ГЛАВА 8 Современные операционные

Системы

В заключение первой части учебника кратко рассмотрим основные архитектурные особенности современных ОС, которые используются на ПК типа IBM PC.

Прежде всего отметим тот общеизвестный факт, что наиболее популярными являются ОС семейства Windows компании Microsoft. Это и Windows 95/98, и Windows NT, и новое поколение Windows 2000. Однако, поскольку в настоящее время практически вся литература, связанная с программным обеспечением для ПК (в том числе и по системному программному обеспечению), в той или иной степени, прежде всего, касается ОС этой компании, то в данном случае мы сделаем исключение и не будем описывать ОС Windows. Желающие без труда найдут любую литературу по этому вопросу.

Мы же кратко рассмотрим ОС UNIX (не Linux, по которому сейчас тоже появляется немало монографий и учебников, а именно основы UNIX, которые в абсолютном своем большинстве относятся и к Linux), OS/2 (хотя эта система уже практически всеми и забыта, но она была одной из первых, предоставивших пользователям ПК полноценную, мультипрограммную надёжную среду, и имеет много очень интересных и эффективных механизмов) и QNX (как наиболее известный и удачный вариант ОС для реализации систем реального времени).

Семейство операционных систем UNIX

Общая характеристика семейства операционных систем UNIX,

Особенности архитектуры семейства ОС UNIX

UNIX является примером исключительно удачной реализации простой мультипрограммной и многопользовательской операционной системы. В своё время она проектировалась как инструментальная система для разработки программного обеспечения. Своей уникальностью система UNIX обязана во многом тому обстоятельству, что она была, по сути, создана всего двумя разработчиками1, причём создававшие её люди делали систему для себя, и первое время её использовали на мини-ЭВМ с очень скромными вычислительными ресурсами. По этой причине UNIX, прежде всего, обладает простым, но очень мощным командным языком и независимой от устройств файловой системой. Поскольку при создании этой ОС использовался язык высокого уровня, на котором пишутся не только системные, но и прикладные программы (речь идет о языке С), то система и приложения, выполняющиеся в ней, получились легко переносимыми (мобильными). Компилятор с языка С для всех оттранслированных программ дает реентерабельный и разделяемый код, что позволяет эффективно использовать имеющиеся в системе ресурсы.

Первой целью при разработке этой системы было стремление сохранить простоту и обойтись минимальным количеством функций. Все реальные сложности оставлялись пользовательским программам.

Второй целью была общность. Одни и те же методы и механизмы должны были использоваться во многих случаях. Поэтому общность в UNIX-системах проявляется во многих аспектах, и в частности:

¨ обращения к файлам, устройствам ввода/вывода и буферам межпроцессных сообщений выполняются с помощью одних и тех же примитивов;

¨ одни и те же механизмы именования, присвоения альтернативных имен и защиты от несанкционированного доступа применяются к файлам с данными и директориями и устройствам;

¨ одни и те же механизмы работают в отношении программно и аппаратно инициируемых прерываний.

Наконец, третья цель заключалась в создании операционной среды, в которой большие задачи можно было бы решать, комбинируя существующие небольшие программы, а не разрабатывая программы заново.

Важным, хотя и простым с позиций его реализации, является тот факт, что система UNIX предоставляет пользователям возможность направить выход одной программы непосредственно на вход другой (речь идет о программных каналах (pipe). См. об этом ниже и в разделе «Конвейеры и очереди сообщений», глава 6). В результате большие программные системы можно создавать путём композиции имеющихся небольших программ, а не путём написания новых, что в большинстве случаев упрощает задачу. UNIX-системы существуют уже 30 лет, и к настоящему времени имеется чрезвычайно большой набор легко переносимых из системы в систему отлично отлаженных и проверенных временем приложений.

UNIX-системы поставляются с большим набором системных и прикладных программ, включающим редакторы текстов, программируемые интерпретаторы командного языка, компиляторы с нескольких популярных языков программирования, включая С, C++, ассемблер, PERL, FORTRAN и многие другие, компоновщики (редакторы межпрограммных связей), отладчики, многочисленные библиотеки системных и пользовательских программ, средства сортировки и ведения баз данных, многочисленные административные и обслуживающие программы. Для абсолютного большинства этих программ имеется документация, включающая в себя такие важные документы, как исходные (как правило, снабженные хорошими комментариями) тексты программ. Кроме этого, описание и документация в большей части доступны пользователю непосредственно за экраном в интерактивном режиме. Используется иерархическая файловая система с полной защитой, работа со съёмными томами, обеспечивается независимость от устройств.

Центральной частью системы UNIX является ядро (kernel).

