уровень

системы, такие как командный процессор shell, редакторы, SCCS (система обра-

2ботки исходных текстов программ) и пакеты программ подготовки

документации,

постепенно становятся синонимом понятия "система UNIX". Однако все они поль-

зуются услугами программ нижних уровней и в конечном счете ядра с

помощью

набора обращений к операционной системе. В версии V принято 64 типа обраще-

ний к операционной системе, из которых немногим меньше половины

используются

часто. Они имеют несложные параметры, что облегчает их использование, пре-

доставляя при этом большие возможности пользователю. Набор обращений к опе-

рационной системе вместе с реализующими их внутренними алгоритмами составля-

ют "тело" ядра, в связи с чем рассмотрение операционной системы UNIX

сводится к подробному изучению и анализу обращений к системе и их

взаимодействия между собой. Короче говоря, ядро реализует функции, на

которых основывается выполне-ние всех прикладных программ в системе UNIX, и

им же определяются эти функции. Использование терминов "система

UNIX","ядро" или "система", имеется ввиду ядро операционной системы UNIX,

что и должно вытекать из контекста.

3. ОБЗОР С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

3.1 Файловая система

Файловая система UNIX характеризуется:

. иерархической структурой,

. согласованной обработкой массивов данных,

. возможностью создания и удаления файлов,

. динамическим расширением файлов,

. защитой информации в файлах,

. трактовкой периферийных устройств (таких как терминалы и ленточные ус-

тройства) как файлов.

Файловая система организована в виде дерева с одной исходной

вершиной,

которая называется корнем (записывается: "/"); каждая вершина в

древовидной

структуре файловой системы, кроме листьев, является каталогом файлов, а фай-

[pic]

Рисунок 1.2. Пример древовидной структуры файловой системы

лы, соответствующие дочерним вершинам, являются либо каталогами, либо обыч-

ными файлами, либо файлами устройств. Имени файла предшествует указание

пути

поиска, который описывает место расположения файла в иерархической

структуре

файловой системы. Имя пути поиска состоит из компонент, разделенных

между

собой наклонной чертой (/); каждая компонента представляет собой набор

символов, составляющих имя вершины (файла), которое является уникальным

для каталога (предыдущей компоненты), в котором оно содержится. Полное имя

пути поиска начинается с указания наклонной черты и идентифицирует

файл (вершину), поиск которого ведется от корневой вершины дерева

файловой системы с обходом тех ветвей дерева файлов, которые соответствуют

именам отдельных компонент. Так, пути "/etc/passwd", "/bin/who" и

"/usr/src/cmd/who.c" указывают на файлы, являющиеся вершинами дерева,

изображенного на Рисунке 1.2, а пути "/bin/passwd" и "/usr/ src/date.c"

содержат неверный маршрут. Имя пути поиска необязательно должно начинаться

с корня, в нем следует указывать маршрут относительно текущего для

выполняемого процесса каталога, при этом предыдущие символы "наклонная

черта" в имени пути опускаются. Так, например, если мы находимся в

каталоге "/dev", то путь "tty01" указывает файл, полное имя пути поиска для

которого "/dev/tty01".

Программы, выполняемые под управлением системы UNIX, не содержат

никакой

информации относительно внутреннего формата, в котором ядро хранит

файлы

данных, данные в программах представляются как бесформатный поток

байтов.

Программы могут интерпретировать поток байтов по своему желанию, при

этом

любая интерпретация никак не будет связана с фактическим способом

хранения

данных в операционной системе. Так, синтаксические правила, определяющие за-

дание метода доступа к данным в файле, устанавливаются системой и

являются

едиными для всех программ, однако семантика данных определяется

конкретной

программой. Например, программа форматирования текста troff ищет в

конце

каждой строки текста символы перехода на новую строку, а программа

учета

системных ресурсов acctcom работает с записями фиксированной длины.

Обе

программы пользуются одними и теми же системными средствами для осуществле-

ния доступа к данным в файле как к потоку байтов, и внутри себя

преобразуют

этот поток по соответствующему формату. Если любая из программ

обнаружит,

что формат данных неверен, она принимает соответствующие меры.

Каталоги похожи на обычные файлы в одном отношении; система

представляет

информацию в каталоге набором байтов, но эта информация включает в себя име-

на файлов в каталоге в объявленном формате для того, чтобы операционная сис-

тема и программы, такие как ls (выводит список имен и атрибутов

файлов),

могли их обнаружить.

