуждается выделение ресурсов приложения. Далее рассказывается о планировщике задач, об алгоритмах шедулинга, о приоритетах процессов. Разбирается шедулер CFS, политики шедулинга. Вы узнаете, что такое NUMA и как с ней работать. Познакомитесь с планировщиками ввода/вывода. Далее рассказывается о контрольных группах, об управляемых ресурсах, об управлении контрольными группами и лимитами ввода/вывода.

Плейлист всех лекций находится по ссылке. Напомним, что актуальные лекции и мастер-классы о программировании от наших IT-специалистов в проектах Технопарк, Техносфера и Технотрек по-прежнему публикуются на канале Технострим.

Другие курсы Технотрека на Хабре:

Информацию обо всех наших образовательных проектах вы можете найти в недавней статье.

Источник

ОС Linux: история и дистрибутивы

Что такое ОС вообще и Linux в частности

Семейство ОС типа UNIX

Операционная система — это комплекс программ, который обеспечивает управление аппаратными средствами компьютера, организует работу с файлами (в том числе запуск и управление выполнением программ), а также реализует взаимодействие с пользователем, т. е. интерпретацию вводимых пользователем команд и вывод результатов обработки этих команд.

Без операционной системы компьютер вообще не может функционировать в качестве такового. В таком случае он представляет собой не более чем совокупность неработающих электронных устройств, непонятно зачем собранных воедино.

На сегодняшний день наиболее известными операционными системами для компьютеров являются семейства операционных систем Microsoft Windows и UNIX. Первые ведут свою родословную от операционной системы MS-DOS, которой оснащались первые персональные компьютеры фирмы IBM. Операционная система UNIX была разработана группой сотрудников Bell Labs под руководством Денниса Ричи, Кена Томпсона и Брайана Кернигана (Dennis Ritchie, Ken Thompson, Brian Kernighan) в 1969 году. Но в наши дни, когда говорят об операционной системе UNIX, чаще всего имеют в виду не конкретную ОС, а скорее целое семейство UNIX-подобных операционных систем. Само же слово UNIX (заглавными буквами) стало зарегистрированной торговой маркой корпорации AT&T.

В конце 70-х годов (теперь уже прошлого столетия) сотрудники Калифорнийского университета в Беркли внесли ряд усовершенствований в исходные коды UNIX, включая работу с протоколами семейства TCP/IP. Их разработка стала известна под именем BSD («Berkeley Software Distribution»). Она распространялась под лицензией, которая позволяла дорабатывать и усовершенствовать продукт, и передавать результат третьим лицам (с исходными кодами или без них) при условии, что будет указано, какая часть кода разработана в Беркли.

Операционные системы типа UNIX, в том числе и BSD, изначально разрабатывались для работы на больших многопользовательских компьютерах — мейнфреймах . Но персональные компьютеры постепенно наращивали мощь своего аппаратного обеспечения, и в наши дни они уже превосходят по возможностям те мейнфреймы, для которых в 70-х годах разрабатывалась ОС UNIX. И вот, в начале 90-х годов студент хельсинкского университета Линус Торвальдс (Linus Torvalds) приступил к разработке UNIX-подобной ОС для IBM-совместимых персональных компьютеров.

Немного истории

Вот текст сообщения, которое Торвальдс отправил в группу новостей comp.os.minix 25 августа 1991 года:

From: torvalds@klaava.Helsinki.FI (Linus Benedict Torvalds)

Newsgroups : comp.os. minix

Subject: What would you like to see most in minix ?

Summary: small poll for my new operating system

Date: 25 Aug 91 20:57:08 GMT

Organization: University of Helsinki

Hello everybody out there using minix —

I’m doing a (free) operating system (just a hobby, won’t be big and professional like gnu) for 386(486) AT clones. This has been brewing since april, and is starting to get ready. I’d like any feedback on things people like/dislike in minix , as my OS resembles it somewhat (same physical layout of the file-system (due to practical reasons) among other things).