Основные понятия системы UNIX

Одним из достоинств ОС UNIX является то, что система базируется на небольшом числе понятий; рассмотрим их вкратце. Необходимо заметить, что настоящий учебник не претендует на полноценное изложение основ работы в системе UNIX и детальное описание её архитектуры. На эту тему имеется достаточное количество специальной литературы, например отличная монография А. М. Робачевского [70]. Тем не менее, исходя из учебного плана и нашего опыта преподавания системного программного обеспечения, мы считаем полезным изложить здесь минимальный набор основных понятий, который часто помогает студентам погрузиться в мир UNIX, отличающийся от привычного всем окружения Windows.

Виртуальная машина

Система UNIX – многопользовательская. Каждому пользователю после регистрации (входа в систему) предоставляется виртуальный компьютер, в котором есть все необходимые ресурсы: процессор (процессорное время выделяется на основе «карусельной» диспетчеризации (RR – round robin) и с использованием динамических приоритетов с тем, чтобы обеспечить равенство в обслуживании), память, устройства, файлы. Текущее состояние такого виртуального компьютера, предоставляемого пользователю, называется образом. Можно сказать, что процесс – это выполнение образа. Образ состоит из:

¨ образа памяти;

¨ значений общих регистров процессора;

¨ состояния открытых файлов;

¨ текущего директория (каталога файлов) и другой информации.

Образ процесса во время его выполнения размещается в основной памяти. В старых версиях системы UNIX образ мог быть выгружен (откачан) на диск, если какому-либо более приоритетному процессу потребуется место в основной памяти. В современных реализациях, поддерживающих, как правило, страничный механизм виртуальной памяти, прежде всего выгружаются неиспользуемые страницы.

Образ памяти делится на три логических сегмента:

¨ сегмент реентерабельных процедур (начинается с нулевого адреса в виртуальном адресном пространстве процесса);

¨ сегмент данных (располагается следом за сегментом процедур и может расти в сторону больших адресов);

¨ сегмент стека (начинается со старшего адреса и растет в сторону младших адресов по мере занесения в него информации при вызовах подпрограмм и при прерываниях).

Пользователь

Мы уже отмечали, что с самого начала ОС UNIX замышлялась как интерактивная многопользовательская система. Другими словами, UNIX предназначен для мультитерминальной работы. Чтобы начать работать, человек должен «войти» в систему, введя со свободного терминала свое учётное имя (account name) и, возможно, пароль (password). Человек, зарегистрированный в учётных файлах системы и, следовательно, имеющий учётную запись (account), называется зарегистрированным пользователем системы. Регистрацию новых пользователей обычно выполняет администратор системы. Пользователь не может изменить своё учётное имя, но может установить и/или изменить свой пароль. Пароли хранятся в отдельном файле в закодированном виде.

Все пользователи ОС UNIX явно или неявно работают с файлами. Файловая система ОС UNIX имеет древовидную структуру [70]. Промежуточными узлами дерева являются каталоги со ссылками на другие каталоги или файлы, а листья дерева соответствуют файлам или пустым каталогам. Каждому зарегистрированному пользователю соответствует некоторый каталог файловой системы, который называется «домашним» (home) каталогом пользователя. При входе в систему пользователь получает неограниченный доступ к своему домашнему каталогу и всем каталогам и файлам, содержащимся в нём. Пользователь может создавать, удалять и модифицировать каталоги и файлы, содержащиеся в домашнем каталоге. Потенциально возможен доступ и ко всем другим файлам, однако он может быть ограничен, если пользователь не имеет достаточных привилегий.

Интерфейс пользователя

Традиционный способ взаимодействия пользователя с системой UNIX основывается на использовании командных языков (правда, поскольку в настоящее время всё большее распространение получают графические интерфейсы, то и в ОС UNIX стали всё чаще работать в Х Window). После входа пользователя в систему для него запускается один из командных интерпретаторов (в зависимости от параметров, сохраняемых в файле /etc/passwd). Обычно в системе поддерживается несколько командных интерпретаторов с похожими, но различающимися своими возможностями командными языками. Общее название для любого командного интерпретатора ОС UNIX – shell (оболочка), поскольку любой интерпретатор представляет внешнее окружение ядра системы. Вызванный командный интерпретатор выдает приглашение на ввод пользователем командной строки, которая может содержать простую команду, конвейер команд или последовательность команд. После выполнения очередной командной строки и выдачи на экран терминала или в файл соответствующих результатов, shell снова выдает приглашение на ввод командной строки, и так до тех пор, пока пользователь не завершит свой сеанс работы и не выйдет из системы

Командные языки, используемые в ОС UNIX, достаточно просты, чтобы новые пользователи могли быстро начать работать, и достаточно мощны, чтобы можно было использовать их для написания сложных программ. Последняя возможность опирается на механизм командных файлов (shell scripts), которые могут содержать произвольные последовательности командных строк. При указании имени командного файла вместо очередной команды интерпретатор читает файл строка за строкой и последовательно интерпретирует команды.

⇐ Предыдущая 38 39 40 41 424344 45 46 47 Следующая ⇒