47833 (Операционная система Unix)

Содержание

Введение

Что такое Unix?

Где взять бесплатный Unix?

Каковы основные отличия Unix от других OS?

Почему Unix?

Основные понятия Unix

Файловая система

Комадный интерпретатор

Руководства - man

Введение

Писать об ОС Unix чрезвычайно трудно. Во-первых, потому, что об этой системе написано очень много. Во-вторых, потому, что идеи и решения Unix оказали и оказывают огромное влияние на развитие всех современных ОС, и многие из этих идей уже описаны в этой книге. В-третьих, потому что Unix - не одна ОС, а целое семейство систем, и не всегда можно "отследить" их родство между собой, а уж описать все ОС, входящие в это семейство просто невозможно. Тем не менее, мы, ни в коей мере не претендуя на полноту, попытаемся дать беглый обзор "мира Unix" в тех его областях, которые представляются нам интересными для целей нашего учебного курса.

Рождение ОС Unix относится к концу 60-х годов, и эта история уже обросла "легендами", которые подчас по-разному повествуют о деталях этого события. ОС Unix родилась в исследовательском центре Bell Telephone Laboratories (Bell Labs), входящем в состав корпорации AT&T. Изначально этот инициативный проект для ЭВМ PDP-7 (впоследствии - для PDP-11) представлял собой то ли с файловую систему, то ли компьютерную игру, то ли систему подготовки текстов, то ли и то, и другое, и третье. Важно, однако, то, что с самого начала проект, превратившийся в итоге в ОС, задумывался как программная среда коллективного пользования. Автором первой версии Unix является Кен Томпсон, однако в обсуждении проекта, а впоследствии - и в его реализации принимал участие большой коллектив сотрудников (Д. Ритчи, Б. Керниган, Р. Пайк и другие). На наш взгляд, несколько счастливых обстоятельств рождения Unix определили удачу этой системы на много лет вперед.

Для большинства сотрудников того коллектива, в котором родилась ОС Unix, эта ОС была "третьей системой". Существует мнение (см., например [1]), что системный программист достигает высокой квалификации только при выполнении третьего своего проекта: первый проект получается еще "ученическим", во второй разработчик пытается включить все, что не получилось в первом, и в итоге он получается слишком громоздким, и только в третьем достигается необходимый баланс желаний и возможностей. Известно, что до рождения Unix коллектив Bell Labs участвовал (совместно с рядом других фирм) в разработке ОС MULTICS. Конечный продукт MULTICS (Bell Labs не принимала участия в последних стадиях разработки) носит все признаки "второй системы" и не получил широкого распространения. Следует, однако, заметить, что в этом проекте были рождены многие принципиально важные идеи и решения, и некоторые концепции, которые многие считают рожденными в Unix, на самом деле имеет своим источником проект MULTICS.

ОС Unix была системой, которая делалась "для себя и для своих друзей". Перед Unix не ставилась задача захвата рынка и конкуренции с какими-либо продуктами. Сами разработчики ОС Unix были и ее пользователями, и сами оценивали соответствие системы своим нуждам. Без давления рыночной конъюнктуры такая оценка могла быть предельно объективной.

ОС Unix явилась системой, которая сделана программистами и для программистов. Это определило изящество и концептуальную стройность системы - с одной стороны, а с другой - необходимость понимания системы для пользователя Unix и чувства профессиональной ответственности для программиста, разрабатывающего программное обеспечение для Unix. И никакие последующие попытки сделать "Unix для чайников" не смогли избавить ОС Unix от этого достоинства.

В 1972-73 гг. Кен Томпсон и Деннис Ритчи написали новую версию Unix. Специально для этой цели Д. Ритчи создал язык программирования C, представлять который теперь уже нет необходимости. Более 90% программного кода Unix написано на этом языке, и язык стал неотъемлемой частью ОС. То, что основная часть ОС написана на языке высокого уровня, обеспечивает возможность ее перекомпиляции в коды любой аппаратной платформы и является обстоятельством, определившим широкое распространение Unix.

В период создания Unix антимонопольное законодательство США не давало корпорации AT&T возможности выходить на рынок программных продуктов. Поэтому ОС Unix была некоммерческой и свободно распространялась, прежде всего - в университетах. Там ее развитие продолжалось, и наиболее активно оно велось в Калифорнийском университете в г. Беркли. При этом университете была создана группа Berkeley Software Distribution, которая занималась развитием отдельной ветви ОС - BSD Unix. На протяжении всей последующей истории основная ветвь Unix и BSD Unix развивались параллельно, неоднократно взаимно обогащая друг друга.

