Операционная система Linux

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция 1. История и перспективы ОС Linux

Вопросы лекции:

1. Создание и развитие ОС Linux

2. Интернет и распространение ОС Linux

3. Дистрибутивы ОС Linux

4. Локализация ОС Linux

5. Конкуренция ОС Linux и Windows

Создание и развитие ОС Linux

История операционной системы Linux началась, естественно, с создания операционной системы Unix. В конце 60-х годов завершился проект Multics, над которым работали сотрудники компаний General Electrics, AT&T Bell Laboratories и Массачусетского института. Результатом этого проекта стала одноименная операционная система. Операционная система Multics была многозадачной, имела высокоэффективную на то время файловую систему, а также предоставляла пользователям относительно удобный интерфейс.

В 1969 году Кен Томпсон разработал операционную систему Unix, в основе которой были принципы, которых придерживались разработчики операционной системы Multics. Новая операционная система, в отличие от Multics, могла работать на мини-ЭВМ. При этом с самого начала новая система была многозадачной и многопользовательской. Вскоре операционная система Unix стала настолько популярной, что Кен Томпсон и Деннис Ритчи решили переписать код системы на языке С. До этого операционная система была написана на ассемблере. Это обеспечило огромною мобильность операционной системы -- ОС Unix могла быть перенесена практически на любую платформу без перепрограммирования. Нужно было только модифицировать небольшую часть ядра, написанную на ассемблере.

Через определенное время операционная система Unix стала стандартным программным продуктом, который распространялся многими компаниями, включая IBM и Novell. В 1972 году началась массовая продажа лицензий на эту операционнуюсистему различным пользователям. С этого момента ОС Unix неофициально стала коммерческим программным продуктом.

Калифорнийский университет в Беркли также приобрел лицензию на ОС Unix. Специалисты этого университета внесли много изменений, которые вскоре стали стандартными. В 1975 году Калифорнийский университет выпустил свою версию Unix -- Berkeley Software Distribution (BSD). Эта операционная система стала основным конкурентом операционной системы, разработанной компанией AT&T.

Постепенно другие компании, последовав примеру Калифорнийского университета, начали выпускать свои версии Unix. Например, в 1980 году компания Microsoft выпустила ОС Xenix. Правда, данная операционная система немогла составить конкуренцию Unix, так как не поддерживала многопользовательский режим, а была предназначена для одного пользователя. В 1982 году компания AT&T выпустила версию Unix System 3. Это была первая официальная коммерческая версия ОС Unix. Следующей версией стала Unix System V. Помимо различных нововведений, эта версия отличалась серьезной технической поддержкой.

Разработчики BSD Unix также не сидели сложа руки и в 1983 году Калифорнийский университет выпустил версию Unix BSD 4.2. Эта операционная система содержала довольно мощные средства управления памятью, файлами, печатью, а также в ней был реализован протокол TCP/IP, который сейчас во всю применяется в сети Интернет. Многие фирмы-производители выбрали именно Unix BSD 4.2.

Внедрение ОС Linux в образование

Операционная система Linux, как система с открытыми исходными текстами представляет из себя идеальную платформу для обучения будущих специалистов по информационным технологиям, так как дает им возможность понять основы своего функционирования. Более того, эта бурноразвивающаяся система уже предлагает полные решения для построения ИТ-инфраструктуры образовательных учреждений и широко используется в этой среде. Linux распространяется свободно, поэтому позволяет ВУЗу сократить расходы на покупку программного обеспечения, более того, при квалифицированном использовании Linux могут значительно сократиться и расходы на обслуживание и поддержку информационной системы.

Кроме того, операционная система Linux становится все более востребована корпо­ративными клиентами, т.е. потенциальными работодателями сегодняшних студентов. К примеру, Linux широко используется во внутренней инфраструктуре IBM как на серверах (среди которых - серверы, поддерживающие веб-сайт корпорации), так и на рабочих станциях сотрудников. К 2005 году на Linux перейдут около 40 000 рабочих станций в IBM.

Государственные организации и образовательные учреждения по всему миру являются главными двигателями распространения ОС Linux и открытого ПО. Часть российских ВУЗов уже внедрила в образовательный процесс эту операционную систему - это МФТИ, МГУ, МГТУ им. Баумана и другие ВУЗы.

Быстрое распространение и развитие этой операционной системы кому-то кажется невероятным, кому-то - закономерным, но факт остается фактом: Linux стал надежной и зрелой платформой.

Сейчас Linux подходит для использования практически на любом предприятии и может позволить вам повысить эффективность ваших вложений в информационные технологии. Привлекательность Linux также повышают хорошие показатели его безопасности и масштабируемости, а также многочисленные исследования, говорящие о более низкой по сравнению с альтернативными операционными системами стоимости владения.

Каковы наиболее перспективные направления использования Linux в корпоративных системах? Высокая степень развития Linux сейчас дает возможность предприятиям построить практически всю информационную систему на основе Linux: доступные для этой платформы приложения обеспечивают всю необходимую серверную функциональность.

Согласно исследованиям IBM, самыми перспективными областями внедрения Linux, в которых эта платформа представляет наиболее зрелые решения и более всего востребована, являются инфраструктурные серверы, кластерные решения и решения, обеспечивающие консолидацию нагрузки, а также специализированные прикладные решения, как ERP или приложения для различных отраслей. Кроме того, многие компании уже разрабатывают пользовательские приложения для Linux и продвигают Linux как настольную операционную систему.

