Операционная система семейства Unix

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Сарапульский политехнический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Основы инженерной деятельности»

Преподаватель: Федотов А.Ю.

студента 2 курса группы 312 ЗД

специальности «Технология машиностроения»

Коробейников Д.В.

2012 г

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА СЕМЕЙСТВА UNIX

1.1 Структура системы

1.2 Обзор с точки зрения пользователя

1.3 Функции операционной системы

2. УСТАНОВКА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ UNIX

ВЫВОД

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Операционная система UNIX - это многопользовательская система с разделением времени. Начинать сеанс работы с ней нужно с сообщения о том, кто Вы. Это не зависит от того, работаете Вы за терминалом в своем кабинете или по коммутируемой линии связываетесь с большим узлом общего пользования. В этом заключается одно из отличий UNIX от DOS, Windows и Macintosh - операционных систем, в которых понятие "многопользовательский" отсутствует. UNIX должна знать, кто Вы, чтобы выделять Вас среди десятков, сотен и даже тысяч других пользователей.

UNIX - одна из самых популярных в мире операционных систем благодаря тому, что ее сопровождает и распространяет большое число компаний. Первоначально она была создана как многозадачная система для миникомпьютеров и мэйнфреймов в середине 70-х годов, но с тех пор она выросла в одну из наиболее распространенных операционных систем, несмотря на свой временами обескураживающий интерфейс и отсутствие централизованной стандартизации. Существуют версии UNIX для многих систем, начиная от персонального компьютера, до суперкомпьютеров, таких как Cray Y-MP. Все пользователи ОС UNIX явно или неявно работают с файлами. Файловая система ОС UNIX имеет древовидную структуру. 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 нем. 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. 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.

ОС UNIX одновременно является операционной средой использования существующих прикладных программ и средой разработки новых приложений. Новые программы могут писаться на разных языках (Фортран, Паскаль, Модула, Ада и др.). Однако стандартным языком программирования в среде ОС UNIX является язык Си (который в последнее время все больше заменяется на Си++). Это объясняется тем, что во-первых, сама система UNIX написана на языке Си, а, во-вторых, язык Си является одним из наиболее качественно стандартизованных языков. Операционная система UNIX - это набор программ, который управляет компьютером, осуществляет связь между вами и компьютером и обеспечивает вас инструментальными средствами, чтобы помочь вам выполнить вашу работу. Разработанная, чтобы обеспечить легкость, эффективность и гибкость программного обеспечения, система UNIX имеет несколько полезных функций:

· основная цель системы - это выполнять широкий спектр заданий и программ;

· интерактивное окружение, которое позволяет вам связываться напрямую с компьютером и получать немедленно ответы на ваши запросы и сообщения;

· многопользовательское окружение, которое позволяет вам разделять ресурсы компьютера с другими пользователями без уменьшения производительности. Этот метод называется разделением времени. Система UNIX взаимодействует с пользователями поочередно, но так быстро, что кажется, что взаимодействует со всеми пользователями одновременно;

· многозадачное окружение, которое позволяет вам выполнять более одного задания в одно и тоже время.

Система UNIX имеет 4 основных компонента:ядро - это программа, которая образует ядро операционной системы; она координирует внутренние функции компьютера (такие как размещение системных ресурсов). Ядро работает невидимо для вас;

· shell - это программа, которая осуществляет связь между вами и ядром, интерпретируя и выполняя ваши команды. Так как она читает ваш ввод и посылает вам сообщения, то описывается как интерактивная;

· commands - это имена программ, которые компьютер должен выполнить. Пакеты программ называются инструментальными средствами. Система UNIX обеспечивает инструментальными средствами для таких заданий как создание и изменение текста, написание программ, развитие инструментария программного обеспечения, обмен информацией с другими посредством компьютера;

· file system файловая систем - это набор всех файлов, возможных для вашего компьютера. Она помогает вам легко сохранят и отыскивать информацию.

1. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА СЕМЕЙСТВА UNIX

1.1 Структура системы

На Рисунке 1.1 изображена архитектура верхнего уровня системы UNIX. Технические средства, показанные в центре диаграммы, выполняют функции, обеспечивающие функционирование операционной системы. Операционная система взаимодействует с аппаратурой непосредственно (***), обеспечивая обслуживание программ и их независимость от деталей аппаратной конфигурации. Если представить систему состоящей из пластов, в ней можно выделить системное ядро, изолированное от пользовательских программ.