По мере распространения ОС Unix стал все более возрастать интерес к ней коммерческих фирм, которые стали выпускать собственные коммерческие версии этой ОС. Со временем стала коммерческой и "основная" ветвь Unix от AT&T, для ее продвижения была создана дочерняя фирма Unix System Laboratory. Ветвь BSD Unix в свою очередь разветвилась на коммерческую BSD и Free BSD [18]. Различные коммерческие и свободно распространяемые Unix-подобные системы строились на базе ядра AT&T Unix, однако в них включались и свойства, заимствуемые из BSD Unix, а также и оригинальные свойства. Несмотря на общий источник, различия между членами семейства Unix накапливались и в итоге привели к тому, что перенос приложений из одной Unix-подобной ОС в другую стал чрезвычайно затруднен. По инициативе пользователей Unix возникло движение за стандартизацию API Unix. Это движение было поддержано Международной организацией стандартов ISO и привело к возникновению стандарта POSIX (Portable Operation System Interface eXecution), который развивается и в настоящее время и является самым авторитетным стандартом для ОС. Однако, оформление спецификаций POSIX как официального стандарта - процесс довольно медленный, и он не может удовлетворять потребностей производителей программного обеспечения, что привело к возникновению альтернативных промышленных стандартов.

С переходом AT&T Unix к компании Nowell название этой ОС изменилось на Unixware, а права на торговую марку Unix перешли к консорциуму X/Open. Этот консорциум (в настоящее время - Open Group) разработал свои (более широкие, чем POSIX) спецификации системы, известные как Single Unix Specification. Недавно вышла вторая редакция этого стандарта, значительно лучше согласованная с POSIX.

Наконец, ряд фирм - производителей собственных версий Unix образовал консорциума Open Software Foundation (OSF), который выпустил собственную версию Unix - OSF/1, сделанную на базе микроядра Mach. OSF также выпустил спецификации системы OSF/1, на основе которой фирмы-члены OSF стали выпускать собственные Unix-системы. Среди таких систем: SunOS фирмы Sun Microsystems, AIX фирмы IBM, HP/UX фирмы Hewlett-Packard, DIGITAL UNIX фирмы Compaq и другие.

Поначалу Unix-системы этих фирм в большей степени базировались на BSD Unix, но сейчас большая часть современных промышленных Unix-систем строятся на базе использовании (по лицензии) ядра AT&T Unix System V Release 4 (S5R4), хотя наследуют и некоторые свойства BSD Unix. Мы не берем на себя ответственность сравнивать коммерческие Unix-системы, так как периодически появляющиеся в печати сравнения такого рода зачастую представляют совершенно противоположные результаты.

Компания Nowell продала Unix компании Santa Crouse Operations, которая выпускала собственный Unix-продукт - SCO Open Server. SCO Open Server [16] базировался на более ранней версии ядра (System V Release 3), но был великолепно отлажен и отличался высокой стабильностью. Фирма Santa Crouse Operations интегрировала свой продукт с AT&T Unix и выпустила Open Unix 8 [30], однако затем продала Unix фирме Caldera, которая и является владельцем "классической" ОС Unix сегодня (в конце 2001 г).

Фирма Sun Microsystems начала свое представительство в мире Unix системой SunOS, созданной на основе ядра BSD. Однако впоследствии заменила ее системой Solaris на основе S5R4 [34]. В настоящее время распространяется версия 8 этой ОС (существует также v.9-бета). Solaris работает на платформе SPARC (RISC-процессоры, изготовляемые по спецификациям Sun) и Intel-Pentium.

Фирма Hewlett-Packard предлагает ОС HP-UX. v.11 на платформе PA-RISC [22]. HP-UX базируется на S5R4, но содержит много свойств, "выдающих" ее происхождение от BSD Unix. Конечно же, HP-UX будет доступна и на платформе Intel-Itanium.

Фирма IBM выступает с ОС AIX, последняя на сегодняшний день версия - 5L (о ней еще пойдет речь впереди) [12]. IBM не объявляла "родословную" AIX, это в основном оригинальная разработка, но первые версии носили признаки происхождения от FreeBSD Unix. Сейчас, однако, AIX больше похожа на S5R4. Первоначально ОС AIX была доступна и на платформе Intel-Pentium, но впоследствии (в соответствии с общей политикой IBM) перестала поддерживаться на этой платформе. В настоящее время AIX работает на серверах IBM RS/6000 и в других вычислительных платформах на базе процессоров PowerPC (в том числе и на суперкомпьютерах IBM).

ОС DIGITAL UNIX фирмы DEC была единственной промышленной реализаций системы OSF/1. ОС DIGITAL UNIX работала на RISC-серверах Alpha фирмы DEC. Когда в 1998 г. фирма DEC была поглощена фирмой Compaq, в фирму Compaq перешли и серверы Alpha, и DIGITAL UNIX. Фирма Compaq имеет намерение восстановить присутствие на рынке серверов Alpha и в связи с этим интенсивно развивает и ОС для них. Нынешнее название этой ОС - Tru64 Unix (текущая версия - 5.1A), она продолжает базироваться на ядре OSF/1 и несет в себе много признаков BSD Unix [37].