I’ve currently ported bash(1.08) and gcc(1.40), and things seem to work.

This implies that I’ll get something practical within a few months, and I’d like to know what features most people would want. Any suggestions are welcome, but I won’t promise I’ll implement them 🙂

PS. Yes — it’s free of any minix code, and it has a multi-threaded fs. It is NOT portable (uses 386 task switching etc), and it probably never will support anything other than AT-harddisks, as that’s all I have :-(.

В этом сообщении Линус пишет, что он работает над (свободной) операционной системой для 386-х (486-х) компьютеров, и просит всех заинтересованных лиц сообщить, какие компоненты системы пользователи хотят видеть в первую очередь. Но, как видно из текста послания, оболочка bash и компилятор gcc у него уже работали. Работали они под управлением операционной системы Minix , которая была разработана профессором Эндрю Стюарт Таненбаум (Andrew Stuart Tanenbaum) как учебное пособие для студентов-программистов. Minix работала на компьютерах с 286-ым процессором и послужила для Торвальдса прообразом новой ОС.

Файлы первого варианта Linux (версия 0.01) были опубликованы в Интернете 17 сентября 1991 года. Как пишет сам Торвальдс: «As I already mentioned, 0.01 didn’t actually come with any binaries: it was just source code for people interested in what linux looked like. Note the lack of announcement for 0.01: I wasn’t too proud of it, so I think I only sent a note to everybody who had shown interest 1 «Как я уже упоминал, версия 0.01 распространялась без бинарников: это были просто исходные коды, предназначенные для тех, кому интересно, как выглядит linux. Обратите внимание на то, что не было объявления о выходе версии 0.01: я не очень ею гордился, так что просто послал сообщение всем, кто проявил какой-то интерес». .»

Затем, 5 октября 1991 г. была выпущена версия 0.02, которая уже работала. Впрочем, подробное изложение истории Linux не входит в задачи данной книги, поэтому продолжать данную тему я не буду, отсылая заинтересованных читателей к http://www.li.org/linuxhistory.php.

Л. Торвальдс не стал патентовать или иным образом ограничивать распространение новой ОС. С самого начала 2 (замечание прислано В.Синицыным, Линукс Центр) С самого начала ядро Linux распространялось по лицензии, которую FSF вообще не признал бы свободной, поскольку она запрещала коммерческое распространение. Ее текст можно найти в архивах ранних версий ядра на ftp.kernel.org (см., например, ftp://ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/Historic/old-versions/RELNOTES-0.01). Смена лицензии произошла, по-видимому, в версии 0.12 (см. там же, RELNOTES-0.12). Linux распространяется на условиях, определяемых лицензией General Public License (GPL), принятой для программного обеспечения, разрабатываемого в рамках движения Open Source и проекта GNU. На Linux-сленге эту лицензию иногда называют Copyleft . Об этой лицензии, движении Open Source и проекте GNU необходимо поговорить особо.

В 1984 году американский ученый Ричард Столлман (Richard Stallman) основал Фонд Свободного Программного Обеспечения ( Free Software Foundation). Целью этого фонда было устранение всех запретов и ограничений по распространению, копированию, модификации и изучению программного обеспечения. Ведь до тех пор коммерческие компании тщательно оберегали разработанное ими программное обеспечение, ограждали его патентами и знаками защиты авторских прав, держали в строжайшем секрете исходные коды программ, написанных на языках высокого уровня (типа С++). Столлман считал, что это наносит огромный вред развитию ПО, приводит к снижению качества программ и наличию в них огромного количества невыявленных ошибок. И, что хуже всего, это приводит к замедлению процесса обмена идеями в области программирования, тормозит создание нового ПО в силу того, что каждому программисту приходится полностью заново писать каждую программу, вместо того, чтобы заимствовать уже готовые куски исходного кода из готовых программ.

Источник

Лекция №9

Тема лекции: «Обзор операционной системы (ОС) Linux».

