Андрей Робачевский Операционная система Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений Дюссельдорф Киев Москва Санкт%Петербург www.books-shop.com УДК Книга семейству операционных систем и содержит информацию о прин! ципах организации, идеологии и архитектуре, объединяющих различные версии этой опе! рационной 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 (команд! ный интерпретатор команды и утилиты) и сетевая поддержка в UNIX (про! токолов семейства TCP/IP, архитектура сетевой подсистемы, программные интерфейсы сокетов и TLI). Для круга Группа подготовки издания: Главный Екатерина Зав. редакцией Наталья Редактор Татьяна Корректор Зинаида Дмитриева Компьютерная верстка Владислава Сорокина Дизайн обложки Зав. производством Николай Тверских Рукопись книги подготовлена в Республиканском научном центре компьютерных теле% коммуникационных сетей высшей школы. Рецензенты: Зав. кафедрой техника" Санкт!Петербургского государственного электротехнического университета профессор Д. В. Пузанков Зав. "Информационные и управляющие системы" Санкт!Петербургского государственного Технического университета профессор И. Г. Робачевский А. М. Операционная система UNIX®. % СПб.: 2002. % 528 ил. ISBN 5!8206!0030!4 UNIX является знаком консорциума The Open Group М. Робачевский, 1997 К. Щукин, 1997 © Оформление, издательство "БХВ%Петербург", Лицензия ИД № 02429 от 24.07.00. Подписано в печать Формат Печать офсетная. Усл. печ. л. 42,8. Доп. тираж 5000 экз. Заказ 1383 "БХВ%Петербург", 198005, Санкт%Петербург, Измайловский пр., 29. Гигиеническое заключение на продукцию, товар, № от г. выдано Департаментом ГСЭН Минздрава России. Отпечатано с готовых диапозитивов в Академической типографии "Наука" РАН. 199034, Санкт%Петербург, 9 линия, 12. www.books-shop.com О КНИГЕ "ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА UNIX" 1 НАЗНАЧЕНИЕ книги 1 НА КОГО РАССЧИТАНА ЭТА КНИГА? 2 ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 2 ВВЕДЕНИЕ 3 ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ .....3 Исследовательские версии UNIX 4 ГЕНЕАЛОГИЯ UNIX 6 System UNIX 6 System V Release 4 (SVR4) 7 UNIX компании Berkeley Software Distribution 7 8 Версии UNIX, использующие микроядро 8 Свободно распространяемая система UNIX 9 ОСНОВНЫЕ СТАНДАРТЫ 9 10 Х/Ореп 10 SVID 11 ANSI 11 НЕКОТОРЫЕ ИЗВЕСТНЫЕ ВЕРСИИ UNIX AIX 13 HP%UX 13 IRIX 13 Digital UNIX 13 UNIX 13 Solaris ПРИЧИНЫ ПОПУЛЯРНОСТИ UNIX 14 ОБЩИЙ взгляд НА АРХИТЕКТУРУ UNIX 15 Ядро системы Файловая подсистема 17 Подсистема управления процессами Подсистема ГЛАВА 1. РАБОТА В ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ UNIX 19 ФАЙЛЫ И ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА 20 Типы файлов 21 25 Структура файловой системы UNIX 26 Корневой каталог 26 www.books-shop.com /bin 27 27 /etc 27 /lib 27 27 28 или /home 28 28 /var 28 28 Владельцы файлов 28 Права доступа к файлу 30 Дополнительные атрибуты файла 35 ПРОЦЕССЫ 38 Программы и процессы 38 Типы процессов 39 Системные процессы 39 Демоны 40 Прикладные процессы 40 Атрибуты процесса 41 Идентификатор процесса Process ID 41 Идентификатор родительского процесса Parent Process ID 41 Приоритет процесса (Nice Number) 41 Терминальная линия (TTY) 41 Реальный (RID) и эффективный (EUID) идентификаторы пользователя .41 Реальный (RGID) и эффективный идентификаторы группы 42 Жизненный путь процесса 42 Сигналы 44 УСТРОЙСТВА 47 Файлы блочных устройств 47 Файлы символьных устройств 47 Мнемоника названий файлов устройств в файловой системе UNIX 49 ПОЛЬЗОВАТЕЛИ СИСТЕМЫ 50 Атрибуты пользователя 51 Пароли 54 Стандартные пользователи и группы 55 ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКАЯ СРЕДА UNIX 56 Командный интерпретатор shell 56 Синтаксис языка Bourne shell 59 Общий синтаксис скрипта 59 Переменные 60 Встроенные переменные 64 Перенаправление 66 Команды, функции и программы 68 Подстановки, выполняемые командным интерпретатором 71 www.books-shop.com СОДЕРЖАНИЕ Запуск команд 73 Условные выражения 74 Команда test 75 Циклы 77 Селекторы 78 Ввод 79 Система управления заданиями 80 Основные утилиты UNIX 82 Утилиты для работы с файлами 82 Утилиты для управления процессами 86 Об администрировании UNIX 88 Ситуация 1. Нехватка дискового пространства 89 Ситуация 2. Избыточная загрузка процессора 89 Ситуация 3. Регистрация новых пользователей 90 Ситуация 4. Авария загрузочного диска 90 Ситуация 5. Слабая производительность сети 91 Ситуация 6. "Глупые" вопросы пользователей 91 Ситуация 7. Установка новой версии операционной системы 91 Ситуация 8. Пользователям необходима электронная телефонная книга 92 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92 