Несмотря на то, что большинство коммерческих Unix-систем базируется на одном ядре и удовлетворяет требованиям POSIX, каждая из них имеет собственный диалект API, и различия между диалектами накапливаются. Это приводит к тому, что перенос промышленных приложений с одной Unix-системы на другую затрудняется и требует, как минимум, перекомпиляции, а часто - и корректировки исходного кода. Попытка преодолеть "разброд" и сделать единую для всех ОС Unix была предпринята в 1998 г. альянсом фирм SCO, IBM и Sequent. Эти фирмы объединились в проекте Monterey с целью создания единой ОС на базе Unixware, владельцем которой в то время была SCO, IBM AIX и ОС DYNIX фирмы Sequent. (Фирма Sequent занимает лидирующие позиции в производстве ЭВМ архитектуры NUMA - несимметричной многопроцессорной - и DYNIX - это Unix для таких ЭВМ). ОС Monterey должна была работать на 32-разрядной платформе Intel-Pentium, 64-разрядной платформе PowerPC и на новой 64-разрядной платформе Intel-Itanium. О поддержке проекта заявили почти все лидеры производства аппаратных средств и промежуточного программного обеспечения. Даже фирмы, имеющие собственные клоны Unix (кроме Sun Microsystems), объявили, что на платформах Intel они будут поддерживать только Monterey. Работа над проектом продвигалась, по-видимому, успешно. ОС Monterey была в числе первых, доказавших свою работоспособность на Intel-Itanium (наряду с Windows NT и Linux) и единственной, которая при этом не прибегала к эмуляции 32-разрядной архитектуры Intel-Pentium. Однако в финальной стадии проекта произошло фатальное событие: SCO продала свое Unix-отделение. Еще раньше фирма Sequent вошла в состав IBM. "Наследником" всех свойств ОС Monterey стала ОС IBM AIX v.5L. Однако, не совсем всех. Платформа Intel-Pentium не является для IBM стратегическим направлением, и на этой платформе ОС AIX недоступна. А поскольку другие лидеры компьютерной индустрии не разделяют (или не вполне разделяют) такую позицию IBM, идея общей ОС Unix так и не реализовалась.

Наконец, нельзя не сказать и о некоммерческих ОС, которые в той или иной степени могут считаться относящимися к семейству Unix. О FreeBSD мы уже упоминали. Это, по-видимому, лучший из некоммерческих продуктов, и эта ОС уже давно нашла себе применение в промышленной обработке данных.

Последние годы отмечены шумной экспансией ОС Linux [9, 26]. Ядро этой ОС было разработано в 1991 Линусом Торвальдсом (Финляндия) прежде всего "для личного пользования". Торвальдс сделал исходный код своей ОС открытым. При фиксированном ядре любой программист может написать собственные сервисы ОС Linux и опубликовать их через Internet. Трудно сказать, что послужило причиной такой популярности ОС Linux. Она не является ни уникальной, ни лучшей ни как свободно распространяемая, ни как открытая, ни как Unix для компьютеров небольшой вычислительной мощности. По-видимому, этот феномен объясняется некоторым совпадением объективных и субъективных факторов, анализ которых не входит в наши цели.

До 1997 г. ОС Linux была популярна почти исключительно в университетской среде. Однако в 1997 г. ряд фирм объявил о выпуске собственных версий Linux. Некоторые из этих версий (например, Red Hat) остались бесплатными, некоторые (например, Caldera) стали коммерческими. Принципиально важно то, что у Linux появились "хозяева", которые несли ответственность (в том числе и коммерческую) за сопровождение ОС. Это вызвало стремительное возрастание интереса к Linux пользователей, которые решают задачи промышленной обработки информации. Такой интерес объясняется, с одной стороны, желанием иметь "почти настоящую" ОС Unix со значительно меньшими расходами, с другой, нежеланием попадать в полную зависимость от Microsoft. Фирмы-лидеры информационных технологий не могли игнорировать настроения рынка и объявили либо о выпуске собственных версий Linux (например, Hewlett-Packard), либо о поддержке определенных версий Linux на своих аппаратных платформах и в своем промежуточном программном обеспечении (например, IBM). Интересно, что эти фирмы являются производителем собственных коммерческих версий ОС Unix. В последних версиях всех коммерческих ОС Unix, рассмотренных выше, в API ОС внесены системные вызовы, обеспечивающие возможность выполнения в них приложений, написанных для Linux. Пока, по-видимому, гранды информационных технологий не видят в Linux серьезного конкурента для своих ОС в сфере промышленной обработки данных и систем высокой готовности и предусматривают перенос информационных систем с Linux на коммерческие Unix при достижении ими определенной степени зрелости. Не без помощи "грандов" достигнут перенос Linux на большое число платформ - от встроенных вычислительных устройств до мейнфреймов и суперкомпьютеров. Возможно, с достижением Linux промышленного уровня, в этой ОС сможет воплотиться идея, не удавшаяся в проекте Monterey - единая ОС Unix для всех.

Следует отметить еще одну интересную сферу применения Linux. Ряд стран (например, Китай, Россия) объявил о принятии в качестве базовой ОС для информационных системах в своих силовых структурах ОС, "изготовляемой на основе Linux". Основную роль здесь играет открытость исходного кода. Доступность исходного кода Linux позволяет правительственным специалистам этих стран с одной стороны убедиться в отсутствии в ОС "закладок", занимающихся "электронным шпионажем", а с другой - провести исчерпывающую верификацию ОС и добиться ее высокой надежности и безопасности.