1. Интерфейсы системы Linux и структура ядра Linux

В ранние годы разработки системы MINIX и обсуждения этой системы в Интернете многие люди просили (а часто требовали) все больше новых и более сложных функций, и на эти просьбы Эндрю Таненбаум часто отвечал отказом (чтобы сохранить небольшой размер системы, которую студенты могли бы полностью освоить за один семестр). Эти постоянные отказы раздражали многих пользователей. В те времена бесплатной системы FreeBSD еще не было. Наконец, через несколько лет финский студент Линус Торвальдс (Linus Torvalds) решил сам написать еще один клон системы UNIX, который он назвал

Linux. Это должна была быть полноценная производственная система, со многими изначально отсутствовавшими в системе MINIX функциями. Первая версия 0.01 операционной системы Linux была выпущена в 1991 году. Она была разработана и собрана на компьютере под управлением MINIX и заимствовала из системы MINIX множество идей, начиная со структуры дерева исходных кодов и заканчивая компоновкой файловой системы. Однако в отличие от микроядерной системы MINIX, Linux была монолитной системой, то есть вся операционная система размещалась в ядре. Размер исходного текста составил 9300 строк на языке C и 950 строк на ассемблере, что приблизительно совпадало с версией MINIX как по размеру, так и по функциональности. Фактически это была переделка системы MINIX — единственной системы, исходный код которой имелся у Торвальдса.

Операционная система Linux быстро росла в размерах и впоследствии развилась в полноценный клон UNIX с виртуальной памятью, более сложной файловой системой и многими другими дополнительными функциями. Хотя изначально система Linux работала только на процессоре Intel 386 (и даже имела встроенный ассемблерный код 386-го процессора в процедурах на языке C), она была быстро перенесена на другие платформы и теперь работает на широком спектре машин — так же, как и UNIX. Следует выделить одно отличие системы Linux от UNIX: она использует многие специальные возможности компилятора gcc, поэтому потребуется приложить немало усилий, чтобы откомпилировать ее стандартным ANSI C-компилятором.

GNU Compiler Collection (обычно используется сокращение GCC) — набор компиляторов для различных языков программирования, разработанный в рамках проекта GNU.

Начало GCC было положено Ричардом Столлманом, который реализовал первый вариант GCC в 1985 году на нестандартном и непереносимом диалекте языка Паскаль; позднее компилятор был переписан на языке Си Леонардом Тауэром (англ. Leonard H. Tower Jr.) и Ричардом Столлманом и выпущен в 1987 году как компилятор для проекта GNU, который сам по себе являлся свободным программным обеспечением. Разработка GCC курируется Free Software Foundation.

В настоящее время GCC поддерживается группой программистов со всего мира. GCC является лидером по количеству процессоров и операционных систем, которые он поддерживает.

Будучи официальным компилятором системы GNU, GCC также является главным компилятором для сборки ряда других операционных систем; среди них — различные варианты Linux и BSD, а также ReactOS, Mac OS X, OpenSolaris, NeXTSTEP, BeOS и Haiku.

Следующим основным выпуском системы Linux была версия 1.0, появившаяся в 1994 году. Она состояла примерно из 165 000 строк кода и включала новую файловую систему, отображение файлов на адресное пространство памяти и совместимое с BSD сетевое программное обеспечение с сокетами и TCP/IP. Она также включала многие новые драйверы устройств. В течение следующих двух лет выходили версии с незначительными исправлениями.

К этому времени операционная система Linux стала достаточно совместимой с UNIX, поэтому на нее было перенесено большое количество программного обеспечения для UNIX, что значительно увеличило ее полезность. Кроме того, операционная система Linux привлекла большое количество людей, которые начали работу над ее кодом и расширением (под общим руководством Торвальдса).

Следующий главный выпуск, версия 2.0, вышел в свет в 1996 году. Эта версия состояла примерно из 470 000 строк на языке C и 8000 строк ассемблерного кода. Она включала в себя поддержку 64-разрядной архитектуры, симметричной многозадачности, новых сетевых протоколов и прочих многочисленных функций. Значительную часть общей массы исходного кода составляла обширная коллекция драйверов устройств для постоянно растущего количества поддерживаемых периферийных устройств. Следом за этой версией довольно часто выходили дополнительные выпуски.