Дистрибутивы ОС Linux

Дистрибутив Linux -- общее определение операционных систем, использующих ядро Linux, готовых для конечной установки на пользовательское оборудование. Кроме ядра и, собственно, операционной системы, дистрибутивы обычно содержат широкий набор приложений, таких как редакторы документов и таблиц, мультимедиа- проигрыватели, системы для работы с базами данных, и т.д. Поставляемая в рамках дистрибутива операционная система состоит из ядра Linux и, как правило, включает в себя набор библиотек и утилит, выпускаемых в рамках проекта GNU, а также графическую подсистему X Window System. Небольшие дистрибутивы могут и не включать в поставке подсистему X, и, в целях экономии, предлагать альтернативы GNU-утилитам, такие как Busybox, uClibc или dietlibs. В настоящее время существует более шестисот дистрибутивов Linux; более половины из них поддерживаются в актуальном состоянии, что обеспечивается регулярным выпуском обновлений разработчиками дистрибутива.

Поскольку ядро и сопутствующее ему программное обеспечение, в основном, являются открытыми, тот или иной дистрибутив Linux может быть установлен на самый широкий спектр аппаратуры, как-то: домашний компьютер, оборудованный по последнему слову техники, сервер, ноутбук или нетбук, смартфон или планшетный компьютер. Кроме этого, некоторые из дистрибутивов Linux специально предназначены для разворачивания в средах с ограниченными ресурсами (например, в решениях на микроконтроллерах или на очень устаревшем оборудовании для загрузки с дискеты).

Ubuntu от Canonical -- это, пожалуй, самый известный дистрибутив Linux. Ubuntu основан на Debian, но имеет собственные репозитории. Большая часть программного обеспечения синхронизируется с репозиториями Debian. Ubuntu фокусируется на предоставлении пользователям удобного рабочего окружения для настольных компьютеров, а так же для серверов. Canonical не боится внедрять и свои собственные технологии в свои продукты, так еще недавно Ubuntu переехала с рабочего стола Gnome 2 на рабочий стол Unity для десктопов и с Wayland на Mir для серверов. Дистрибутив Ubuntu всегда поддерживается на острие развития технологий, но лишена «детских болезней» и прочих «врагов всего нового». Релизы Ubuntu выпускаются каждые шесть месяцев, а наиболее стабильные релизы LTS (Long Term Support) выпускаются каждые два года. Так же среди дистрибутивов Ubuntu появились и сборки для работы на смартфонах и планшетах.

Дистрибутив Linux Mint основан на Ubuntu и использует репозитории ПО Ubuntu, так что идентичные пакеты доступны в обоих дистрибутивах. Изначально Linux Mint разрабатывался, как альтернативный Ubuntu дистрибутив, включающий в себя медиа кодеки и проприетарные драйверы и ПО, не имеющиеся в Ubuntu. Теперь дистрибутив отличается немного большим: не использует рабочий стол Unity, а Cinnamon или Mate; использует упрощенный подход к обновлениям, неавтоматическую установку обновлений безопасности. Многими разработчиками Ubuntu такой подход расценивается, как угроза безопасности.

Debian -- дистрибутив основанный только на свободном ПО с открытым исходным кодом. Проект Debian был открыт еще в 1993 году -- более 20 лет назад! Этот очень уважаемый проект до сих пор выпускает обновления дистрибутива, но далеко не так быстро, как дистрибутивы вроде Ubuntu или Mint. Это позволяет сделать его наиболее стабильным и консервативным, что идеально для некоторых систем. Ubuntu была изначально основана на ядре более стабильного Debian и улучшила скорость обновления ПО для создания более дружелюбной по отношению к пользователю системы.

Проект Fedora строго нацелен на использование только свободного ПО -- вы не найдете легкого способа установить проприетарный драйвер или ПО. Для этого придется подключать сторонние репозитории. Fedora использует последние версии ПО и поэтому часто нестабильна (хотя, возможно поклонники этого дистрибутива будут несогласны). В отличии от Ubuntu, Fedora не разрабатывает свой рабочий стол или ПО. Fedora использует текущее ПО, предлагая платформу для интеграции всего этого ПО в единую систему. Fedora поставляется с рабочим окружением Gnome 3 по-умолчанию. Так же имеются ответвления, использующие альтернативные рабочие столы. Fedora спонсируется компанией Red Hat, разрабатывающей коммерческий дистрибутив Red Hat Enterprise Linux. В отличии от RHEL Fedora не имеет длительной поддержки.

Локализация ОС Linux

Только организовать ввод и вывод символов национального языка еще недостаточно для того, чтобы можно было считать решенным проблему применения компьютеров в той или иной стране. В разных странах в силу сложившихся традиций имеются различия не только в используемом алфавите, но и в способах представления некоторых конкретных данных. Это касается, например, символов, используемых для обозначения валюты, форматов представления даты и времени, обычаев записи (чтения) текстов слева направо или справа налево и т.д.

При создании ПО, рассчитанного на применение в разных странах, приходится учитывать такие местные особенности.

Кроме того, большие трудности вызывают такие вопросы, как проверка орфографии на конкретном языке, автоматическая расстановка переносов при вводе текста или перевод на данный язык всех меню и служебных сообщений в программном обеспечении.

Способ проектирования ПО (включая ОС), при котором возможность многоязыковой поддержки закладывается с самого начала, принято называть интернационализацией (кстати, загадочное 118п -- это просто сокращение для слова internationalization: i -- потом еще 18 букв -- п, аналогично, ПОп = localization). При интернационализации программного обеспечения КОД не зависит от национальных особенностей. Все языково-зависимые данные сосредотачиваются в особых "объектах локализации", которые разбиты на функциональные группы: категории локализации. При таком подходе локализация -- это процесс настройки программной системы на особенности конкретной страны.

