Особенности операционной системы UNIX

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,

программы

на языке Си). Во-вторых, именем команды может быть имя командного файла, со-

держащего набор командных строк, обрабатываемых shell'ом. Наконец,

команда

может быть внутренней командой языка shell (в отличие от исполняемого

файла). Наличие внутренних команд делает shell языком программирования в

дополнение к функциям командного процессора; командный язык shell включает

команды организации циклов (for-in-do-done и while-do-done), команды

выполнения по условиям (if-then-else-fi), оператор выбора, команду

изменения текущего для процесса каталога (cd) и некоторые другие.

Синтаксис shell'а допускает сравнение с образцом и обработку параметров.

Пользователям, запускающим команды, нет необходимости знать, какого типа

эти команды.

Командный процессор shell ищет имена команд в указанном наборе катало-

гов, который можно изменить по желанию пользователя, вызвав shell.

Shell

обычно исполняет команду синхронно, с ожиданием завершения выполнения коман-

ды прежде, чем считать следующую командную строку. Тем не менее,

допускается

и асинхронное исполнение, когда очередная командная строка считывается и ис-

полняется, не дожидаясь завершения выполнения предыдущей команды. О коман-

дах, выполняемых асинхронно, говорят, что они выполняются на фоне других ко-

манд. Например, ввод команды

who

вызывает выполнение системой программы, хранящейся в файле /bin/who

((((() и осуществляющей вывод списка пользователей, которые в настоящий

момент работают с системой. Пока команда who выполняется, командный

процессор shell ожидает завершения ее выполнения и только затем

запрашивает у пользователя следующую команду. Если же ввести команду

who &

система выполнит программу who на фоне и shell готов немедленно принять сле-

дующую команду.

В среду выполнения каждого процесса в системе UNIX включается

текущий

каталог. Текущий для процесса каталог является начальным каталогом, имя ко-

торого присоединяется ко всем именам путей поиска, которые не начинаются

с

наклонной черты. Пользователь может запустить внутреннюю команду shell'а

cd

(изменить каталог) для перемещения по дереву файловой системы и для

смены

текущего каталога. Командная строка

cd /usr/src/uts

делает текущим каталог "/usr/src/uts". Командная строка

cd ../..

делает текущим каталог, который на две вершины "ближе" к корню

(корневому

каталогу): параметр ".." относится к каталогу, являющемуся родительским

для

текущего.

Поскольку shell является пользовательской программой и не входит в

состав ядра операционной системы, его легко модифицировать и помещать в

конкретные условия эксплуатации. Например, вместо командного процессора

Баурна

(называемого так по имени его создателя, Стива Баурна), являющегося

частью

версии V стандартной системы, можно использовать процессор команд Си, обес-

печивающий работу механизма ведения истории изменений и позволяющий збегать

повторного ввода только что использованных команд. В некоторых случаях

при

желании можно воспользоваться командным процессором shell с

ограниченными

возможностями, являющимся предыдущей версией обычного shell'а. Система

может

работать с несколькими командными процессорами одновременно.

Пользователи

имеют возможность запускать одновременно множество процессов, процессы же

в

свою очередь могут динамически порождать новые процессы и

синхронизировать

их выполнение. Все эти возможности обеспечиваются благодаря наличию

мощных

программных и аппаратных средств, составляющих среду выполнения

процессов.

Хотя привлекательность shell'а в наибольшей степени определяется его

возможнос-тями как языка программирования и его возможностями в обработке

аргументов, в данном разделе основное внимание концентрируется на среде

выполнения процес-сов, управление которой в системе возложено на

командный процессор Shell.

3.3 Элементы конструкционных блоков

Как уже говорилось ранее, концепция разработки системы UNIX

заключалась

в построении операционной системы из элементов, которые позволили бы пользо-

вателю создавать небольшие программные модули, выступающие в качестве конст-

рукционных блоков при создании более сложных программ. Одним из таких эле-

ментов, с которым часто сталкиваются пользователи при работе с

командным

процессором shell, является возможность переназначения ввода-вывода.

Говоря

условно, процессы имеют доступ к трем файлам: они читают из файла стандарт-

ного ввода, записывают в файл стандартного вывода и выводят сообщения

об

ошибках в стандартный файл ошибок. Процессы, запускаемые с терминала,

обычно

используют терминал вместо всех этих трех файлов, однако каждый файл незави-

симо от других может быть "переназначен". Например, команда

ls

выводит список всех файлов текущего каталога на устройство (в файл) стандар-

тного вывода, а команда

ls > output

переназначает выводной поток со стандартного вывода в файл "output" в теку-

щем каталоге, используя вышеупомянутый системный вызов creat. Подобным

же

образом, команда

mail mjb < letter

открывает (с помощью системного вызова open) файл "letter" в качестве

файла

стандартного ввода и пересылает его содержимое пользователю с именем

Страницы: 1, 2, 3