Номер версии ядра Linux состоит из четырех чисел: A.B.C.D (например, 2.6.9.11). Первое число обозначает версию ядра. Второе число обозначает основную версию. До ядра 2.6 четные номера версии обозначали стабильную версию ядра, а нечетные — не стабильную (находящуюся в разработке). Начиная с версии ядра 2.6 это не так. Третье число обозначает номер ревизии (например, добавлена поддержка новых драйверов). Четвертое число обозначает исправление ошибок или заплатки системы безопасности. В июле 2011 года Линус Торвальдс анонсировал выпуск Linux 3.0, но не из-за каких-то существенных технических усовершенствований, а просто в честь 20-й годовщины разработки ядра. По состоянию на 2013 год ядро Linux содержит около 16 млн строк кода.

В систему Linux была перенесена внушительная часть стандартного программного обеспечения UNIX, включая популярную оконную систему X Windows и большое количество сетевого программного обеспечения. Кроме того, специально для Linux было написано два различных конкурирующих графических интерфейса пользователя: GNOME и KDE.

Необычной особенностью Linux является ее бизнес-модель: это бесплатное программное обеспечение. Его можно скачать с различных интернет-сайтов, например www.kernel.org. Система Linux поставляется вместе с лицензией, разработанной Ричардом Столманом, основателем Фонда бесплатных программ (Free Software Foundation). Несмотря на то что система Linux бесплатна, эта лицензия, называющаяся GPL (GNU Public License — общедоступная лицензия GNU), по длине превосходит лицензию корпорации Microsoft для операционной системы Windows и указывает, что вы можете и чего не можете делать с кодом. Пользователи могут бесплатно использовать, копировать, модифицировать и распространять исходные коды и двоичные файлы. Основное ограничение касается отдельной продажи или распространения двоичного кода (выполненного на основе ядра Linux) без исходных текстов. Исходные коды (тексты) должны либо поставляться вместе с двоичными файлами, либо предоставляться по требованию.

Хотя Торвальдс до сих пор довольно внимательно контролирует ядро системы, большое количество программ пользовательского уровня было написано другими программистами, многие из которых изначально перешли на Linux из сетевых сообществ MINIX, BSD и GNU. Однако по мере развития системы Linux все меньшая часть сообщества Linux желает ковыряться в исходном коде (свидетельством тому служат сотни книг, описывающих, как установить систему Linux и как ею пользоваться, и только несколько книг, в которых обсуждается сам код или то, как он работает). Кроме того, многие пользователи Linux теперь предпочитают бесплатному скачиванию системы из Интернета покупку одного из CD-ROM-дистрибутивов, распространяемых многочисленными коммерческими компаниями. На веб-сайте www.linux.org перечислено более 100 компаний, продающих различные дистрибутивы Linux. Кроме того, информацию о дистрибутивах Linux и их распространителях можно найти на www.distrowatch.org. По мере того как все больше и больше занимающихся программным обеспечением компаний начинают продавать свои версии Linux и все большее число производителей компьютеров поставляют систему Linux со своими машинами, граница между коммерческим и бесплатным программным обеспечением начинает заметно размываться.

Интересно отметить, что когда мода на Linux начала набирать обороты, она получила поддержку с неожиданной стороны — от корпорации AT&T. В 1992 году университет в Беркли, лишившись финансирования, решил прекратить разработку BSD UNIX на последней версии 4.4BSD (которая впоследствии послужила основой для FreeBSD).

Поскольку эта версия по существу не содержала кода AT&T, университет в Беркли вы пустил это программное обеспечение с лицензией открытого исходного кода, которая позволяла всем делать все, что угодно, кроме одной вещи — подавать в суд на университет Калифорнии. Контролировавшее систему UNIX подразделение корпорации AT&T отреагировало немедленно — вы угадали, как, — подав в суд на университет Калифорнии.

