Укажите функции операционной системы linux

В этой главе дается обзор операционной системы Linux. Прежде всего рассматриваются основные функции системы. Затем следует описание программ, реализующих эти функции. Цель главы — дать понимание системы в целом, поэтому каждый раздел рассматривается более подробно позже.

2.1. Различные составляющие операционной системы

Любая UNIX-подобная операционная система состоит из ядра и некоторых системных программ. Также существуют некоторые прикладные программы для выполнения какой-либо задачи. Ядро является сердцем операционной системы. Оно размещает файлы на диске, запускает программы и переключает процессор и другое оборудование между ними для обеспечения мультизадачности, распределяет память и другие ресурсы между процессами, обеспечивает обмен пакетами в сети и т.п. Ядро само по себе выполняет только маленькую часть общей работы, но оно предоставляет средства, обеспечивающие выполнение основных функций. Оно также предотвращает использование прямого доступа к аппаратным средствам предоставляя специальные средства для обращения к периферии. Таким образом ядро позволяет контролировать использовние аппаратных средств различными процессами и обеспечивать некоторую защиту пользователей друг от друга. Средства, предоставляемые ядром, используются через системные вызовы (см. раздел 2 руководства для более подробной информации по этому вопросу).

Системные программы используют средства, предоставляемые ядром для обеспечения выполнения различных функций операционной системы. Системные и все остальные программы выполняются ‘на поверхности ядра’, в так называемом пользовательском режиме. Существует некотоpая разница между системными и прикладными программами. Прикладные программы предназначены для выполнения какой-либо определенной задачи, в то время как системные программы используются для поддержания работы системы. Текстовый процессор является прикладной программой, а программа telnet — системной, хотя зачастую граница между ними довольно смутная.

Довольно часто операционная система содержит компиляторы и соответствующие им библиотеки (GCC и C библиотеки для Linux), хотя не обязательно все языки программирования должны быть частью операционной системы. Документация, а иногда даже игры, могут являться ее частью. Обычно состав операционной системы определяется содержимым установочного диска или ленты, хотя дело обстоит несколько сложнее, так как различные части операционной системы разбросаны по разным FTP серверам во всем мире.

2.2. Важные составляющие ядра

Ядро системы Linux состоит из нескольких основных частей: блок управления процессами, блок управления памятью, драйверы устройств, драйверы файловых систем, блок управления сетью а также другие небольшие процедуры.

Наиболее важные составляющие ядра (обеспечивающие жизнеспособность системы) — это блок управления памятью и процессами. Блок управления памятью обеспечивает распределение областей памяти и swap-областей между процессами, составляющими ядра и для кэш-буфера. Блок управления процессами создает новые процессы и обеспечивает многозадачность путем переключения задач.

На самом нижнем уровне ядро содержит драйверы устройств для каждого типа поддерживаемого оборудования. Существует довольно большой набор различных драйверов, так как постоянно разрабатываются новые типы устройств. Существует довольно много одинаковых устройств, которые различаются только тем, как происходит взаимодействие между самим устройством и драйвером. Такое сходство позволяет использовать классы драйверов, поддерживающих одинаковые операции. В каждом члене такого класса используется однотипный интерфейс для ядра, но различные схемы взаимодействия с устройством. Например, все драйверы жесткого диска представляются для ядра абсолютно одинаково, то есть у них у всех имеются такие операции как ‘инициализация жесткого диска’, ‘чтение сектора N’, ‘запись сектора N’.

Некоторые функции, предоставляемые ядром, имеют одинаковые свойства. Например, различные сетевые протоколы объединены в один программный интерфейс — BSD socket библиотеку. Вот другой пример — различные файловые системы, поддерживаемые системой Linux. Ядро содержит виртуальную файловую систему (Virtual File System — VFS) которая включает в себя все функции, используемые для работы системы, а также драйвер для каждой поддерживаемой файловой системы. При попытке доступа к какой-либо файловой системе запрос проходит через VFS, откуда перенаправляется к соответствующему драйверу файловой системы.

2.3. Основные функции UNIX системы

В этом разделе достаточно поверхностно рассматриваются некоторые наиболее важные функции UNIX системы. Более подробно они рассмотрены в следующих главах.