Права доступа к файлу регулируются установкой специальных битов разреше-

ния доступа, связанных с файлом. Устанавливая биты разрешения доступа,

можно

независимо управлять выдачей разрешений на чтение, запись и выполнение

для

трех категорий пользователей: владельца файла, группового пользователя

и

прочих. Пользователи могут создавать файлы, если разрешен доступ к

каталогу.

Вновь созданные файлы становятся листьями в древовидной структуре

файловой

системы.

Для пользователя система UNIX трактует устройства так, как если бы

они

были файлами. Устройства, для которых назначены специальные файлы

устройств,

становятся вершинами в структуре файловой системы. Обращение программ к уст-

ройствам имеет тот же самый синтаксис, что и обращение к обычным файлам; се-

мантика операций чтения и записи по отношению к устройствам в большой степе-

ни совпадает с семантикой операций чтения и записи обычных файлов.

Способ

защиты устройств совпадает со способом защиты обычных файлов: путем соответ-

ствующей установки битов разрешения доступа к ним (файлам). Поскольку

имена

устройств выглядят так же, как и имена обычных файлов, и поскольку над

устройствами и над обычными файлами выполняются одни и те же операции,

большинству программ нет необходимости различать внутри себя типы

обрабатываемых файлов.

Например, рассмотрим программу на языке Си (Рисунок 1.3), в которой соз-

дается новая копия существующего файла. Предположим, что исполняемая

версия

программы имеет наименование copy. Для запуска программы пользователь

вводит

с терминала:

copy oldfile newfile

где oldfile - имя существующего файла, а newfile - имя создаваемого

файла.

Система выполняет процедуру main, присваивая аргументу argc значение

количест-ва параметров в списке argv, а каждому элементу массива argv

значение парамет-ра, сообщенного пользователем. В приведенном примере argc

имеет значение 3, элемент argv[0] содержит строку символов "copy" (имя

программы условно являет-ся нулевым параметром), argv[1] - строку

символов "oldfile", а argv[2] - строку символов "newfile". Затем программа

проверяет, правильное ли количество параметров было указано при ее

запуске. Если это так, запускается операция open (открыть) для файла

oldfile с параметром "read-only" (только для чтения), в случае успешного

выполнения которой запускается операция creat (открыть) для файла

newfile. Режим доступа к вновь созданному файлу описывается числом 0666 (в

восьмиричном коде), что означает разрешение доступа к файлу для чтения и

записи для всех пользователей. Все обращения к операционной системе в

случае неудачи возвращают код -1; если же неудачно завершаются операции

open и creat, программа выдает сообщение и запускает операцию exit

(выйти) с возвращением кода состояния, равного 1, завершая свою работу и

указывая на возникновение ошибки.

Операции open и creat возвращают целое значение, являющееся

дескриптором

файла и используемое программой в последующих ссылках на файлы. После

этого

программа вызывает подпрограмму copy, выполняющую в цикле операцию read (чи-

тать), по которой производится чтение в буфер порции символов из

существующего файла, и операцию write (писать) для записи информации в

новый файл.Операция read каждый раз возвращает количество прочитанных

байтов (0 – если достигнут конец файла). Цикл завершается, если достигнут

конец файла или если произошла ошибка при выполнении операции read

(отсутствует контроль возникновения ошибок при выполнении операции

write). Затем управление из подпрограммы copy возвращается в основную

программу и запускается операция exit с кодом состояния 0 в качестве

параметра, что указывает на успешное завершение выполнения программы.

Программа копирует любые файлы, указанные при ее вызове в качестве

аргумен-тов, при условии, что разрешено открытие существующего файла и

создание нового файла. Файл может включать в себя как текст, который может

быть выведен на печатающее устройство, например, исходный текст программы,

так и символы, не выводимые на печать, даже саму программу. Таким образом,

оба вызова:

copy copy.c newcopy.c

copy copy newcopy

являются допустимыми. Существующий файл также может быть каталогом.