Конкуренция ОС Linux и Windows

Конфликт надвигался уже давно. Просто не могло столь бурное распространение Linux не встретить сопротивления на своем пути. До недавних пор настоящее противостояние между Windows и Linux имело место только на рынке серверных ОС - позиции Windows 9х в секторе "домашних" операционных систем объективно были непоколебимыми. Мощны они и сейчас, но… Внезапно все переменилось. Усилия многочисленных разработчиков привели к тому, что среда Linux из мрачной UNIX-подобной стала постепенно все более графической и понятной пользователю. Случилось то, чего в общем-то не ждали, - Linux начал вторжение на рынок "настольных" операционных систем.

Корни противостояния уходят в эпоху, когда не было разделения на "просто" и "суперкомпьютеры": каждый компьютер был "супер" . Linux идеологически базируется на архитектуре UNIX, разрабатывавшейся Bell Laboratories с 1969 г. Первичный код операционной системы UNIX был затем лицензирован различными компаниями (Sun, Hewlett-Packard, IBM и др.), которые в дальнейшем развивали на его основе собственные ОС. Конечно же, стоившие немалых денег. Никаких исходных текстов в свободном доступе - конкуренция!

Сперва ни официальные представители Microsoft, ни массовый пользователь не обращают внимания на новоявленный продукт Linux. А тем временем в научной среде Linux все более развиваясь постепенно становится стандартом де-факто. Итак, Linux постепенно выкристаллизовывается как элитарный продукт, "от хакеров - хакерам" . (Хакерами в данном случае будем называть не хулиганов и взломщиков, а просто продвинутых программистов и системщиков. Тем более что многие хакеры именно так себя и характеризуют.) Развивающаяся параллельно ОС Windows, в свою очередь, направлена на рядового пользователя. Разработчики из Microsoft с гордостью заявляют о ничтожности сроков, необходимых для овладения системой и приложениями. Тем временем в 1993 г. число пользователей Linux на планете достигает ста тысяч.

Вместе с 1995 г. наступает эпоха Windows 95. И раньше-то конкурировать с Microsoft было затруднительно, теперь же это представляется в принципе невозможным. Коммерческие приложения для новой платформы заполняют полки магазинов. Игры, офисные пакеты, инструментальные средства для программистов, художников и музыкантов - все это в огромных объемах разрабатывается именно под Windows 95. Есть, конечно, в этой ОС и недостатки. По сравнению с предыдущими продуктами Microsoft в Windows 95 явственно видны недоработки и уязвимости ("баги" ). Что, впрочем, не удивительно, если учесть, насколько она является новаторской - полностью графический интерфейс, драйвера для поддержки огромного числа устройств, система Plug'n'Play. Особенно привлекает пользователя именно графический инструментарий для управления системой. Интуитивность его действительно на высоте - не зря в разработку Windows 95 вложены огромные средства. Новая ОС уверенно занимает почетное место чуть ли не на каждом домашнем и офисном компьютере. Несомненные огрехи системы представляются конечному пользователю незначительными в сравнении с ее мощью и богатейшим потенциалом. А ведь для рынка это главное. Microsoft празднует успех.

Лекция 2. Архитектура ОС Linux

Вопросы лекции:

1. Состав системы

2. Организация вычислительных процессов

3. Файловая система

4. Внутреннее строение файловой системы

Состав системы

В состав современных операционных систем обычно входит следующие основные модули:

Программный модуль, управляющий файловой системой. Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой.

Командный процессор. В состав операционной системы входит специальная программа - командный процессор, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать команду запуска программы выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), вывода документа на печать и т.д. Операционная система должна эту команду выполнить.

Драйверы устройств. К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). Каждое устройство выполняет определенную функцию (ввод информации, хранение информации, вывод информации), при этом техническая реализация устройств существенно различается. В состав операционной системы входят драйверы устройств, специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами. Каждому устройству соответствует свой драйвер.

Графический интерфейс. Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности, в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды с помощью мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.

Сервисные программы. В состав операционной системы входят также сервисные программы или утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т.д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т.д.), работать в компьютерных сетях.

Справочная система. Для удобства пользователя в состав операционной системы обычно входит также справочная система. Справочная система позволяет оперативно получить необходимую информацию о функционировании как операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей. Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком, гибком или лазерном диске). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память. Диск (жесткий, гибкий или лазерный), на котором находятся файлы операционной системы и с которого производится ее загрузка, называется системным.

На сегодняшний день можно констатировать, что операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.

Можно попробовать перечислить основные функции операционных систем.

- Прием от пользователя (или от оператора системы) заданий, или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка. Задания могут передаваться в виде текстовых директив (команд) оператора или в форме указаний, выполняемых с помощью манипулятора (например, с помощью мыши). Эти команды связаны, прежде всего, с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами (получить перечень файлов в текущем каталоге, создать, переименовать, скопировать, переместить тот или иной файл и др.), хотя имеются и иные команды.

- Загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ.

- Распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти.

- Запуск программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу).

- Идентификация всех программ и данных.

- Прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений. Операционная система умеет выполнять очень большое количество системных функций (сервисов), которые могут быть запрошены из выполняющейся программы. Обращение к этим сервисам осуществляется по соответствующим правилам, которые и определяют интерфейс прикладного программирования (Application Program Interface, API) этой операционной системы.

- Обслуживание всех операций ввода-вывода.

- Обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или-систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения.

- Обеспечение режима мультипрограммирования, то есть организация параллельного выполнения двух или более программ на одном процессоре, создающая видимость их одновременного исполнения.

- Планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания.

- Организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами.

- Для сетевых операционных систем характерной является функция обеспечения взаимодействия связанных между собой компьютеров.

- Защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой операционной системы от исполняющихся на компьютере приложений.

- Аутентификация и авторизация пользователей (для большинства диалоговых операционных систем). Под аутентификацией понимается процедура проверки имени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи. Очевидно, что если входное имя (login3) пользователя и его пароль совпадают, то, скорее всего, это и будет тот самый пользователь. Термин авторизация означает, что в соответствии с учетной записью пользователя, который прошел аутентификацию, ему (и всем запросам, которые будут идти к операционной системе от его имени) назначаются определенные права (привилегии), определяющие, что он может, а что не может делать на компьютере.

- Удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для операционных систем реального времени).

- Обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.

- Предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.

Организация вычислительных процессов

Обычно при загрузке ОС создаются несколько процессов. Некоторые из них являются высокоприоритетными процессами, обеспечивающими взаимодействие с пользователями и выполняющими заданную работу. Остальные процессы являются фоновыми, они не связаны с конкретными пользователями, но выполняют особые функции - например, связанные с электронной почтой, Web-страницами, выводом на печать, передачей файлов по сети, периодическим запуском программ (например, дефрагментации дисков) и т.д. Фоновые процессы называют демонами.

Новый процесс может быть создан по запросу текущего процесса. Создание новых процессов полезно в тех случаях, когда выполняемую задачу проще всего сформировать как набор связанных, но, тем не менее, независимых взаимодействующих процессов. В интерактивных системах пользователь может запустить программу, набрав на клавиатуре команду или дважды щелкнув на значке программы. В обоих случаях создается новый процесс и запуск в нем программы. В системах пакетной обработки на мэйнфреймах пользователи посылают задание (возможно, с использованием удаленного доступа), а ОС создает новый процесс и запускает следующее задание из очереди, когда освобождаются необходимые ресурсы.

С технической точки зрения во всех перечисленных случаях новый процесс формируется одинаково: текущий процесс выполняет системный запрос на создание нового процесса. Подсистема управления процессами и потоками отвечает за обеспечение процессов необходимыми ресурсами. ОС поддерживает в памяти специальные информационные структуры, в которые записывает, какие ресурсы выделены каждому процессу. Она может назначить процессу ресурсы в единоличное пользование или совместное пользование с другими процессами. Некоторые из ресурсов выделяются процессу при его создании, а некоторые - динамически по запросам во время выполнения. Ресурсы могут быть выделены процессу на все время его жизни или только на определенный период. При выполнении этих функций подсистема управления процессами взаимодействует с другими подсистемами ОС, ответственными за управление ресурсами, такими как подсистема управления памятью, подсистема ввода-вывода, файловая система.

Для того чтобы процессы не могли вмешаться в распределение ресурсов, а также не могли повредить коды и данные друг друга, важнейшей задачей ОС является изоляция одного процесса от другого. Для этого операционная система обеспечивает каждый процесс отдельным виртуальным адресным пространством, так что ни один процесс не может получить прямого доступа к командам и данным другого процесса.

В ОС, где существуют процессы и потоки, процесс рассматривается как заявка на потребление всех видов ресурсов, кроме одного - процессорного времени. Этот важнейший ресурс распределяется операционной системой между другими единицами работы - потоками, которые и получили свое название благодаря тому, что они представляют собой последовательности (потоки выполнения) команд. Переход от выполнения одного потока к другому осуществляется в результате планирования и диспетчеризации. Работа по определению момента, в который необходимо прервать выполнение текущего потока, и потока, которому следует предоставить возможность выполняться, называется планированием. Планирование потоков осуществляется на основе информации, хранящейся в описателях процессов и потоков. При планировании принимается во внимание приоритет потоков, время их ожидания в очереди, накопленное время выполнения, интенсивность обращения к вводу-выводу и другие факторы.

Файловая система

Одним из наиболее важных компонентов в ОС Linux является файловая система. В данном разделе будут рассмотрены понятие файловой системы и ее предназначение; иерархия файловой системы ОС Linux; типы файлов ОС Linux. Остальные вопросы, касающиеся администрирования файловой системы.

В ОС Linux, как и в любой другой ОС семейства UNIX, любой объект является файлом, хранящимся на файловой системе. Файловая система представляет собой некоторое устройство (например, жесткий диск), отформатированное для хранения файлов. Файловые системы могут находиться на жестких дисках, гибких дисках, CD-ROM или других носителях, которые позволяют осуществлять произвольный или последовательный доступ к данным.

Условно файловую систему ОС Linux можно разделить на следующие компоненты.

Пространство имен - методы именования объектов файловой системы и их иерархическая организация. Программный интерфейс приложения (API) - набор системных вызовов и библиотек, предназначенных для управления объектами файловой системы.

Модель безопасности - содержит в себе общую схему защиты, разделения прав доступа к объектам и совместного использования объектов.

Техническая реализация - программный код, связывающий логические модели файловой системы с аппаратным обеспечением.

Основными задачами файловой системы являются:

- упорядочивание хранимых данных;

- простой и быстрый доступ к хранимым данным;

- обеспечение целостности хранимых данных.