2.3.1. init

Единственную и самую важную функцую в UNIX системе предоставляет пpоцесс init. Он запускается в любой UNIX системе как самый первый процесс, а также завершает процедуpу загрузки системы. При запуске init, продолжается процесс загрузки (проверяются и устанавливаются файловые системы, запускаются различные программы-демоны и т.д.).

Точный список того, что выполняется при запуске init, зависит от версии программы. Обычно init предоставляет однопользовательский режим, при котором никто не может подключиться к системе. Обычный режим — это многопользовательский. Некоторые версии используют понятие ‘уровень запуска’. Например, однопользовательский и многопользовательский режимы — это разные уровни запуска. Также существуют дополнительные уровни, например для запуска X-windows.

При работающей системе, две самые важные задачи программы init — это удостоверится, что все программы-демоны getty работают (т.е. имеется возможность подключения к системе) и адаптирование orphan-процессов (т.е. процессов, чей родительский процесс был уничтожен; в системе UNIX все процессы должны принадлежать одному дереву процессов, поэтому orphan-процессы должны быть адаптированы).

При завершении работы системы и перезапуске, init уничтожает все оставшиеся процессы, демонтирует файловые системы и останавливает процессор.

2.3.2. Подключение к системе с терминалов

Подключение к системе с терминалов (через последовательные линии) и с главной консоли (если не запущены X) обеспечивается программой getty. init запускает отдельный процесс getty для каждого терминала. getty считавает имя пользователя и запускает программу login, которая считывает пароль. Если имя и пароль соответствуют одному пользователю, то login запускает оболочку. При выходе из оболочки, то есть при выходе из системы, или при завершении программы login в случае если имя пользователя и пароль не подходят, init запускает новый процесс getty. Ядро не контролирует подключения к системе, а только выполняет системные программы.

2.3.3. Syslog

Иногда при работе ядра или различных системных программ возникают ошибки, предупреждения и другие сообщения. Программа syslog записывает все сообщения в файл так, что он может быть впоследствии просмотрен. Syslog можно сконфигурировать так, что сообщения будут сортироваться и записываться в разные файлы по приоритету. Например, сообщения ядра часто направляются в отдельный файл, так как эти сообщения наиболее важные и должны регулярно просматриваться во избежание серьезных проблем.

2.3.4. Периодическое выполнение команд: cron и at

Как отдельным пользователям, так и системному администратору иногда требуется периодически запускать определенные команды. Например, системному администратору может потребоваться периодически запускать команду для очистки каталогов от временных файлов (/tmp и /var/tmp), для предотвращения переполнения диска.

Для этого используется функция cron. У каждого пользователя имеется файл crontab, в котором содержится список команд, представленных к выполнению и количество раз, которое они должны быть выполнены. Программа-демон crond обеспечивает своевременное выполнение указанных команд.

Функция at идентична функции cron, только команда запускается один раз в указанное время и запуск больше не повторяется.

2.3.5. Графический интерфейс пользователя

Как в системе UNIX так и в Linux, пользовательский интерфейс не встраивается в ядро системы. Вместо этого он представляется программами пользовательского уровня. Это применяется как к текстовым, так и к графическим оболочкам.

Такой стандарт делает систему более гибкой, хотя и имеет свои недостатки. Например, это легко позволяет создавать новые интерфейсы для программ, что затрудняет изучение системы.

Первоначально используемой с системой Linux графической оболочкой была система X Window System (сокращенно X). X не реализует пользовательский интерфейс, а только оконную систему, т.е. средства, с помощью которых может быть реализован графический интерфейс. Три наиболее популярных версии графических интерфейсов на основе X — это Athena, Motif и Open Look.

2.3.6. Работа с сетью

Сеть — это средство, позволяющее соединяться двум или более компьютерам между собой.

UNIX-подобные операционные системы имеют широкий спектр сетевых возможностей. Большинство базовых функций (файловые системы, печать, создание резервных копий и т.д.) могут быть реализованы посредством сети. Это может значительно облегчить работу системного администратора, так как позволяет использовать централизованное администрирование.

Однако, в этой книге поверхностно рассмотрены вопросы работы с сетью. Для более подробной информации см. книгу «Руководство Сетевого Администратора Системы Linux».