Например, по вызову:

copy . dircontents

копируется содержимое текущего каталога, обозначенного символом ".", в обыч-

ный файл "dircontents"; информация в новом файле совпадает, вплоть до каждо-

го байта, с содержимым каталога, только этот файл обычного типа (для созда-

ния нового каталога предназначена операция mknod). Наконец, любой из

файлов

может быть файлом устройства. Например, программа, вызванная следующим обра-

зом:

#include

char buffer[2048];

int version = 1;

main(argc,argv)

int argc;

char *argv[];

{

int fdold,fdnew;

if (argc != 3)

{

printf("need 2 arguments for copy program\n);

exit(1);

}

fdold = open(argv[1],O_RDONLY); /* открыть исходный файл только

для чтения */

if (fdold == -1)

{

printf("cannot open file %s\n",argv[1]);

exit(1);

}

fdnew = creat(argv[2],0666); /* создать новый файл с

разрешением чтения и записи для всех

пользователей */

if (fdnew == -1)

{

printf("cannot create file %s\n",argv[2]);

exit(1);

}

copy(fdold,fdnew);

exit(0);

}

copy(old,new)

int old,new;

{

int count;

while ((count = read(old,buffer,sizeof(buffer))) > 0)

write(new,buffer,count);

}

Рисунок 1.3. Программа копирования файла

copy /dev/tty terminalread

читает символы, вводимые с терминала (файл /dev/tty соответствует

терминалу

пользователя), и копирует их в файл terminalread, завершая работу только

в

том случае, если пользователь нажмет. Похожая форма запуска

программы:

copy /dev/tty /dev/tty

вызывает чтение символов с терминала и их копирование обратно на терминал.

3.2 Среда выполнения процессов

Программой называется исполняемый файл, а процессом называется последо-

вательность операций программы или часть программы при ее выполнении. В сис-

теме UNIX может одновременно выполняться множество процессов (эту особен-

ность иногда называют мультипрограммированием или многозадачным

режимом),

при чем их число логически не ограничивается, и множество частей

программы

(такой как copy) может одновременно находиться в системе. Различные

системные операции позволяют процессам порождать новые процессы, завершают

процессы, синхронизируют выполнение этапов процесса и управляют реакцией

на наступле-ние различных событий. Благодаря различным обращениям к

операционной

системе, процессы выполняются независимо друг от друга.

Например, процесс, выполняющийся в программе, приведенной на

Рисунке

1.4, запускает операцию fork, чтобы породить новый процесс. Новый

процесс,

именуемый порожденным процессом, получает значение кода завершения

операции

fork, равное 0, и активизирует операцию execl, которая выполняет

программу

copy (Рисунок 1.3). Операция execl загружает файл "copy", который предполо-

жительно находится в текущем каталоге, в адресное пространство

порожденного

процесса и запускает программу с параметрами, полученными от пользователя.

В

случае успешного выполнения операции execl управление в вызвавший ее

процесс

не возвращается, поскольку процесс выполняется в новом адресном

пространстве. Тем временем, процесс, запустивший операцию fork

(родительский процесс), получает ненулевое значение кода завершения

операции, вызывает операцию wait, которая приостанавливает его выполнение

до тех пор, пока не закончится выполнение программы copy, и завершается

(каждая программа имеет выход в конце главной процедуры, после которой

располагаются программы стандартных библиотек Си, подключаемые в

процессе компиляции). Например, если исполняемая программа называется run,

пользователь запускает ее следующим образом:

main(argc,argv)

int argc;

char *argv[];

{

/* предусмотрено 2 аргумента: исходный файл и новый файл */

if (fork() == 0)

execl("copy","copy",argv[1],argv[2],0);

wait((int *)0)

printf("copy done\n");

}

Рисунок 1.4. Программа порождения нового процесса, выполняющего копиро-

вание файлов

run oldfile newfile

Процесс выполняет копирование файла с именем "oldfile" в файл с

именем

"newfile" и выводит сообщение. Хотя данная программа мало что добавила

к

программе "copy", в ней появились четыре основных обращения к

операционной

системе, управляющие выполнением процессов: fork, exec, wait и exit.

Вообще использование обращений к операционной системе дает

возможность

пользователю создавать программы, выполняющие сложные действия, и как следс-

твие, ядро операционной системы UNIX не включает в себя многие функции, яв-

ляющиеся частью "ядра" в других системах. Такие функции, и среди них компи-

ляторы и редакторы, в системе UNIX являются программами

пользовательского

уровня. Наиболее характерным примером подобной программы может служить ко-

мандный процессор shell, с которым обычно взаимодействуют пользователи

после

входа в систему. Shell интерпретирует первое слово командной строки как

имя

команды: во многих командах, в том числе и в командах fork (породить

новый

процесс) и exec (выполнить порожденный процесс), сама команда

ассоциируется

с ее именем, все остальные слова в командной строке трактуются как

параметры

команды.

Shell обрабатывает команды трех типов. Во-первых, в качестве имени

команды может быть указано имя исполняемого файла в объектном коде,

полученного в результате компиляции исходного текста программы (например,

Страницы: 1, 2, 3