Рисунок 1.1. Архитектура системы UNIX

Поскольку программы не зависят от аппаратуры, их легко переносить из одной системы UNIX в другую, функционирующую на другом комплексе технических средств, если только в этих программах не подразумевается работа с конкретным оборудованием. Например, программы, рассчитанные на определенный размер машинного слова, гораздо труднее переводить на другие машины по сравнению с программами, не требующими подобных установлений. Программы, подобные командному процессору shell и редакторам (ed и vi) и показанные на внешнем по отношению к ядру слое, взаимодействуют с ядром при помощи хорошо определенного набора обращений к операционной системе. Обращения к операционной системе понуждают ядро к выполнению различных операций, которых требует вызывающая программа, и обеспечивают обмен данными между ядром и программой. Некоторые из программ, приведенных на рисунке, в стандартных конфигурациях системы известны как команды, однако на одном уровне с ними могут располагаться и доступные пользователю программы, такие как программа a.out, стандартное имя для исполняемого файла, созданного компилятором с языка Си. Другие прикладные программы располагаются выше указанных программ, на верхнем уровне, как это показано на рисунке. Например, стандартный компилятор с языка Си, cc, располагается на самом внешнем слое: он вызывает препроцессор для Си, ассемблер и загрузчик (компоновщик), т.е. отдельные программы предыдущего уровня. Хотя на рисунке приведена двухуровневая иерархия прикладных программ, пользователь может расширить иерархическую структуру на столько уровней, сколько необходимо. В самом деле, стиль программирования, принятый в системе UNIX, допускает разработку комбинации программ, выполняющих одну и ту же, общую задачу. Многие прикладные подсистемы и программы, составляющие верхний уровень системы, такие как командный процессор shell, редакторы, SCCS (система обработки исходных текстов программ) и пакеты программ подготовки документации, постепенно становятся синонимом понятия "система UNIX". Однако все они пользуются услугами программ нижних уровней и в конечном счете ядра с помощью набора обращений к операционной системе. В версии V принято 64 типа обращений к операционной системе, из которых немногим меньше половины используются часто. Они имеют несложные параметры, что облегчает их использование, предоставляя при этом большие возможности пользователю. Набор обращений к операционной системе вместе с реализующими их внутренними алгоритмами составляют "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 выполнение всех прикладных программ в системе UNIX, и им же определяются эти функции. Использование терминов "система UNIX","ядро" или "система", имеется ввиду ядро операционной системы NIX, что и должно вытекать из контекста.

1.2 Обзор с точки зрения пользователя

· 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 устройства) 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 файлы, соответствующие дочерним вершинам, являются либо каталогами, либо обычными файлами, либо файлами устройств.

Рисунок 1.2. Пример древовидной структуры файловой системы

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 задание 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 осуществления 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 имена файлов в каталоге в объявленном формате для того, чтобы операционная система и программы, такие как ls (выводит список имен и атрибутов файлов), могли их обнаружить. Права доступа к файлу регулируются установкой специальных битов разрешения 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 устройствам имеет тот же самый синтаксис, что и обращение к обычным файлам; семантика операций чтения и записи по отношению к устройствам в большой степени совпадает с семантикой операций чтения и записи обычных файлов. Способ защиты устройств совпадает со способом защиты обычных файлов: путем соответствующей 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 количества параметров в списке argv, а каждому элементу массива argv значение параметра, сообщенного пользователем. В приведенном примере argc имеет значение 3, элемент argv[0] содержит строку символов "copy" (имя программы условно является 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 (читать), 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 аргументов, 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 обычный файл "dircontents"; информация в новом файле совпадает, вплоть до каждого байта, с содержимым каталога, только этот файл обычного типа (для создания нового каталога предназначена операция mknod). Наконец, любой из файлов может быть файлом устройства. Например, программа, вызванная следующим образом:

Рисунок 1.3. Продолжение. Программа копирования файла copy /dev/tty terminalread

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<CTRL d>. Похожая форма запуска программы:

copy /dev/tty /dev/tty

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

1.3 Функции операционной системы

операционный система ядро файловый

На Рисунке 1.1 уровень ядра операционной системы изображен непосредственно под уровнем прикладных программ пользователя. Выполняя различные элементарные операции по запросам пользовательских процессов, ядро обеспечивает функционирование пользовательского интерфейса, описанного выше. Среди функций ядра можно отметить:

· Управление выполнением процессов посредством их создания, завершения или приостановки и организации взаимодействия между ними.