2.3.7. Подключение к системе через сеть

Подключение к системе через сеть работает несколько иначе, чем обычное подключение. Существуют отдельные физические последовательные линии для каждого терминала, через которые и происходит подключение. Для каждого пользователя, подключающегося к системе, существует отдельное виртуальное сетевое соединение и их может быть любое количество. Однако не представляется возможным запустить отдельный процесс getty для каждого возможного виртуального соединения. Существуют также и другие способы подключения к системе посредством сети. Например, telnet и rlogin — основные службы в TCP/IP сетях.

При использовании сети для подключения к системе, кроме большого количества процессов getty используется отдельная программа-демон (при использовании как telnet так и login используются различные программы-демоны), которая отслеживает все попытки соединения с компьютером. Если опpеделяется попытка соединения, то программа создает новый процесс — создает сама себя для обработки этого соединения — а затем продолжает отслеживание новых соединений. Создаваемый процесс идентичен программе getty.

2.3.8. Сетевые файловые системы

Одна из наиболее полезных функций, которая может быть реализована с помощью сети, это разделение файлов через сетевую файловую систему. Обычно используется система, называемая Network File System или NFS, которая разработана корпорацией Sun.

При работе с сетевой файловой системой любые операции над файлами, производимыми на локальном комьютере, передаются через сеть на удаленную машину. При работе сетевой файловой системы программа считает, что все файлы на удаленном компьютере находятся на компьютере, где она запущена. Таким образом разделение информации посредством такой системы не требует внесения каких-либо изменений в программу.

2.3.9. Почта

Электронная почта является самым важным средством связи между компьютерами. Электронные письма хранятся в одном файле в специальном формате. Для чтения и отправления писем применяются специальные программы.

У каждого пользователя имеется отдельный «почтовый ящик» (т.е. файл, где информация хранится в специальном формате), в котром хранится приходящая почта. Если на комьютер приходит письмо, то программа обработки почты находит файл почтового ящика соответвующего пользователя и добавляет туда полученное письмо. Если же почтовый ящик пользователя находится на другом компьютере, то письмо перенаправляется на этот компьютер, где проходит его последующая обработка.

Почтовая система состоит из множества различных программ. Доставка писем к локальным или удаленным почтовым ящикам производится одной программой (например, sendmail или smail), в то время как для обычной отправки или просмотра писем применяется большое количетсво различных программ (например, Pine или elm). Файлы почтовых ящиков обычно хранятся в каталоге /var/spool/mail.

2.3.10. Печать

В один момент времени принтером может пользоваться только один пользователь. Поэтому для того, чтобы принтером могли пользоваться сразу несколько пользователей, используется специальная программа, которая обеспечивает обслуживание очереди к принтеру. Все задания для принтера помещаются в буфеp. Когда принтер заканчивает обработку одного задания, следуещее передается к нему автоматически. Это значительно упрощает работу с принтером.

Программа обслуживания очереди к принтеру помещает информацию, которая должна быть распечатана, на диск, то есть текст располагается на диске, в то время как задание находится в очереди. Это позволяет прикладным программам достаточно быстро распечатывать тексты, помещая их в очередь, так как для продолжения работы приложению не требуется дожидаться окончания распечатки.

2.4. Структура файловой системы

Файловая система разделяется на несколько частей: файловая система root, состоящая из каталогов /bin, /lib, /etc, /dev и некоторых других, файловая система /usr, где хранятся различные программы и данные не подлежащие изменению, файловая система /var, где содержатся изменяемые файлы (такие как log файлы и др.) и файловая система /home, которая состоит из личных каталогов пользователей. Разделение может существенно отличатся от выше указанного в зависимости от работы системного администратора и конфигурации аппаратного обеспечения.

В главе 5 сруктура файловой системы рассматривается более подробно (см. также Linux Filesystem Standard).

Источник

Анатомия GNU/Linux

Какое-то время назад на Хабре была небольшая волна постов на тему «Почему я [не] выбрал Linux». Как порядочный фанатик я стриггерился, однако решил, что продуктивнее что-нибудь рассказать о своей любимой системе, чем ломать копии в комментариях.

У меня сложилось впечатление, что многие пользователи GNU/Linux слабо представляют, из чего сделана эта операционная система, поэтому утверждают, что она сляпана из попавшихся под руку кусков. В то же время, архитектура большинства дистрибутивов является устоявшейся и регламентируется рядом стандартов, включая стандарт графического окружения freedesktop.org и Linux Standard Base, расширяющий стандарты Unix. Мне при знакомстве с GNU/Linux несколько лет назад для погружения не хватало простой анатомической карты типичного дистрибутива, поэтому я попробую рассказать об этом сам.

