Андрей Робачевский - Операционная система UNIX

• Название: Операционная система UNIX
• Автор: Андрей Робачевский
• Издательство: BHV - Санкт-Петербург
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 1997
• ISBN: 5-7791-0057-8

Книга посвящена семейству операционных систем UNIX и содержит информацию о принципах организации, идеологии и архитектуре, объединяющих различные версии этой операционной системы.

В книге рассматриваются: архитектура ядра UNIX (подсистемы ввода/вывода, управления памятью и процессами, а также файловая подсистема), программный интерфейс UNIX (системные вызовы и основные библиотечные функции), пользовательская среда (командный интерпретатор shell, основные команды и утилиты) и сетевая поддержка в UNIX (протоколов семейства TCP/IP, архитектура сетевой подсистемы, программные интерфейсы сокетов и TLI).

Для широкого круга пользователей

---

Связь. Как уже говорилось, каталог содержит имена файлов и указатели на их метаданные. В то же время сами метаданные не содержат ни имени файла, ни указателя на это имя. Такая архитектура позволяет одному файлу иметь несколько имен в файловой системе. Имена жестко связаны с метаданными и, соответственно, с данными файла, в то время как сам файл существует независимо от того, как его называют в файловой системе[3]. Такая связь имени файла с его данными называется жесткой связью (hard link). Например, с помощью команды ln(1) мы можем создать еще одно имя (second) файла, на который указывает имя first (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Структура файловой системы после выполнения команды ln(1). Жесткая связь имен с данными файла

$ pwd

/home/andrei

$ ln first /home/sergey/second

Жесткие связи абсолютно равноправны. В списках файлов каталогов, которые можно получить с помощью команды ls(1), файлы first и second будут отличаться только именем. Все остальные атрибуты файла будут абсолютно одинаковыми. С точки зрения пользователя — это два разных файла. Изменения, внесенные в любой из этих файлов, затронут и другой, поскольку оба они ссылаются на одни и те же данные файла. Вы можете переместить один из файлов в другой каталог — все равно эти имена будут связаны жесткой связью с данными файла. Легко проверить, что удаление одного из файлов (first или second) не приведет к удалению самого файла, т.е. его метаданных и данных (если это не специальный файл устройства).

По определению жесткие связи указывают на один и тот же индексный дескриптор inode. Поэтому проверить, имеют ли два имени файла жесткую связь, можно, вызвав команду ls(1) с ключом -i:

$ ls -i /home/andrei/first /home/sergey/second

12567 first

12567 second

Информацию о наличии у файла нескольких имен, связанных с ним жесткими связями, можно получить, просмотрев подробный листинг файлов с помощью команды /ls -l:

$ ls -l /home/sergey

...

-rw-r--r-- 2 andrei staff 7245 Jan 17 8:05 second

...

Во второй колонке листинга указано число жестких связей данного файла.

Сразу оговоримся, что жесткая связь является естественной формой связи имени файла с его метаданными и не принадлежит к особому типу файла. Особым типом файла является символическая связь, позволяющая косвенно адресовать файл. В отличие от жесткой связи, символическая связь адресует файл, который, в свою очередь, ссылается на другой файл. В результате, последний файл адресуется символической связью косвенно (рис. 1.3). Данные файла, являющегося символической связью, содержат только имя целевого файла.

Рис. 1.3. Символическая связь

Проиллюстрируем эти рассуждения на примере. Команда ln(1) с ключом -s позволяет создать символическую связь:

$ pwd

/home/andrei

$ ln -s first /home/sergey/symfirst

$ cd /home/sergey

$ ls -l

...

lrwxrwxrwx 1 andrei staff 15 Jan 17 8:05 symfirst->../andrei/first

Как видно из вывода команды ls(1), файл symfirst (символическая связь) существенно отличается от файла second (жесткая связь). Во-первых, фактическое содержимое файла symfirst отнюдь не то же, что и у файла first или second, об этом говорит размер файла — 15 байт. На самом деле в этом файле хранится не что иное как имя файла, на которую символическая связь ссылается — ../andrei/first — ровно 15 байт. Во-вторых, файл symfirst не содержит никаких ограничений на доступ (символы 2–10 в первой колонке).

Символическая связь является особым типом файла (об этом свидетельствует символ 'l' в первой позиции вывода ls(1)), и операционная система работает с таким файлом не так, как с обычным. Например, при выводе на экран содержимого файла symfirst появятся данные файла /home/andrei/first.