· Планирование очередности предоставления выполняющимся процессам времени центрального процессора (диспетчеризация). Процессы работают с центральным процессором в режиме разделения времени: центральный процессор выполняет процесс, по завершении отсчитываемого ядром кванта времени процесс приостанавливается и ядро активизирует выполнение другого процесса. Позднее ядро запускает приостановленный процесс.

· Выделение выполняемому процессу оперативной памяти. Ядро операционной системы дает процессам возможность совместно использовать участки адресного пространства на определенных условиях, защищая при этом адресное пространство, выделенное процессу, от вмешательства извне. Если системе требуется свободная память, ядро освобождает память, временно выгружая процесс на внешние запоминающие устройства, которые называют устройствами выгрузки. Если ядро выгружает процессы на устройства выгрузки целиком, такая реализация системы UNIX называется системой со свопингом(подкачкой); если же на устройство выгрузки выводятся страницы памяти, такая система называется системой с замещением страниц.

· Выделение внешней памяти с целью обеспечения эффективного хранения информации и выборка данных пользователя. Именно в процессе реализации этой функции создается файловая система. Ядро выделяет внешнюю память под пользовательские файлы, мобилизует неиспользуемую память, структурирует файловую систему в форме, доступной для понимания, и защищает пользовательские файлы от несанкционированного доступа.

· Управление доступом процессов к периферийным устройствам, таким как терминалы, ленточные устройства, дисководы и сетевое оборудование. Выполнение ядром своих функций довольно очевидно. Например, оно узнает, что данный файл является обычным файлом или устройством, но скрывает это различие от пользовательских процессов. Так же оно, форматируя информацию файла для внутреннего хранения, защищает внутренний формат от пользовательских процессов, возвращая им неотформатированный поток байтов. Наконец, ядро реализует ряд необходимых функций по обеспечению выполнения процессов пользовательского уровня, за исключением функций, которые могут быть реализованы на самом пользовательском уровне. Например, ядро выполняет действия, необходимые shell'у как интерпретатору команд: оно позволяет процессору shell читать вводимые с терминала данные, динамически порождать процессы, синхронизировать выполнение процессов, открывать каналы и переадресовывать ввод-вывод. Пользователи могут разрабатывать свои версии командного процессора shell с тем, чтобы привести рабочую среду в соответствие со своими требованиями, не затрагивая других пользователей. Такие программы пользуются теми же услугами ядра, что и стандартный процессор shell.

2. УСТАНОВКА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ UNIX

Установка операционной системы UNIX на примере Linux

· Загрузка с диска.

Для начала установки Linux загружаемся с диска, и попадаем в начальное меню. Выбираем язык на котором инсталлятор будет общаться с нами, далее укажем что нам необходимо - «Попробовать Ubuntu 10.04», либо «Установить Ubuntu 10.04».

Если Вы хотите просто посмотреть что из себя представляет Ubuntu, без установки на жесткий диск, стоит выбрать - «Попробовать Ubuntu 10.04». В этом случае произойдёт загрузка ОС в оперативную память, и Вы сможете визуально оценить все возможности Linux. Для установки на жесткий диск выбираем - «Установить Ubuntu 10.04».

· Выбор часового пояса.

Следующий шаг -- настройка часового пояса. Просто укажите откуда Вы и система сама скорректируем время.

· Раскладка клавиатуры.

На следующем этапе установки определяемся с клавиатурой. Можно использовать предложенный вариант, либо указать свой. Правильность идентификации клавиатуры можно проверить в специальном окошке расположенном ниже, напечатав несколько пробных символов.

· Подготовка жесткого диска.