Загрузчик

Сеанс операционной системы начинается с загрузчика, как театр с вешалки. Дефолтным загрузчиком сегодня является GNU GRUB, известный так же как GRUB 2. По-прежнему доступна первая ветка, называемая теперь «GRUB Legacy». Другой загрузчик с давней историей — Syslinux.

Задача загрузчика — инициализировать ядро Linux. Для этого, в общем случае, нужно знать, где ядро лежит, и уметь прочитать это место (раздел Ext4, скажем). Ядру в помощь загрузчик обычно так же подтягивает начальный образ загрузки, о котором скажем позже. GRUB умеет много прочего, типа построения весьма сложных меню и чейнлоадинга других загрузчиков (Windows Boot Manager например). GRUB имеет конфигурационный синтаксис, отдалённо напоминающий шелл, и расширяется модулями.

GRUB велик и могуч, порой даже слишком, и встраиваемые системы часто используют компактный Das U-Boot.

Могучий Linux («не оставляй нас, монолит!»). Ядро операционной системы, созданное, чтобы работать с POSIX-совместимыми окружениями. Обычно лежит в /boot/ и содержит в названии слово vmlinuz , где «vm» напоминает нам о поддержке виртуальной памяти, а «z» указывает, что файл сжат.

В рамках одного дистрибутива может поддерживаться несколько вариантов ядра, например:

mainline («основное»);

LTS (с расширенной поддержкой);

rt (патченное для поддержки исполнения в режиме реального времени);

с различными патчами для повышения производительности или защищённости (zen, hardened etc);

libre (почищенное от проприетарных блобов ядро, ожидаемо поддерживающее мало оборудования).

совсем экзотичные варианты с не-Linux ядром типа Debian GNU/Hurd (с ядром GNU Hurd) и Debian GNU/kFreeBSD (с ядром FreeBSD соответственно). Это уже, конечно, не GNU/Linux.

Начальный образ загрузки

Начальный образ загрузки известен так же как initrd и initramfs. Представляет собой архив с образом файловой системы, развёртываемой в оперативную память в начале процесса загрузки. Несёт в себе различные драйверы и скрипты, позволяющие инициализировать оборудование и смонтировать файловые системы.

Содержимое начального образа загрузки зависит от версии ядра и потребностей пользователя (кто-то использует ZFS, а у кого-то корень зашифрован LUKS). Поэтому образ не поставляется в дистрибутивах. В дистрибутивах поставляются фреймворки для создания начальных образов по мере необходимости. Так, обычно создание свежего образа инициируется при обновлении ядра. Вот несколько популярных фреймворков:

initramfs-tools — детище Debian.

Dracut (произносится созвучно с сушёной кошкой) — в RHEL и производных (CentOS, Scientific Linux etc.). Наиболее гибкий и современный инструмент из перечисленных, если спросите меня.

mkinitcpio поставляется в Archlinux, хотя мейнтейнеры подумывают о Dracut, который уже включён в репозиторий и установочные образы.

make-initrd — свой путь у замечательного отечественного дистрибутива Alt Linux.

Тут же упомянем Plymouth, размещаемый в начальном образе. Это заставка (сплэш-скрин), позволяющая заменить вывод ядра при загрузке на произвольную анимированную картинку, например логотип дистрибутива, что принято в «дружелюбных к пользователю»™ дистрибутивах типа Ubuntu и Fedora.

Система инициализации — это пастырь процессов. Она стартует раньше всех и имеет PID 1. Она определяет уровень запуска системы и жизненный цикл большинства служб. Независмо от того, что за система инициализации представлена, она предлагает исполняемые файлы /sbin/init (или /usr/bin/init , или в том же духе, ну вы поняли).