Сокеты

Сокеты предназначены для взаимодействия между процессами. Интерфейс сокетов часто используется для доступа к сети TCP/IP. В системах, ветви BSD UNIX на базе сокетов реализована система межпроцессного взаимодействия, с помощью которой работают многие системные сервисы, например, система печати. Мы подробнее познакомимся с сокетами в разделе "Межпроцессное взаимодействие в BSD UNIX" главы 3.

Структура файловой системы UNIX

Использование общепринятых имен основных файлов и структуры каталогов существенно облегчает работу в операционной системе, ее администрирование и переносимость. Эта структура используется в работе системы, например при ее инициализации и конфигурировании, при работе почтовой системы и системы печати. Нарушение этой структуры может привести к неработоспособности системы или отдельных ее компонентов.

Рис. 1.4 Типичная файловая система UNIX

Приведем краткое описание основных каталогов.

Корневой каталог

Корневой каталог "/" является основой любой файловой системы UNIX. Все остальные файлы и каталоги располагаются в рамках структуры, порожденной корневым каталогом, независимо от их физического местонахождения.

/bin

В каталоге /bin находятся наиболее часто употребляемые команды и утилиты системы, как правило, общего пользования.

/dev

Каталог /dev содержит специальные файлы устройств, являющиеся интерфейсом доступа к периферийным устройствам.

Каталог /dev может содержать несколько подкаталогов, группирующих специальные файлы устройств одного типа. Например, каталог /dev/dsk содержит специальные файлы устройств для доступа к гибким и жестким дискам системы.

/etc

В этом каталоге находятся системные конфигурационные файлы и многие утилиты администрирования. Среди наиболее важных файлов — скрипты инициализации системы. Эти скрипты хранятся в каталогах /etc/rc0.d, /etc/rc1.d, /etc/rc2.d и т.д, соответствующих уровням выполнения системы (run level), и управляются скриптами /etc/rc0, /etc/rc1, /etc/rc2 и т.д. Во многих версиях BSD UNIX указанные каталоги отсутствуют, и загрузка системы управляется скриптами /etc/rc.boot, /etc/rc и /etc/rc.local. В UNIX ветви System V здесь находится подкаталог default, где хранятся параметры по умолчанию многих команд (например, /etc/default/su содержит параметры для команды su(1M)). В UNIX System V большинство исполняемых файлов перемещены в каталог /sbin или /usr/sbin.

/lib

В каталоге /lib находятся библиотечные файлы языка С и других языков программирования. Стандартные названия библиотечных файлов имеют вид libx.a (или libx.so), где x — это один или более символов, определяющих содержимое библиотеки. Например, стандартная библиотека С называется libc.a, библиотека системы X Window System имеет имя libX11.a. Часть библиотечных файлов также находится в каталоге /usr/lib.

/lost+found

Каталог "потерянных" файлов. Ошибки целостности файловой системы, возникающие при неправильном останове UNIX или аппаратных сбоях, могут привести к появлению т.н. "безымянных" файлов — структура и содержимое файла являются правильными, однако для него отсутствует имя в каком-либо из каталогов. Программы проверки и восстановления файловой системы помещают такие файлы в каталог /lost+found под системными числовыми именами. Мы коснемся вопроса имен файлов далее в этой главе и, более подробно, в главе 4.

/mnt

Стандартный каталог для временного связывания (монтирования) физических файловых систем к корневой для получения единого дерева логической файловой системы. Обычно содержимое каталога /mnt пусто, поскольку при монтировании он перекрывается связанной файловой системой. Более подробно процесс монтирования и относящиеся к нему структуры данных ядра мы рассмотрим в главе 4.

/u или /home

Общеупотребительный каталог для размещения домашних каталогов пользователей. Например, имя домашнего каталога пользователя andrei будет, скорее всего, называться /home/andrei или /u/andrei. В более ранних версиях UNIX домашние каталоги пользователей размещались в каталоге /usr.

/usr

В этом каталоге находятся подкаталоги различных сервисных подсистем — системы печати, электронной почты и т.д. (/usr/spool), исполняемые файлы утилит UNIX (/usr/bin), дополнительные программы, используемые на данном компьютере (/usr/local), файлы заголовков (/usr/include), электронные справочники (/usr/man) и т.д.