Точный формат и способы хранения файлов в ОС Linux не имеют значения, так как система обеспечивает общий интерфейс для всех распознаваемых ею типов файловых систем. В ОС Linux файловой системой, устанавливаемой по умолчанию, является ext3fs. При доступе к любой файловой системе из ОС Linux данные представляются в виде иерархии каталогов с находящимися в них файлами вместе с идентификаторами владельцев и групп, битами прав доступа и прочими атрибутами.

Внутреннее строение файловой системы

Файловая система с точки зрения пользователя - это "пространство", в котором размещаются файлы. Наличие файловой системы позволяет определить не только "как называется файл ", но и "где он находится". Различать файлы только по имени было бы нецелесообразно: приходилось бы помнить, как называется каждый файл и при этом заботиться о том, чтобы имена никогда не повторялись. Более того, необходим механизм, позволяющий работать с группами тематически связанных между собой файлов (например, компонентов одной и той же программы или разных глав диссертации). Иначе говоря, файлы нужно систематизировать.

Файловая система - способ хранения и организации доступа к данным на информационном носителе или его разделе. Классическая файловая система имеет иерархическую структуру, в которой файл однозначно определяется полным путем к нему.

Linux может работать с различными типами файловых систем, которые различаются списком поддерживаемых возможностей, производительностью в разных ситуациях, надежностью и другими признаками. Подробнее о работе Linux с разными файловыми системами речь пойдет в лекции 11. В этой лекции будут описаны возможности файловой системы Ext2/Ext3.

Большинство современных файловых систем (но не все!) используют в качестве основного организационного принципа каталоги. Каталог - это список ссылок на файлы или другие каталоги. Принято говорить, что каталог содержит файлы или другие каталоги, хотя в действительности он только ссылается на них, физическое размещение данных на диске обычно никак не связано с размещением каталога. Каталог, на который есть ссылка в данном каталоге, называется подкаталогом или вложенным каталогом. Каталог в файловой системe более всего напоминает библиотечный каталог, содержащий ссылки на объединенные по каким-то признакам книги и другие разделы каталога (файлы и подкаталоги). Ссылка на один и тот же файл может содержаться в нескольких каталогах одновременно - это делает доступ к файлу более удобным. В файловой системe Ext2 каждый каталог - это отдельный файл особого типа ("d", от англ. "directory"), отличающийся от обычного файла с данными: в нем могут содержаться только ссылки на другие файлы и каталоги.

В файловой системе Linux нет папок и документов. Есть каталоги и файлы, возможности которых куда шире.

Довольно часто вместо термина "каталог" употребляется "папка" (англ. folder). Этот термин хорошо вписывается в представление о файлах как о предметах, которые можно раскладывать по папкам, однако часть возможностей файловой системы, которая противоречит этому представлению, таким образом затемняется. В частности, с термином "папка" плохо согласуется то, что ссылка на файл может присутствовать одновременно в нескольких каталогах, файл может быть ссылкой на другой файл и т.д. В Linux эти возможности файловой системы весьма важны для эффективной работы, поэтому мы будем использовать более подходящий термин "каталог".

В файловой системе, организованной при помощи каталогов, на любой файл должна быть ссылка как минимум из одного каталога, в противном случае файл просто не будет доступен внутри этой файловой системы, иначе говоря, не будет существовать.

Лекция 3. Управление в ОС Linux

Вопросы лекции:

1. Управление файлами

2. Управление устройствами

3. Управление пользователями

Управление файлами

В ОС Linux файловые системы - корневая ФС (root) и другие ФС (usr, var, home и т.д.) -используются для управления всеми файлами, составляющими иерархическую структуру каталогов. Эти файлы могут быть разделены на 3 категории: обычные файлы; файлы-каталоги и специальные файлы.

В категорию обычные файлы входят любые файлы, содержащие данные пользователя (документы, программы, исходные данные, результаты и т.п.).

Файлы-каталоги используются для организации обычных файлов в уникальные группы для эффективного доступа к ним. С помощью специальных файлов осуществляется доступ к реальным устройствам ввода вывода компьютера.

Управление файлами выполняется ОС Linux через систему каталогов. Каждый каталог имеет доступ к набору соответствующих файлов. В ФС ОС Linux могут существовать многие тысячи каталогов. Каталоги организованы в иерархическую структуру, что облегчает доступ пользователей к находящимся в них файлам.

Верхний уровень в иерархической файловой системе занимает специальный каталог, называемый корневым, который обозначается символом / (косая черта). Корневой каталог содержит подкаталоги (каталоги, размещенные в этом каталоге). Эти подкаталоги содержат ссылки на другие каталоги и т.д., что приводит к тому, что файловая система имеет форму перевернутого дерева.

Путь к каталогу:

Полное имя каталога, включающее все необходимые иерархические звенья, называется абсолютным путем. Например, абсолютный путь может быть таким: /home/fred/letters. Первый символ / (косая черта) соответствует корневому каталогу, расположенному на верхней ступени иерархии файловой системы. Второй и третий символы / используются в качестве разделителей, чтобы выделить имена других каталогов. Взглянув на абсолютный путь, вы можете однозначно определить местоположение каталога letters в файловой системе. Неудобством при использовании абсолютного пути является то, что он может быть очень длинным, что осложняет ввод информации.

Для решения этой проблемы в Linux предусмотрена возможность создания ярлыков (shortcuts) для определения имен каталогов. Для команд Linux, требующих указания пути в качестве входных данных, по умолчанию принимается текущий рабочий каталог. Это означает, что если искомый файл или подкаталог, располагаются в иерархической структуре каталогов ниже текущего каталога, то Вы можете опускать имя каталога во вводимой команде. Эта концепция называется относительным путем, поскольку путь к искомому файлу или каталогу исчисляется от Вашего текущего каталога.