Холиварный элемент. Много лет с нами была Sysvinit, пришедшая из варианта ОС Unix System V. Sysvinit полагалась в огромной степени на скрипты инициализации. Служил этот инит, в общем, исправно, но постепенно некоторым инженерам стало мозолить глаза последовательное исполнение скриптов и собственно скрипты, известные в жарких спорах за свою распростёртость как «баш-портянки». В конце 00-ых-начале 10-ых как грибы после дождя расплодились альтернативные системы инициализации: OpenRC от Gentoo, Upstart от Canonical, Systemd от Red Hat за авторством Леннарта Поттеринга. В конце концов по причинам техническим и политическим всех сожрала Systemd. Её восхваляют и ненавидят. Восхваляют в основном за простой и лаконичный синтаксис служб. Так, скрипт запуска веб-сервера Apache для классического инита занимает 153 строки включая комментарии, а файл службы из пакета apache в Arch Linux — 15 строк. Недолюбливают в основном за то, что эта система инициализации подрабатывает ещё и резолвером, планировщиком, менеджером сети, менеджером монтирования и Бог весть ещё чем, попирая дзен Unix.

Командная оболочка

Командная оболочка, она же командный интерпретатор или просто шелл. Неискушённый пользователь скажет — «в гробу я этот шелл видал, можно в графическом режиме жить», и будет неправ, поскольку шелл прописан в стандарте POSIX и необходим для работоспособности системы. Есть понятие «оболочка входа» (login shell) — это первый процесс, запускамый при входе пользователя. Он подтягивает опции и переменные окружения из конфигурационных файлов, все последующие процессы запускаются в контексте этого шелла. Что будет запущено в качестве оболочки входа, определяется в /etc/passwd .

Наиболее распространены сегодня следующие оболочки:

Bourne shell (sh) — «тот самый шелл», сложно найти дистрибутив без него.

Bourne again shell (bash) — принят по умолчанию в качестве пользователькой оболочки в большинстве GNU/Linux дистрибутивов и предлагает ряд удобств по сравнению с sh.

Debian Almquist shell (dash) — компактная облочка, совместимая с sh. Традиционно используется в Debian, где /usr/bin/sh на неё ссылается.

Z shell (zsh) — похож на bash, но предлагает оригинальные фишечки для интерактивного ввода. Редко идёт из коробки, но обычно поставляется в репозитории.

BusyBox — утилита для встраиваемых систем, которая предоставляет целое пользовательское окружение, в том числе — POSIX-совместимый шелл (вызывается так: $ busybox sh ).

Графический сервер

Демон, отвечающий за отрисовку окошек. Золотой стандарт графического сервера — X Window System с нами аж с 1984 года. Это именно стандарт, архитектура и набор протоколов. Реализаций за прошедшие годы была уйма, в каждой собственнической Unix-системе была своя. В GNU/Linux (и BSD) долгое время применялся Xfree86. Теперь с нами X.Org Server, или просто Xorg, он отпочковался от XFree86.

X Window System — мощная и богатая система, так, одна из возможностей — сетевая прозрачность. Вы можете запустить на своём хосте графическое приложение с другой машины, даже когда на той машине графический сервер не запущен. При помощи SSH это можно сделать, например, так (может потребоваться небольшая донастройка sshd):

Надо сказать, терминология X Window System контринтуитивна: клиентом называется графическое приложение, а сервером — отрисовывающее. На этот счёт прошлись в классической монографии «The UNIX-HATERS Handbook».

Другая возможность X, отрисовка графических примитивов и текстовых глифов, использовалась в старые времена, когда мужчины были мужчинами и рисовали окошки сами, без тулкитов.

В окружениях рабочих столов активно используется X keyboard extension, расширение, отображающее нажатие клавиш на различные раскладки.

«Иксам» пророчат скорую кончину. Именно обширность и сложность стандарта побудила разработчиков СПО начать работу над новым стандартом — протоколом Wayland. Wayland достиг определённой стадии зрелости и с переменным успехом внедряется дистрибутивами как графический сервер по умолчанию. Тем не менее, проект Wayland начат в 2008 году, а стандарт X ещё не спешит уходить с ~~голубых~~ экранов.

Оконный менеджер Weston

На скриншоте Weston — эталонная реализация композитного менеджера Wayland. Умеет крутить окошки. А ещё его можно запустить внутри другого рабочего стола, просто выполнив в терминале weston .

После старта графический сервер обслуживает иерархию окон. Существует понятие «корневое окно» (root window), оно, в свою очередь, «владеет» окнами панелей, приложений. Окна приложений «владеют» своими модальными окнами. Обычно обои рабочего стола отрисовываются в корневом окне.