Оно также подало иск против компании BSDI, созданной разработчиками BSD UNIX для упаковки системы и продажи поддержки (примерно так сейчас поступают компании типа Red Hat с операционной системой Linux). Поскольку код AT&T практически не использовался, то судебное дело основывалось на нарушении авторского права и торговой марки, включая такие моменты, как телефонный номер 1-800-ITSUNIX компании BSDI. Хотя этот спор в конечном итоге удалось урегулировать в досудебном порядке, он не позволял выпустить на рынок FreeBSD в течение долгого периода — достаточного для того, чтобы система Linux успела упрочить свои позиции. Если бы судебного иска не было, то уже примерно в 1993 году началась бы серьезная борьба между двумя бесплатными версиями системы UNIX, распространяющимися с исходными кодами: царствующим чемпионом — системой BSD (зрелой и устойчивой системой с многочисленными приверженцами в академической среде еще с 1977 года) и энергичным молодым претендентом — системой Linux всего лишь двух лет от роду, но с уже растущим числом последователей среди индивидуальных пользователей. Кто знает, чем обернулась бы эта схватка двух бесплатных версий системы UNIX.

Обзор системы Linux.

Задачи Linux.

Операционная система UNIX всегда была интерактивной системой, разработанной для одновременной поддержки множества процессов и множества пользователей. Она была разработана программистами и для программистов — чтобы использовать ее в такой среде, в которой большинство пользователей достаточно опытны и занимаются проектами (часто довольно сложными) разработки программного обеспечения. Во многих случаях большое количество программистов активно работает над созданием общей системы, поэтому в операционной системе UNIX есть большое количество средств, позволяющих людям работать вместе и управлять совместным использованием информации. Очевидно, что модель группы опытных программистов, совместно работающих над созданием сложного программного обеспечения, существенно отличается от модели одного начинающего пользователя, сидящего за персональным компьютером в текстовом процессоре, и это отличие отражается в операционной системе UNIX от начала до конца. Совершенно естественно, что Linux унаследовал многие из этих установок, даже несмотря на то что первая версия предназначалась для персонального компьютера.

Чего действительно хотят от операционной системы хорошие программисты? Прежде всего, большинство хотело бы, чтобы их система была простой, элегантной и совместимой. Например, на самом нижнем уровне файл должен представлять собой просто набор байтов. Наличие различных классов файлов для последовательного и произвольного доступа, доступа по ключу, удаленного доступа и т. д. (как это реализовано на мейнфреймах) просто является помехой. А если команда

ls A*

означает вывод списка всех файлов, имя которых начинается с буквы «A», то команда

rm A*

должна означать удаление всех файлов, имя которых начинается с буквы «A», а не одного файла, имя которого состоит из буквы «A» и звездочки. Эта характеристика иногда называется принципом наименьшей неожиданности (principle of least surprise).

Другие свойства, которые, как правило, опытные программисты желают видеть в операционной системе, — это мощь и гибкость. Это означает, что в системе должно быть небольшое количество базовых элементов, которые можно комбинировать, чтобы приспособить их для конкретного приложения. Одно из основных правил системы Linux заключается в том, что каждая программа должна выполнять всего одну функцию — и делать это хорошо. То есть компиляторы не занимаются созданием листингов, так как другие программы могут лучше справиться с этой задачей.

Наконец, у большинства программистов есть сильная неприязнь к бесполезной избыточности. Зачем писать copy, когда вполне достаточно cp, чтобы однозначно выразить желаемое? Это же пустая трата драгоценного хакерского времени. Чтобы получить список всех строк, содержащих строку «ard», из файла f, программист в операционной системе Linux вводит команду

Противоположный подход состоит в том, что программист сначала запускает программу grep (без аргументов), после чего программа grep приветствует программиста фразой: «Здравствуйте, я grep. Я ищу шаблоны в файлах. Пожалуйста, введите ваш шаблон». Получив шаблон, программа grep запрашивает имя файла. Затем она спрашивает, есть ли еще какие-либо файлы. Наконец, она выводит резюме того, что она собирается делать, и спрашивает, все ли верно. Хотя такой тип пользовательского интерфейса может быть удобен для начинающих пользователей, он бесконечно раздражает опытных программистов. Им требуется слуга, а не нянька.