Управление устройствами

Для примера, Unix управление графическим дисплеем разделено между X сервером, с одной стороны, и менеджерами окон и сессии с другой. X серверу, который предоставляет унифицированный интерфейс для пользовательских программ, известны особенности оборудования. Ни менеджер окон, ни менеджер сессии ничего не знают об аппаратных особенностях дисплея. Пользователи могут использовать один и тот же оконный менеджер на разных аппаратных платформах, или использовать различные оконные менеджеры на одной и той-же рабочей станции. Даже совершенно различные десктопы, такие как KDE и GNOME могут сосуществовать на одной системе, благодаря хорошо продуманной архитектуре графической подсистемы Unix. Другой пример слойной структуры - это семейство протоколов TCP/IP. Операционная система предоставляет абстракцию, называемую сокет (socket), которая реализует передачу данных, но не управляет политикой такой передачи. С другой стороны, различные сетевые серверы, предоставляющие различные сервисы, опираясь на транспорт сокетов, реализуют политику передачи данных. Кроме того, серверы, наподобие ftpd реализуют сервис передачи файлов, в то время как пользователи могут использовать любую клиентскую программу, которую они предпочитают, для работы с этим сервером. Таким образом, политика, должна быть максимально свободна от реализации всех остальных функций системы. Ко всем типам драйверов применимо одно и тоже разделение механизма управления и политики управления. Драйвер дисковода для гибких дисков не содержит в своем коде никакой политики, его роль - показать содержимое дискеты как последовательность блоков данных. Более высокие уровни операционной системы обеспечивают политику управления: какие пользователи могут получить доступ к дисководу, читается ли диск напрямую или через файловую систему, и какие пользователи могут монтировать файловую систему, расположенную на дискете. Т.к., в зависимости от разных причин, требуется различный способ работы с устройством, очень важно, чтобы код драйвера был свободен от политики настолько, насколько это возможно. При написании драйвера, программист должен уделить особенное внимание следующей фундаментальной концепции: пишите код взаимодействия с аппаратурой, но не форсируйте проблемы политики использования драйвера, т.к. различные пользователи могут иметь различные требования к этой политике. Управлять такой политикой должны пользовательские приложения. Драйвер, который обеспечивает доступ к оборудованию без дополнительных ограничений называется гибким. Однако, для упрощения кода драйвера, в некоторых случаях, требуется присутствие в его коде и некоторых политических решений. Например, драйвер ввода/вывода может предоставлять только побайтовый доступ к аппаратным ресурсам, для того, чтобы не перегружать драйвер дополнительным кодом доступа к индивидуальным битам. Вы можете смотреть на ваш драйвер с различных точек зрения. С одной стороны это программный слой, лежащий между приложением и реальным устройством. Эта особая роль драйвера позволяет программисту определить представление устройства в программе - различные драйвера могут иметь различные характеристики даже для одного и того же устройства. При разработке драйвера решаются различные компромиссы. Например, простое устройство может использоваться одновременно различными программами, и программист должен решить, каким образом будут обрабатываться такие параллельные запросы. Вы можете реализовать отображение памяти на устройство независимо от аппаратных особенностей платформы, или вы можете предоставить пользовательскую библиотеку, реализующую особенную политику управления, для приложений, использующих драйвер. Основной компромисс заключается между желанием предоставить наиболее полный набор функций управления устройством и между тем временем, которое вы желаете потратить на реализацию драйвера и устранение ошибок. Драйверы не реализующие политику управления имеют некоторые общие особенности. В них реализована поддержка синхронных и асинхронных операций. Они обеспечивают параллельные запросы (например, одновременно от разных приложений). Они в состоянии предоставить наиболее полные характеристики оборудования. Также, в них максимально сокращено количество программных слоев, что несколько упрощает проектирование и ускоряет работу драйвера. Драйвера этого сорта не только работают лучше, с точки зрения конечных пользователей, но и более просты в использовании. Многие драйвера устройств реализуются совместно с пользовательскими программами, упрощающими конфигурирование и доступ к устройству. Диапазон этих программ достаточно широк, от простых утилит до сложных графических приложений. Часто, также, предоставляются клиентские библиотеки, обеспечивающие более высокоуровневый доступ к функциям драйвера. В рамках данной книги описывается ядро операционной системы Linux, поэтому мы попытаемся обойти стороной вопросы политики управления устройствами, построения клиентских программ и клиентских библиотек. Конечно, в особых случаях, мы будем касаться политики управления устройством, но не станем акцентировать на этом внимание. Вы должны понимать, что пользовательские программы являются неотъемлемой частью комплекса управления устройством, и что, как минимум, этот комплекс подчиняется общесистемной политике.

Управление пользователями

В Linux самой главной учетной записью является root - суперпользователь.

По другому root - это администратор.

Однако в ОС Linux имеются и специализированные учетные записи - системные учетные записи. Они необходимы для выполнения службами в Linux, так как все службы в этой ОС должны быть зарегистрированы под учетной записью.

Используемые файлы для работы с пользователями и группами:

/etc/group - содержит информацию о группах

/etc/passwd - содержит информацию о пользователях

/etc/shadow - содержит защищаемую информацию о пользователях

А теперь давайте откроем файл и посмотрим на его содержимое

# vi /etc/passwd

root:x:0:0:root:/root:/bin/bash

daemon:x:1:1:daemon:/usr/sbin:/bin/sh

bin:x:2:2:bin:/bin:/bin/sh

sys:x:3:3:sys:/dev:/bin/sh

sync:x:4:65534:sync:/bin:/bin/sync

games:x:5:60:games:/usr/games:/bin/sh

www-data:x:33:33:www-data:/var/www:/bin/sh

Изменение пользователя.