Дисплейный менеджер

Не вполне интуитивно названные, дисплейные менеджеры (DM) рисуют для нас приветливое окошко входа в систему. Обычно, помимо ввода логина и пароля, они позволяют выбрать сессию (при наличии выбора в вашей системе) и задать язык сеанса. Дисплейные менеджеры делают плюс-минус одну и ту же нехитрую работу, их многообразие оправдано консистентностью с различными средами рабочего стола (что зависит, по большей части, от графического тулкита и утилит настройки). Можно жить без дисплейного сервера, как в старые добрые времена. Для этого потребуется настроить ваш

/.xinitrc на запуск необходимого сеанса рабочего стола. Это позволит входить через ядерную консоль и запускать рабочий стол командой startx .

Жизнь без DM Жизнь c SDDM

Типичные представители дисплейных менеджеров:

GDM из набора GNOME;

SDDM из комплекта KDE;

LightDM — универсальный вариант;

FlyDM — из поставки Astra Linux.

Окружение рабочего стола

Окружения рабочего стола (DE) состоит из ряда стандартных компонентов, таких, как:

панель с треем и меню запуска приложений;

хранитель экрана, он же блокировщик экрана;

браузер, которым никто не пользуется;

почтовый клиент (у зажиточных окружений);

Два могучих окружения, GNOME и KDE, сражаются за сердца простых пользователей, а остальные массовые десктопы ~~им завидуют~~ нередко пользуются их наработками. Некоторые хардкорные пользователи предпочитают собирать окружение рабочего стола самостоятельно на базе оконных менеджеров типа Awesome и i3.

Оконный менеджер Window Maker

На скриншоте оконный менеджер Window Maker из состава GNUstep. GNUstep воспроизводит окружение NeXTSTEP. Поставляется в репозиториях большинства дистрибутивов.

Графические тулкиты

Графический тулкит — библиотека или фреймворк, упрощающая рисование формочек и кнопочек, причём в едином стиле. То, чем занимается Windows Forms на ОС другого производителя, а так же занимался некогда полулярный Motif на старых юниксах (Open Motif доступен поныне).

Флагманами в этой категории долгое время были и остаются GTK и Qt. GTK родился как тулкит для свободного графического редактора GIMP и позже переполз под крыло GNOME. Написан на чистом C с классами, имеет официальные байндинги к Python и C++, а ещё породил целый язык общего назначения Vala. Qt — изначально коммерческий проприетарный тулкит, сейчас является свободным ПО (но по-прежнему коммерческим). Написан на C++ с размахом, заменяя стандартную библиотеку и кучу других библиотек и предлагая метаобъектный компилятор (кодогенератор). Имеет байндинги к куче языков. KDE гордо зиждется на этом великолепии.

Графическое API

Mesa — это каркас для видеовывода. Меза предоставляет API OpenGL и, с не столь давних пор, Vulkan (и несколько других API типа VDPAU и VAAPI). Можно сказать, что Mesa берёт на себя вопросы графики, которыми обычно занимается DirectX в ОС другого производителя.

Безопасность

Обширная часть системы, и я недостаточно компетентен, чтобы в неё углубляться, тем не менее, обзорно рассмотрим.

PAM — Pluggable Authentication Modules — модульная система авторизации. Отвечает, как понятно из названия, за авторизацию пользователей в системе, причём разными способами. Через PAM авторизуются в том числе доменные пользователи, в таком случае PAM действует в связке с имплементацией Kerberos (обычно MIT’овский krb5), поскольку сам по себе PAM не работает с удалёнными клиентами. Модули представляют собой разделяемые библиотеки (исполняемые файлы с суффиксом so ) и позволяют делать интересные штуки при входе пользователя. Например, можно создавать домашнюю директорию при первом входе ( pam_mkhomedir.so ) или монтировать файловые системы ( pam_mount.so ).

Классическая утилита su и более молодая sudo предназначены для исполнения комманд от имени другого пользователя (по умолчанию root ). Наиболее значимая разница — su требует пароль пользователя, из-под которого вы хотите работать, а sudo — ваш пароль. sudo гибко настраивается, позволяя запускать только определённые команды определённым пользователям из-под других определённых пользователей, как-то так.