ГЛАВА 2. СРЕДА ПРОГРАММИРОВАНИЯ UNIX 93 ПРОГРАММНЫЙ ИНТЕРФЕЙС UNIX 93 Системные вызовы и функции стандартных библиотек 93 Обработка ошибок 95 СОЗДАНИЕ ПРОГРАММЫ Исходный текст Заголовки Компиляция 105 Форматы исполняемых файлов Формат ELF COFF ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ В ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ UNIX Запуск Завершение С%программы РАБОТА с ФАЙЛАМИ Основные системные функции для работы с файлами Функция ореп(2) 122 Функция creat(2) Функция close(2) Функции dup2(2) Функция lseek(2) Функция read(2) и readv(2) Функции write(2) и writev(2) www.books-shop.com Функция pipe(2) Функция fcntl(2) 129 Стандартная библиотека 130 Связи 133 Файлы, отображаемые в памяти 137 Владение файлами 140 Права доступа Перемещение по файловой системе 142 Метаданные файла ПРОЦЕССЫ 146 Идентификаторы процесса Выделение памяти 150 Создание и управление процессами 154 Сигналы Надежные сигналы Группы и сеансы 173 Текущие и фоновые группы процессов Ограничения ПРИМЕРЫ ПРОГРАММ Демон Командный интерпретатор 184 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 186 ГЛАВА 3. ПОДСИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ 187 ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ Структуры данных процесса Состояния процесса 191 ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАМЯТЬЮ 195 Виртуальная и физическая память 197 Сегменты 199 Страничный механизм 202 Адресное пространство процесса 204 УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ ПРОЦЕССА Области 207 Замещение страниц 210 ПЛАНИРОВАНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЦЕССОВ 216 Обработка прерываний таймера Отложенные вызовы 219 Контекст процесса 221 Принципы планирования процессов 222 СОЗДАНИЕ ПРОЦЕССА 226 ЗАПУСК новой ПРОГРАММЫ 230 ВЫПОЛНЕНИЕ в РЕЖИМЕ ЯДРА 233 СОН И ПРОБУЖДЕНИЕ 234 www.books-shop.com ЗАВЕРШЕНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЦЕССА 235 СИГНАЛЫ 236 Группы и сеансы 236 Управление сигналами 237 Отправление 237 Доставка и обработка сигнала 238 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ПРОЦЕССАМИ 240 Каналы 242 FIFO 243 Идентификаторы и имена в IPC 245 Сообщения 248 Семафоры 253 Разделяемая память 258 Межпроцессное взаимодействие в BSD 264 Программный интерфейс сокетов 265 Пример использования сокетов 274 Сравнение различных систем межпроцессного взаимодействия 277 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 278 ГЛАВА 4. ФАЙЛОВАЯ ПОДСИСТЕМА 279 БАЗОВАЯ ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА SYSTEM V 280 Суперблок 281 Индексные дескрипторы 282 Имена файлов 285 Недостатки и ограничения 287 ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА BSD UNIX 288 Каталоги 291 АРХИТЕКТУРА ВИРТУАЛЬНОЙ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ 292 Виртуальные индексные дескрипторы 293 Монтирование файловой системы 296 Трансляция имен 303 ДОСТУП К ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЕ 304 Файловые дескрипторы 306 Файловая таблица 307 Блокирование доступа к файлу 309 БУФЕРНЫЙ кэш Внутренняя структура буферного кэша 313 Операции 314 Кэширование в SVR4 317 ЦЕЛОСТНОСТЬ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ 317 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 321 ГЛАВА 5. ПОДСИСТЕМА 322 ДРАЙВЕРЫ УСТРОЙСТВ 323 www.books-shop.com Типы драйверов 323 Базовая архитектура драйверов 325 Файловый 333 Клоны 335 Встраивание драйверов в ядро 338 БЛОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА 340 СИМВОЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА 342 Интерфейс доступа низкого уровня 343 Буферизация 344 АРХИТЕКТУРА ТЕРМИНАЛЬНОГО ДОСТУПА 346 Псевдотерминалы 348 ПОДСИСТЕМА STREAMS 350 Архитектура STREAMS 352 Модули 356 Сообщения 357 Типы сообщений 361 Передача данных 362 Управление передачей данных 364 Драйвер 368 Головной модуль 369 Доступ к потоку 371 Создание потока 372 Управление потоком 375 Мультиплексирование 377 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 380 ГЛАВА 6. ПОДДЕРЖКА СЕТИ В ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ UNIX 382 СЕМЕЙСТВО ПРОТОКОЛОВ TCP/IP 383 Краткая история TCP/IP 384 Архитектура TCP/IP 386 Общая модель сетевого взаимодействия OSI 391 ПРОТОКОЛ IP 393 Адресация 398 ПРОТОКОЛЫ ТРАНСПОРТНОГО УРОВНЯ 400 User Datagram Protocol (UDP) 402 Transmisson Control Protocol (TCP) 404 Состояния TCP%сеанса 406 Передача данных Стратегии реализации TCP 413 Синдром "глупого окна" 414 Медленный старт 416 Устранение затора 417 Повторная передача 419 ПРОГРАММНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ 420 Программный интерфейс сокетов 420 www.books-shop.com