Для изменения пользователя применяется команда usermod

Однако стоит рассмотреть утилиту passwd

passwd - просто задает пароль пользователя или меняет его.

usermod - может не просто менять пароль, группу или текстовое описание пользователя но при помощи ключей:

- L - блокирует учетную запись

- U - разблокирует учетную запись

А так ее синтаксис и ключи схожи с useradd.

# usermod -c my_comment_change -d /home/tiimi_home_new -g 1000

timmi

Заметьте, что имя пользователя указывается после всех параметров.

Лекция 4. Дистрибутивы и инсталляция ОС Linux

Вопросы лекции:

1. Основные дистрибутивы: SlackWare, RedHat, Debian, Knoppix

2. Отечественные дистрибутивы: МОПС Linux, ASPLinux, ALTLinux

Основные дистрибутивы: SlackWare, RedHat, Debian, Knoppix

SlackWare - один из старейших дистрибутивов Linux.

Первая версия этого дистрибутива была выпущена Патриком Фолькердингом -- также известным как Mr. Slackware и The Man -- 17 июля 1993. Эта версия базировалась на дистрибутиве SLS и представляла собой копию 3,5" дискеты, которую можно было скачать по FTP.

В 1999 году серия релизов Slackware перескочила с 4 до 7 релиза. Патрик Фолькердинг назвал это маркетинговым ходом, направленным на то, чтобы показать, что Slackware так же прогрессивен, как и другие дистрибутивы, многие из которых на то время имели релизы с номерами от 6 и выше.

Наиболее свежая стабильная версия Slackware -- 14.1 (от 7 ноября 2013). Эта версия включает в себя GCC 4.8.2, Linux 3.10.17, X11 от X.Org 1.14.3, KDE 4.10.5 и другие программы.

Существует также версия SlackWare, которая называется current («текущая»); эта версия больше рассчитана на любителей быть на передовом рубеже.

Red Hat - американская компания, выпускающая решения на основе свободной операционной системы Linux: Red Hat Enterprise Linux (распространяется по годовой подписке) и Fedora (распространяется свободно), а также другие программные продукты и услуги на основе открытого исходного кода (в том числе среду компиляции и выполнения приложений Linux (POSIX) под ОС Microsoft Windows -- Cygwin). 5 июня 2006 года компания приобрела разработчика открытых корпоративных решений промежуточного слоя JBoss.

В числе услуг, оказываемых компанией, непрерывная техническая поддержка 24Ч7, обучение системных администраторов и разработчиков, приём практических лабораторных экзаменов RHCT (Red Hat Certified Technician), RHCE (Red Hat Certified Engineer), RHCDS (Red Hat Certified Datacenter Specialist), RHCSS (Red Hat Certified Security Specialist) и RHCA (Red Hat Certified Architect).

Компания начала свою работу в 1993 году, и на данный момент насчитывает более 3500 сотрудников и 30 подразделений по всему миру, являясь одной из крупнейших компаний, выпускающих Linux. 27 июля 2009 года компания была включена в список S&P500 пятисот самых успешных компаний США [2][3]. Главный офис компании находится в городе Роли, Северная Каролина, США.

До 2002 года основным продуктом Red Hat была операционная система общего назначения Red Hat Linux, в мае 2002 года состоялся выпуск корпоративной операционной системы Red Hat Linux Advanced Server 2.1 (позднее переименованной в Red Hat Enterprise Linux AS 2.1), разработанной на основе Red Hat Linux 7.2 в рамках отдельного проекта.

В 2003 году Red Hat сменила политику выпуска дистрибутивов, отказавшись от выпуска коробочных версий Red Hat Linux (последняя коробочная версия Red Hat Linux 9) и превратив внутренний процесс разработки Red Hat Linux в открытый проект Fedora (англ. фетровая шляпа), не обеспечиваемый официальной поддержкой, но поддерживаемый сообществом разработчиков и экспертов по Linux, наиболее активную часть которого составляют сотрудники Red Hat.

В результате корпоративное решение называется Red Hat Enterprise Linux, а свободно распространяемый открытый дистрибутив -- Fedora. Проект Fedora задуман компанией как тестовая площадка для новых технологий и компонентов системы, которые позднее могут быть использованы в корпоративных дистрибутивах.

Knoppix (произносится «кномппикс») -- дистрибутив операционной системы Linux, один из первых LiveCD-дистрибутивов, основанных на Debian. Knoppix разрабатывается Клаусом Кноппером и сообществом Knoppix. На компакт-диске KNOPPIX хранится более 2 ГБ (в DVD версии около 10 Гигабайт) сжатого программного обеспечения, которое распаковывается автоматически по мере необходимости. Несмотря на то, что Knoppix предназначен для загрузки с CD/DVD, присутствует возможность установки и на жёсткий диск компьютера. Также есть возможность установки на сменный носитель

Отечественные дистрибутивы: МОПС Linux, ASPLinux, ALTLinux

MOPSLinux -- российская свободно распространяемая операционная система на основе GNU/Linux, построенная на дистрибутиве Slackware. Проект MOPSLinux был закрыт НПО «Сеть» 9 апреля 2010 года в связи с нерентабельностью. В данный момент команда разработчиков MOPSLinux самостоятельно продолжает развитие дистрибутива под названием AgiliaLinux.