Интерфейсы системы Linux. Операционную систему Linux можно рассматривать как пирамиду (рис.1). У основания пирамиды располагается аппаратное обеспечение, состоящее из центрального процессора, памяти, дисков, монитора и клавиатуры, а также других устройств. Операционная система работает на «голом железе». Ее функция заключается в управлении аппаратным обеспечением и предоставлении всем программам интерфейса системных вызовов. Эти системные вызовы позволяют программам пользователя создавать процессы, файлы и прочие ресурсы, а также управлять ими.

Программы делают системные вызовы, помещая аргументы в регистры (или иногда в стек) и выполняя команду эмулированного прерывания для переключения из пользовательского режима в режим ядра. Поскольку на языке C невозможно написать команду эмулированного прерывания, то этим занимается библиотека, в которой есть по одной процедуре на системный вызов.

Рис.1. Уровни операционной системы Linux

Эти процедуры написаны на ассемблере, но они могут вызываться из языка C. Каждая такая процедура сначала помещает аргументы в нужное место, а затем выполняет команду эмулированного прерывания. Таким образом, чтобы обратиться к системному вызову read, программа на языке C должна вызвать библиотечную процедуру read. Кстати, в стандарте POSIX определен именно интерфейс библиотечных функций, а не интерфейс системных вызовов. Иначе говоря, стандарт POSIX определяет, какие библиотечные процедуры должна предоставлять соответствующая его требованиям система, каковы их параметры, что они должны делать и какие результаты возвращать. В стандарте даже не упоминаются реальные системные вызовы.

Помимо операционной системы и библиотеки системных вызовов все версии Linux предоставляют большое количество стандартных программ, некоторые из них указаны в стандарте POSIX 1003.2, тогда как другие могут различаться в разных версиях системы Linux. К этим программам относятся командный процессор (оболочка), компиляторы, редакторы, программы обработки текста и утилиты для работы с файлами. Именно эти программы и запускает пользователь с клавиатуры. Таким образом, мы можем говорить о трех интерфейсах в операционной системе Linux: интерфейсе системных вызовов, интерфейсе библиотечных функций и интерфейсе, образованном набором стандартных служебных программ.

В большинстве наиболее распространенных дистрибутивов системы Linux для персональных компьютеров этот ориентированный на ввод с клавиатуры интерфейс пользователя был заменен графическим интерфейсом пользователя, ориентированным на использование мыши, для чего не потребовалось никаких изменений в самой системе. Именно эта гибкость сделала систему Linux такой популярной и позволила ей пережить многочисленные изменения лежащей в ее основе технологии.

Графический интерфейс пользователя системы Linux похож на первые графические интерфейсы пользователя, разработанные для UNIX в 70-х годах прошлого века и ставшие популярными благодаря компьютерам Macintosh и впоследствии — системе Windows для персональных компьютеров. Графический интерфейс пользователя создает среду рабочего стола — знакомую нам метафору с окнами, значками, каталогами, панелями инструментов, а также возможностью перетаскивания. Полная среда рабочего стола содержит администратор многооконного режима, который управляет размещением и видом окон, а также различными приложениями и создает согласованный графический интерфейс. Популярными средами рабочего стола для Linux являются GNOME (GNU Network Object Model Environment) и KDE (K Desktop Environment).