Следующим шагом в установке Linux является подготовка жесткого диска к инсталляции операционной системы. Думаю стоит отметить что в Linux нет такого понятия как диск C, диск D. В Linux все намного проще, и так:

Выбрав пункт «Указать разделы вручную» мы переходим к следующему шагу. Замечу что выбрав пункт «Удалить все данные и использовать весь диск» Вы оградите себя от части забот и возложите их на плечи Linux, но, мы же не боимся трудностей -- правильно ? Жмем кнопочку «Новая таблица разделов» -> «Свободное место» -> «Добавить», и приступаем к созданию корневого раздела Linux.

Для корневого раздела ( / ) с головой достаточно 4 -- 10 гигабайт. Все остальное место мы отдадим под /home (Домашний каталог пользователя). Файловая система по умолчанию Ext4, можно скорректировать ее, поддерживаются Ext3, Ext2, RaiserFS, JFS, XFS, FAT32, FAT16. Совета по выбору я к сожалению дать не могу, сейчас я работаю на Ext4, каких либо проблем пока замечено не было.

После того как корневой раздел ( / ) сформирован, переходим к созданию раздела /home, производим теже действия, только в поле «Точка монтирования» прописываем (либо выбираем в выпадающем списке) - /home

Жмем кнопочку «Вперед» …

Инсталлятор предупредит Вас о том что не выбран файл подкачки, дело Ваше, можете вернуться, и выделить для него места раза в два большее чем имеющаяся у Вас оперативная память, действия теже что и при создании разделов на жестком диске, только вместо файловой системы в выпадающем списке выбираем «Файл подкачки». Если у Вас в компьютере установлено 2 Гб ОЗУ или более, необходимость в файле подкачки отпадает, так как он просто будет не задействован системой.

· Личные данные, пароли.

Следующий шаг установки запросит ввод Ваших данных, имени пользователя, логин для входа в систему, пароль, название компьютера. Думаю этот шаг установки не вызовет у Вас трудностей, одно, но, я советую оставить опцию «Требовать пароль для входа в систему», это повысит надежность сохранности Ваших данных.

· Финал.

В следующем окошке будет выведена общая информация о установке системы, а также возможность сконфигурировать установку загрузчика. Обычно с этим проблем нет, особенно если Вы устанавливаете Linux на «голый» винчестер. Жмем «Установить» и откидываемся на спинку кресла (с) …

Наслаждайтесь работой с Linux. Linux это очень просто …

ВЫВОДЫ

В работе были описаны полная структура системы UNIX, взаимоотношения между процессами, выполняющимися в режиме задачи и в режиме ядра, а также аппаратная среда функционирования ядра операционной системы. Процессы выполняются в режиме задачи или в режиме ядра, в котором они пользуются услугами системы благодаря наличию набора обращений к операционной системе. Архитектура системы поддерживает такой стиль программирования, при котором из небольших программ, выполняющих только отдельные функции, но хорошо, составляются более сложные программы, использующие механизм каналов и переназначение ввода-вывода. Обращения к операционной системе позволяют процессам производить операции, которые иначе не выполняются. В дополнение к обработке подобных обращений ядро операционной системы осуществляет общие учетные операции, управляет планированием процессов, распределением памяти и защитой процессов в оперативной памяти, обслуживает прерывания, управляет файлами и устройствами и обрабатывает особые ситуации, возникающие в системе. В функции ядра системы UNIX намеренно не включены многие функции, являющиеся частью других операционных систем, поскольку набор обращений к системе позволяет процессам выполнять все необходимые операции на пользовательском уровне.

ЛИТЕРАТУРА

1. THE DESIGN OF THE UNIX OPERATING SYSTEM by Maurice J. Bach («Морис Дж. Бах. Архитектура операционной системы Unix»Перевод с английского к.т.н. Крюкова А.В.) Copyright c 1986 Корпорация Bell Telephone Laboratories. Издано корпорацией Prentice-Hall. Отделение Simon & Schuster Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси 07632

2. Кристиан К. Операционная система UNIX. - М., Финансы и статистика, 1985, 320 стр.

3. Баурн С. Операционная система UNIX. - М., Мир, 1986, 464 стр.

4. Aho A.V., Kernighan B.W., Weinberger P.J. Awk - A Pattern Scanning and Text Processing Language (2d Edition). - Bell Labs, Murray Hill, N.J.

5. Feldman S.I. Make - a program for maintaining computer programs. - Bell Labs, Murray Hill, N.J. (а также в журнале Software - Practice and Experience, vol.9).

Размещено на Allbest.ru