Менеджер авторизации Polkit позволяет непривилегированным процессам взаимодействовать с привилегированными. По сути он похож на sudo, но обладает превосходящей гибкостью и предназначен в первую очередь для приложений, в то время как sudo — утилита для пользователя. Правила пишутся, внезапно, на JavaScript’е.

Linux Security Modules (LSM) — фреймворк внутри ядра Linux, позволяющий накладывать на систему дополнительные моде́ли безопасности. Это достигается при помощи мо́дулей безопасности, не путать с модулями ядра. Наиболее популярные модули безопасности — SELinux и AppArmor. Первый явлен миру АНБ и развивается Red Hat, второй рождён в рамках ОС Immunix и сегодня развивается Canonical Ltd. Соответственно, SELinux поставляется в RHEL и производных, а AppArmor — в Ubuntu. Оба модуля имеют сходное назначение и привносят в систему мандатное управление доступом. Оба модуля повышают безопасность системы, не позволяя приложениям делать то, что от них не ожидается. Так, сконфигурированные модули безопасности не дадут веб-серверу шариться по диску вне нескольких ожидаемых директорий. Обратной стороной является необходимость конфигурировать систему безопасности для каждого мало-мальски нестандартно настроенного приложения. Не у многих на это хватает энтузиазма, так что обычно модуль безопасности просто переключается в разрешающий режим.

Антивирусные программы для GNU/Linux существуют, но мне не встречались дистрибутивы, где бы они шли из коробки, кроме специализированных решений для сканирования системы.

Подсистема печати

CUPS — «общая система печати UNIX», рождённая компанией Apple. Система модульная, поддерживает огромное количество устройств и, насколько мне известно, на сегодня не имеет альтернатив. А ещё CUPS имеет веб-интерфейс (по умолчанию на localhost:631).

Морда CUPS

CUPS работает только с печатающими устройствами, сканеры поддерживаются фреймворком SANE. К сожалению, спектр поддерживаемых устройств у SANE не очень широк. Некоторые вендорские драйверы для МФУ обеспечивают одновременно работоспособность сканера и работоспособность принтера через CUPS. Так, например, делает HPLIP от HP Inc. Благдаря HPLIP GNU/Linux может похвастаться отличной поддержкой печатающих устройств от HP. В то же время, HPLIP прикручен к CUPS немного сбоку, и часто проблематично настроить устройства HP только утилитами CUPS, как многие другие принтеры. Приходится использовать hp-setup .

Звуковая подсистема

Продолжительное время основной звуковой подсистемой ядра является ALSA. Некоторые пользователи ошибочно считают, что PulseAudio заменил ALSA. Это не так, PulseAudio — это звуковой сервер, являющийся лишь слоем абстракции, упрощающим управление аудиопотоками. Другим аудиосервером является JACK, который предназначен для профессиональной работы с аудио. Он не столь удобен для пользователя, но обеспечивает низкие задержки и предоставляет гибкую маршрутизацию MIDI-потоков.

Red Hat готовит нам PipeWire на замену PulseAudio и JACK. Следим за событиями.

Межпроцессное взаимодействие

Здесь речь не про низкоуровневые POSIX-штуки типа разделяемой памяти и сокеты. За свой век GNU/Linux повидал несколько подсистем, призванных упростить межпроцессное взаимодействие (IPC) десктоп-приложений. Сейчас правит бал шина сообщений D-Bus, а об остальных позабыли. Для чего это нужно? Например, некая служба посылает в шину сообщение об изменении своего состояния, а апплет панели слушает его и изменяет свой индикатор. Так обычно работают апплеты громкости и клавиатурной раскладки.

Традиционно в различных дистрибутивах GNU/Linux сеть настраивалась скриптами (причём различными). NetworkManager — детище Red Hat, созданное, чтобы править всеми интерфейсами. В годы юности NM вызывал приступы фрустрации у пользователей, но потом всё стало неплохо. NetworkManager позволяет управлять проводными и беспроводными интерфейсами, всевозможными тунелями, виртуальными мостами, VLAN’ами и аггрегированными каналами, причём как при помощи графических фронтендов, так и псевдографического nmtui и текстового nmcli . Вещь удобная и универсальная, в дистрибутивах Red Hat, ожидаемо идёт по умолчанию, в Debian и производных идёт только с рабочим столом, а в «безголовом исполнении» NM опционален. Есть альтернативы попроще, например — Wicd.