Первый публичный релиз MOPSLinux 2.0 Server, вышедший в ноябре 2004 года, имел серверную ориентацию. Однако уже со следующей версии MOPSLinux стал универсальным, пригодным как для серверов, так и для персональных компьютеров.

Репозиторий дистрибутива постоянно обновляется. Новый релиз выходит один-два раза в год. При этом дистрибутив не просто выравнивается с новой версией Slackware, но и существенно модифицируется с обязательным сохранением обратной совместимости. MOPSLinux отличается от Slackware поддержкой русского языка, программой установки, набором программ и собственными конфигурационными утилитами. Дистрибутив имеет свой форум и пользовательский файловый архив.

В качестве системы управления пакетами в MOPSLinux используется своя собственная система MPKG (для GUI существует оболочка MANAGER2), формат пакетов tgz, но подойдут и txz (формат пакетов в SlackWare). В версии 7.0 был совершен практически полный переход на txz.

ASPLinux -- один из российских дистрибутивов ОС Linux, выпускавшийся одноимённой компанией. На данный момент проект закрыт.

Базировался на системе пакетов RPM, был полностью совместим с дистрибутивом Fedora. Поддержка русского языка в ASPLinux работала прямо «из коробки». Ранее поддерживались локализации почти для всех общеизвестных кодировок кириллицы: KOI8-R, KOI8-U, CP1251, ISO 8859-5, UTF-8. Начиная с версии 12, команда разработчиков отказалась от поддержки множества кодировок (оставив только UTF-8) и своего фирменного инсталлятора, перейдя на Anaconda.

До версии 9 включительно ASPLinux базировался на операционной системе Red Hat Linux. Все последующие версии базировались на дистрибутиве Fedora. Обычно за основу нового дистрибутива ASPLinux бралась предпоследняя версия Fedora, а так как разница между выпусками этих дистрибутивов составляет несколько месяцев, то новый ASPLinux включал в себя многие из выпущенных обновлений. Главным отличием ASPLinux являлась полная поддержка мультимедиа «из коробки» (в Fedora по законам США отсутствует поддержка некоторых популярных форматов, однако таковая присутствует также в дистрибутиве Russian Fedora).

Помимо десктопного варианта, компания ASPLinux выпускала серверный дистрибутив ASPLinux Server, который был основан на актуальной версии Red Hat Enterprise Linux.

ALT Linux (рус. Альт Линукс) -- это семейство дистрибутивов Linux, являющихся отдельной ветвью развития русскоязычного Linux, выпускаемых компанией «Альт Линукс» и её партнёрами, основывающихся на разработках русскоязычной команды разработчиков ALT Linux Team. Большинство дистрибутивов Альт Линукс доступны для свободного скачивания.

В 1999--2000 годах дистрибутив, разрабатываемый будущим ядром ALT Linux Team, основывался на дистрибутиве MandrakeLinux и представлял собой его русскую версию (Linux-Mandrake Russian Edition).

Начиная с 2000 года началось замещение пакетов Mandrake собственными сборками, значительное изменение системы сборки и макросов пакетного менеджера RPM. К версии 3.0 (2005 год) все пакеты Mandrake, инсталлятор и система конфигурирования были полностью вытеснены собственными разработками ALT Linux Team. Сейчас дистрибутивы ALT Linux являются отдельной ветвью развития Linux и не имеют никакого отношения к Mandrake или Mandriva.

Лекция 5. Инсталляция и первоначальная настройка системы

Вопросы лекции:

1. Системные требования

2. Первоначальная загрузка: POST и загрузчики; ядро Linux и его параметры

Системные требования

Минимальные требования

Ядро: 2.4 или более поздней версии.

glibc: 2.3.2 с NPTL или более поздней версии

XFree86-4.0, x.org R6.7 или более поздней версии

Процессор: Pentium 3, 500 МГц.

Системная память (ОЗУ): 512 Мб.

Жесткий диск: 500 Мб свободного пространства.

Скорость интернет-соединения: 128 Кбит/с.

Видеокарта: поддержка DirectX9 и 3D, 64 Мб VRAM.

Экран: 1024 x 768, цветопередача 16 бит, High Color

Рекомендуемая системная конфигурация

Ядро: 2.6 или более поздней версии

glibc: 2.3.5 с NPTL или более поздней версии

x.org R6.7 или более поздней версии.

Системная память (ОЗУ): 1 Гб.

Жесткий диск: 2 Гб свободного места.

Скорость интернет-соединения: 768 Кбит/с.

Видеокарта: поддержка DirectX9 и 3D, 256 Мб VRAM.

Экран: 1280 x 1024, цветопередача 32 бита.

Первоначальная загрузка: POST и загрузчики; ядро Linux и его параметры

Начальная загрузка -- сложный и многошаговый процесс запуска компьютера. Загрузочная последовательность -- это последовательность действий, которые должен выполнить компьютер для запуска операционной системы (точнее загрузчика), независимо от типа установленной OS.

Большинство компьютерных систем могут исполнять только команды, находящиеся в оперативной памяти компьютера, в то время как современные операционные системы в большинстве случаев хранятся на жёстких дисках, загрузочных CD-ROM, USB дисках или в локальной сети.

После включения компьютера в его оперативной памяти нет операционной системы. Само по себе, без операционной системы, аппаратное обеспечение компьютера не может выполнять сложные действия, такие как, например, загрузку программы в память. Таким образом мы сталкиваемся с парадоксом, который кажется неразрешимым: для того, чтобы загрузить операционную систему в память, мы уже должны иметь операционную систему в памяти.

...