Графические интерфейсы пользователя в Linux поддерживает оконная система X Windowing System, которую обычно называют Х11 (или просто Х). Она определяет обмен и протоколы отображения для управления окнами на растровых дисплеях UNIXподобных систем. Х-сервер является главным компонентом, который управляет такими устройствами, как клавиатура, мышь и экран, и отвечает за перенаправление ввода или прием вывода от клиентских программ. Реальная среда графического интерфейса пользователя обычно построена поверх библиотеки низкого уровня (xlib), которая содержит функциональность для взаимодействия с Х-сервером. Графический интерфейс расширяет базовую функциональность Х11, улучшая вид окон, предоставляя кнопки, меню, значки и пр. Х-сервер можно запустить вручную из командной строки, но обычно он запускается во время загрузки диспетчером окон, который отображает графический экран входа в систему.

При работе на Linux-системах с помощью графического интерфейса пользователь может щелчком кнопки мыши запустить приложение или открыть файл, использовать перетаскивание для копирования файлов из одного места в другое и т. д. Кроме того, пользователи могут запускать программу эмуляции терминала xterm, которая предоставляет им базовый интерфейс командной строки операционной системы. Его описание дано в следующем разделе.

Оболочка. Несмотря на то что Linux имеет графический интерфейс пользователя, большинство программистов и продвинутые пользователи по-прежнему предпочитают интерфейс командной строки, называемый оболочкой (shell). Они часто запускают одно или несколько окон с оболочками из графического интерфейса пользователя и работают в них. Интерфейс командной строки оболочки значительно быстрее в использовании, существенно мощнее, прост в расширении и не грозит пользователю туннельным синдромом запястья из-за необходимости постоянно пользоваться мышью. Далее мы кратко опишем оболочку bash. Она основана на оригинальной оболочке системы UNIX, которая называется оболочкой Бурна (Bourne shell, написана Стивом Бурном, а затем в Bell Labs.), и фактически даже ее название является сокращением от Bourne Again SHell. Используется и множество других оболочек (ksh, csh и т. д.), но bash является оболочкой по умолчанию в большинстве Linux-систем.

Когда оболочка запускается, она инициализируется, а затем выводит на экран символ приглашения к вводу (обычно это знак процента или доллара) и ждет, когда пользователь введет командную строку.

После того как пользователь введет командную строку, оболочка извлекает из нее первое слово, под которым подразумевается череда символов с пробелом или символом табуляции в качестве разделителя. Оболочка предполагает, что это слово является именем запускаемой программы, ищет эту программу и, если находит, запускает ее навыполнение. При этом работа оболочки приостанавливается на время работы запущенной программы. По завершении работы программы оболочка пытается прочитать следующую команду. Здесь важно подчеркнуть, что оболочка представляет собой обычную пользовательскую программу. Все, что ей нужно, — это возможность чтения с клавиатуры и вывода на монитор, а также способность запускать другие программы.

У команд могут быть аргументы, которые передаются запускаемой программе в виде текстовых строк. Например, командная строка

запускает программу cp с двумя аргументами, src и dest. Эта программа интерпретирует первый аргумент как имя существующего файла. Она копирует этот файл и называет эту копию dest.

Не все аргументы являются именами файлов. В строке

первый аргумент –20 дает указание программе head напечатать первые 20 строк файла file (вместо принятых по умолчанию 10 строк). Управляющие работой команды или указывающие дополнительные значения аргументы называются флагами и по соглашению обозначаются знаком тире. Тире требуется, чтобы избежать двусмысленности, поскольку, например, команда

вполне законна. Она дает указание программе head вывести первые 10 строк файла с именем 20, а затем вывести первые 10 строк второго файла file. Большинство команд Linux-систем могут принимать несколько флагов и аргументов.

Чтобы было легче указывать группы файлов, оболочка принимает так называемые волшебные символы (magic charecters), иногда называемые также групповыми (wild cards). Например, символ «звездочка» означает все возможные текстовые строки, так что строка

дает указание программе ls вывести список всех файлов, имена которых оканчиваются на .c. Если существуют файлы x.c, y.c и z.c, то данная команда эквивалентна команде

Другим групповым символом является вопросительный знак, который заменяет один любой символ. Кроме того, в квадратных скобках можно указать множество символов, из которых программа должна будет выбрать один. Например, команда

выводит все файлы, имя которых начинается с символов «a», «p» или «e».

