Введение в курс практических занятий

Краткая история операционной системы UNIX, ее структура

На первой лекции мы разобрали содержание понятия " операционная система ", обсудили функции операционных систем и способы их построения. Все материалы первой и последующих лекций мы будем иллюстрировать практическими примерами, связанными с использованием одной из разновидностей операционной системы UNIX – операционной системы Linux, хотя постараемся не связывать свой рассказ именно с ее особенностями.

Ядро операционной системы Linux представляет собой монолитную систему. При компиляции ядра Linux можно разрешить динамическую загрузку и выгрузку очень многих компонентов ядра – так называемых модулей. В момент загрузки модуля его код загружается для исполнения в привилегированном режиме и связывается с остальной частью ядра. Внутри модуля могут использоваться любые экспортируемые ядром функции.

Свой нынешний вид эта операционная система обрела в результате длительной эволюции UNIX -образных операционных систем. История развития UNIX подробно освещена практически во всей литературе, посвященной вычислительной технике. Как правило, это во многом один и тот же текст, с небольшими изменениями кочующий из одного издания в другое, и нам не хотелось бы повторяться. Мы просто сошлемся на достаточно подробное изложение в книге [ 23 ] или на оригинальную работу одного из родоначальников UNIX [ 7 ]. Для нас наиболее важным во всей этой истории является существование двух стержневых линий эволюции – линии System V и линии BSD, поскольку в процессе обучения мы будем сталкиваться с различиями в их реализации.

Понятия login и password

Операционная система UNIX является многопользовательской операционной системой. Для обеспечения безопасной работы пользователей и целостности системы доступ к ней должен быть санкционирован. Для каждого пользователя, которому разрешен вход в систему, заводится специальное регистрационное имя – username или login и сохраняется специальный пароль – password, соответствующий этому имени. Как правило, при заведении нового пользователя начальное значение пароля для него задает системный администратор. После первого входа в систему пользователь должен изменить начальное значение пароля с помощью специальной команды. В дальнейшем он может в любой момент изменить пароль по своему желанию.

"Узнайте у своего системного администратора" регистрационные имена и пароли, установленные для обучающихся.

Домашняя директория пользователя и ее определение

Для каждого нового пользователя в системе заводится специальная директория, которая становится текущей сразу после его входа в систему. Эта директория получила название домашней директории пользователя. Воспользуйтесь командой pwd для определения своей домашней директории.

Команды cd – для смены текущей директории и ls – для просмотра состава директории

Для смены текущей директории командного интерпретатора можно воспользоваться командой cd (change directory). Для этого необходимо набрать команду в виде

cd имя_директории

где имя_директории – полное или относительное имя директории, которую вы хотите сделать текущей. Команда cd без параметров сделает текущей директорией вашу домашнюю директорию.

Просмотреть содержимое текущей или любой другой директории можно, воспользовавшись командой ls (от list). Если ввести ее без параметров, эта команда распечатает вам список файлов, находящихся в текущей директории. Если же в качестве параметра задать полное или относительное имя директории:

ls имя_директории

то она распечатает список файлов в указанной директории. Надо отметить, что в полученный список не войдут файлы, имена которых начинаются с символа "точка" – ".". Такие файлы обычно создаются различными системными программами для своих целей (например, для настройки). Посмотреть полный список файлов можно, дополнительно указав команде ls опцию -a, т.е. набрав ее в виде

ls -a

или

ls -a имя_директории

У команды ls существует и много других опций, часть из которых мы еще рассмотрим на семинарах. Для получения полной информации о команде ls воспользуйтесь утилитой man.

Введение в курс практических занятий

Настоящий курс практических занятий является одной из первых известных авторам попыток систематически проиллюстрировать лекционный курс "Основы операционных систем" на примере конкретной операционной системы, а именно – операционной системы UNIX.

Необходимость связывания систематического изложения материала семинарских и практических занятий с материалом лекций возникла в процессе становления базового четырехсеместрового набора курсов по информатике в МФТИ. Новизна излагаемого материала для многих преподавателей заставила лекторов для соблюдения некоторого стандарта обучения готовить по каждой теме методические указания для участников семинаров, и эти указания, как показал опыт, могут с успехом использоваться и студентами, в том числе для самостоятельного обучения. Обкатанная версия этих методических указаний, расширенная, дополненная и модифицированная по результатам многочисленных обсуждений предлагается сейчас вашему вниманию.

Семестровый курс "Основы операционных систем" является третьим по счету курсом цикла " Информатика ", которому предшествуют курсы "Алгоритмы и алгоритмические языки" и " Архитектура ЭВМ и язык ассемблера". Предполагается, что к началу практических занятий студенты умеют программировать на языке С (с использованием функций стандартной библиотеки для работы с файлами и строками) и имеют представление о внутреннем устройстве ЭВМ.

Переход от обучения студентов информатике с использованием мэйнфреймов к обучению с использованием сетевых классов персональных компьютеров, свершившийся за последние двадцать лет, неизбежно наложил свой отпечаток на форму проведения практических занятий. Вместо раздельного проведения семинаров и практикума (лабораторных работ) появилось нечто смешанное – семинарский практикум или практический семинар, когда изложение нового материала в течение одного занятия чередуется с короткими практическими программными работами. Именно в виде таких семинаров-практикумов и построен наш курс. Ввиду достаточно высокой сложности используемых программных конструкций мы решили приводить готовые примеры программ для иллюстрации рассматриваемых понятий с последующей их модификацией студентами. Это позволило увеличить насыщенность занятий и за семестровый курс охватить большее количество материала.

Для иллюстрации лекций была выбрана операционная система UNIX, как наиболее открытая, изящная и простая для понимания, хотя создание подобного практического курса возможно и для других операционных систем, например для Windows NT.

В целом практический курс включает в себя 16 занятий, одно из которых в середине семестра – между семинарами 9 и 10-11 – посвящено проведению контрольной работы по материалам лекций. Некоторым темам выделено по два занятия, и соответствующие семинары имеют сдвоенные номера. Естественно, разбиение тем на занятия является достаточно условным, желательно лишь, чтобы они непосредственно следовали за лекциями, на которых основываются.

Далее мы переходим к изложению материала семинарско-практического курса.

По своему содержанию материал текущих семинаров 1–2 является наиболее критичным по отношению к используемому виду операционной системы и политике администрирования. Поэтому многие вопросы будут содержать ссылку "узнайте у своего системного администратора". Прежде чем приступать к занятиям, необходимо обеспечить наличие пользовательских account'ов для обучающихся. "Узнайте у своего системного администратора", как это сделать.

В тексте семинаров программные конструкции, включая имена системных вызовов, стандартных функций и команды оболочки операционной системы, выделены другим шрифтом. В UNIX системные вызовы и команды оболочки инициируют сложные последовательности действий, затрагивая различные аспекты функционирования операционной системы. Как правило, в рамках одного семинара полное объяснение всех нюансов их поведения является невозможным. Поэтому подробные описания большинства используемых системных вызовов, системных функций и некоторых команд оболочки операционной системы при первой встрече с ними вынесены из основного текста на серый фон и обведены рамочкой, а в основном тексте рассматриваются только те детали их описания, для понимания которых хватает накопленных знаний.

Если какой-либо параметр у команды оболочки является необязательным, он будет указываться в квадратных скобках, например, [who]. В случае, когда возможен выбор только одного из нескольких возможных вариантов параметров, варианты будут перечисляться в фигурных скобках и разделяться вертикальной чертой, например, {+ | - | =}.