Работоспособность WiFi-устройств, как правило, обеспечивает демон WPA supplicant, у которого есть конкурент iwd, написанный ни много ни мало, компанией Intel.

Тут же хочется упомянуть демон Bluez, обеспечивающий работу с Bluetooth-устройствами.

Межсетевой экран

Слава iptables гремит далеко за узким кругом бородатых админов. Это не фильтр сам по себе, а лишь набор утилит в пространстве пользователя, работающий с подсистемой Linux Netfilter. Недавно (в историческом масштабе) добавилась подсистема ядра nftables и соответствующая пользовательская утилита nft. Это было сделано, в первую очередь, для унификации интерфейсов таблиц маршрутизации IPv4, IPv6, ARP и софтовых L2-коммутаторов. В современных дистрибутивах команды iptables являются лишь обёрткой для nftables и не рекомендуются к использованию. В целом, конфиг nft выглядит опрятнее дампа iptables.

Существует пачка высокоуровневых фаерволлов-обёрток над nftables (в том числе графических), так в RHEL и производых из коробки идёт firewalld, а в Ubuntu — UFW.

Пакетный менеджер

Пакетный менеджер — это сердце дистрибутива. Наиболее именитые и с длинной историей — это RPM из мира Red Hat и dpkg из семества Debian. Пример более современного — pacman из Arch Linux. Старожилы RPM и dpkg работают только с локальными пакетами: они их распаковывают, устанавливают и проверяют, что все зависимости удовлетворены. Работой с репозиториями занимаются другие утилиты, являющиеся как бы фронтендом к самому пакетному менеджеру. В RHEL ранее поставлялась утилита yum, на замену которой пришла dnf, в Debian раньше были apt-get и apt-cache, затем их увязали в одну команду apt. Более молодой pacman не имеет видимого пользователю разделения на несколько утилит и предлагает очень простой формат пакетов, которые можно собирать буквально на коленке. Есть и множество других, со своими особенностями. Например nix, который позволяет иметь в системе несколько версий одного пакета.

Новое в исторических масштабах явление — кросс-дистрибутивные системы поставки приложений. Появились в попытке преодолеть ад зависимостей, облегчить труд разработчиков и мейнтейнеров (избавив их от необходимости создавать десятки пакетов под разные версии и ветки GNU/Linux). Наиболее популярные проекты: Flatpack от Gnome, Snap от Canonical и AppImage сам по себе. Они несколько отличаются подходами, но в общем случае обеспечивают установку приложений со всем рантаймом и некоторой степенью изоляции от системы. Штуки удобные, однако подход несколько напоминает традиции тащить все зависимости с устанавливаемой программой в популярной ОС другого производителя. Простоты и порядка в систему не добавляют.

Для перечисленного добра есть красивые обёртки в виде магазинов приложений, два самых ходовых — GNOME Software и KDE Discover.

KDE Discover GNOME Software с фирменной кнопочкой в заголовке окна

Заключение

Краткая результирующая диаграмма:

Современный GNU/Linux в представлении художника

Если присмотреться к перечисленным составляющим GNU/Linux, можно заметить, что львиная доля технологий привносится несколькими крупными организациями. К ним относятся:

проект GNU под эгидой Free Software Foundation;

Red Hat, производитель коммерческого дистрибутива, недавно вошедший в состав IBM;

сообщество kernel.org при поддержке Linux Foundation.

В интернете ради флейма часто вкидывают, мол, поглядите — эти ваши линуксы делают клятые корпорации, где ваше хвалёное сообщество? Я думаю, не стоит противопоставлять отдельных энтузиастов и организации: все они вращают колесо open source. В конце концов, в больших организациях трудятся обычные люди. В итоге мы имеем очень динамичную систему, в которой не без причины компоненты сменяются один за другим, всё это куда-то движется, и, в общем-то, год от года хорошеет. Я надеюсь, в этом очерке удалось дать представление об анатомии GNU/Linux, а может быть и заинтересовать кого-нибудь закопаться поглубже.

Большое спасибо @ajijiadduh, который отловил огромное количество опечаток сразу после публикации, и всем прочим пользователям, указавшим на ошибки.

Правки и предложения вы можете присылать по адресу https://gitlab.com/bergentroll/gnu-linux-anatomy.

Источник