Такая программа, как оболочка, не должна открывать терминал (клавиатуру и монитор), чтобы прочитать с него или сделать на него вывод. Вместо этого запускаемые программы автоматически получают доступ для чтения к файлу, называемому стандартным устройством ввода (standard input), а для записи — к файлу, называемому стандартным устройством вывода (standard output), и к файлу, называемому стандартным устройством для вывода сообщений об ошибках (standard error). По умолчанию всем этим трем устройствам соответствует терминал, то есть чтение со стандартного ввода производится с клавиатуры, а запись в стандартный вывод (или в вывод для ошибок) попадает на экран. Многие Linux-программы читают данные со стандартного устройства ввода и пишут на стандартное устройство вывода. Например, команда sort запускает программу sort, читающую строки с терминала (пока пользователь не нажмет комбинацию клавиш Ctrl+D, чтобы обозначить конец файла), а затем сортирует их в алфавитном порядке и выводит результат на экран.

Стандартные ввод и вывод можно перенаправить, что является очень полезным свойством. Для этого используются символы « » соответственно. Разрешается их одновременное использование в одной командной строке. Например, команда sort out заставляет программу sort взять в качестве входного файл in и направить вывод в файл out. Поскольку стандартный вывод сообщений об ошибках не был перенаправлен, то все сообщения об ошибках попадут на экран. Программа, которая считывает данные со стандартного устройства ввода, выполняет определенную обработку этих данных и записывает результат в поток стандартного вывода, называется фильтром.

Рассмотрим следующую командную строку, состоящую из трех отдельных команд: sort temp; head –30 foo

Здесь в стандартное устройство вывода записываются все строки, содержащие строку «ter» во всех файлах, оканчивающихся на .t, после чего они сортируются. Первые 20 строк выбираются программой head, которая передает их программе tail, записывающей последние пять строк (то есть строки с 16-й по 20-ю в отсортированном списке) в файл foo. Вот пример того, как операционная система Linux обеспечивает основные строительные блоки (фильтры), каждый из которых выполняет определенную работу, а также механизм, позволяющий объединять их практически неограниченным количеством способов.

Linux является универсальной многозадачной системой. Один пользователь может одновременно запустить несколько программ, каждую в виде отдельного процесса. Синтаксис оболочки для запуска фонового процесса состоит в использовании амперсанда в конце строки. Таким образом, строка

запустит программу подсчета количества слов wc, которая сосчитает число строк (флаг –l) во входном файле a и запишет результат в файл b, но будет делать это в фоновом режиме. Как только команда будет введена пользователем, оболочка выведет символ приглашения к вводу и будет готова к обработке следующей команды. Конвейеры также могут выполняться в фоновом режиме, например:

/* здесь располагается родительский код */

/* здесь располагается дочерний код */

Процессы именуются своими PID-идентификаторами. Как уже говорилось, при создании процесса его PID выдается родителю нового процесса. Если дочерний процесс желает узнать свой PID, то он может воспользоваться системным вызовом getpid. Идентификаторы процессов используются различным образом. Например, когда дочерний процесс завершается, его родитель получает PID только что завершившегося дочернего процесса. Это может быть важно, так как у родительского процесса может быть много дочерних процессов. Поскольку у дочерних процессов также могут быть дочерние процессы, то исходный процесс может создать целое дерево детей, внуков, правнуков и более дальних потомков.

В системе Linux процессы могут общаться друг с другом с помощью некой формы передачи сообщений. Можно создать канал между двумя процессами, в который один процесс сможет писать поток байтов, а другой процесс сможет его читать. Эти каналы иногда называют трубами (pipes). Синхронизация процессов достигается путем блокирования процесса при попытке прочитать данные из пустого канала. Когда данные появляются в канале, процесс разблокируется.

При помощи каналов организуются конвейеры оболочки. Когда оболочка видит строку вроде

Источник