-
-
-
-
-
Лабораторная работа № 1
-
-
-
Знакомство с операционными системами семейства *nix на примере ОС ALT Linux Server.
Copyright (c) 2008,2010 Nikolay A. Fetisov
Copyright (c) 2011,2012,2013,2014,2015,2017 Fedor A. Fetisov, Nikolay A. Fetisov
Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2
or any later version published by the Free Software Foundation;
with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover
Texts. A copy of the license is available as
http://www.gnu.org/licenses/fdl.html
Copyright (c) Николай Фетисов, 2008,2010.
Copyright (c) Фёдор Фетисов, Николай Фетисов, 2011,2012,2013, 2014,2015,2017.
Настоящее пособие включает в себя документы, распространяющиеся на условиях GNU Free Documentation License, версия 1.1.
Каждый имеет право воспроизводить, распространять и/или вносить изменения в настоящий Документ в соответствии с условиями GNU Free Documentation License, Версией 1.2 или любой более поздней версией, опубликованной Free Software Foundation;
Данный Документ не содержит Неизменяемых разделов; Данный Документ не содержит текста, помещаемого на первой или последней страницах обложки.
Текст лицензии GNU FDL доступен по адресу: http://www.gnu.org/licenses/fdl.html
-
Теоретические сведения.
-
Основные понятия операционных систем семейства *nix.
Первая система UNIX была разработана в 1969 - 1970 годах в подразделении Bell Labs компании AT&T. В 1973 году система была почти полностью переписана на также разработанном в Bell Labs языке высокого уровня C. Это позволило легко переносить UNIX на вычислительные системы различных архитектур и способствовало широкому её распространению. На настоящий момент в мире создано и используется большое число различных UNIX-систем. С юридической точки зрения только часть из них имеет право называться «UNIX», остальные же, хотя и используют сходные концепции и технологии, объединяются термином «UNIX-подобные» (англ. Unix-like). Для краткости всё семейство операционных систем класса Unix принято обозначать как *nix.
Некоторые отличительные признаки UNIX-систем включают в себя:
использование простых текстовых файлов для настройки и управления системой;
широкое применение утилит, запускаемых в командной строке;
взаимодействие с пользователем посредством виртуального устройства — терминала;
представление физических и виртуальных устройств и некоторых средств межпроцессового взаимодействия как файлов;
использование конвейеров из нескольких программ, каждая из которых выполняет одну задачу.
Технически операционные системы *nix состоят из ядра системы и различных утилит и программ. Ядро обеспечивает общий интерфейс к оборудованию, управление выполнением программ, разделение между ними аппаратных ресурсов компьютерной системы. Основной концепцией, заложенной в архитектуру *nix, является представление различных аппаратных устройств как файлов и предоставление программам возможности работать с устройствами как с файлами.
-
Структура файловой системы.
Для хранения данных в настоящий момент используются различные устройства — накопители на жестких и гибких магнитных дисках, накопители на микросхемах Flash-памяти, накопители на оптических носителях форматов CD, DVD, Blu-ray, и т.п. С точки зрения операционных систем, всё это — устройства с блочным вводом-выводом, которые далее мы будем обобщённо называть дисками.
Как правило, доступное для хранения информации место на дисках разбивается на разделы. В рамках каждого из разделов создаётся файловая система, позволяющая управлять размещением на дисках отдельных файлов. Это требование не является жёстким, возможно создание файловых систем непосредственно на дисках, без разбиения их на отдельные разделы. Кроме того, возможно хранение информации на дисках и без создания файловых систем — например, крупные системы управления базами данных (СУБД) могут сами управлять размещением баз данных на дисках, без использования промежуточных звеньев в виде файлов и файловых систем.
Задачей файловой системы является обеспечение эффективного выделения пространства для хранения данных, ведение списка файлов и каталогов, эффективный поиск файлов в каталогах и т.д. Существует большое количество файловых систем, обладающих теми или иными характеристиками. Выбор файловой системы для носителя данных зависит от конкретного случая. Операционные системы могут одновременно управлять несколькими устройствами хранения данных с разными файловыми системами на них.
К основным поддерживаемым в Linux файловым системам относятся:
Ext2 — файловая система, изначально разработанная для систем Linux. Сравнительно простая в реализации. Сейчас используется в основном во встраиваемых системах, например, в маршрутизаторах, сотовых телефонах, в качестве корневой файловой системы сетевых накопителей бытового уровня и т.п.
Ext3 — дальнейшее развитие Ext2, файловая система с поддержкой журналирования. Совместима с Ext2. При хранении большого числа файлов в каталогах использование Ext3 неэффективно.
Ext4 — дальнейшее развитие Ext3, файловая система с поддержкой журналирования. Совместима с Ext2 и Ext3. Более эффективна при работе с большим числом файлов в каталогах.
-
XFS — журналируемая файловая система, разработанная для рабочих станций Silicon Graphics (SGI) с операционной системой IRIX. Изначально спроектирована для работы с мультимедийными файлами большого размера, эффективна при использовании расширенных списков контроля доступа к файлам. При использовании XFS крайне желательна надёжно работающая аппаратная платформа и наличие резервирования электропитания оборудования.
JFS (Journaled File System) — журналируемая файловая система, изначально разработанная корпорацией IBM для ОС AIX.
ReiserFS — журналируемая система, разработанная Гансом Рейзером (Hans Reiser). Оптимизирована для работы с каталогами, содержащими большое количество файлов, а также для хранения небольших по размеру файлов.
Btrfs — журналируемая файловая система, разрабатываемая как замена файловых систем Ext3/Ext4. Обеспечивает эффективную работу с файлами небольшого размера, каталогами с большим числом файлов, имеет возможность прозрачного сжатия хранящихся данных. Поддерживает создание снимков состояния файловой системы, возможность размещения файловой системы на нескольких физических устройствах, оптимизирована под работу с твердотельными дисками (SSD). В настоящее время считается экспериментальной и для широкого использования не рекомендована.
ISOFS (iso9660) — файловая система, разработанная для дисков CD, но достаточно часто встречающаяся и на дисках DVD. Имеет ограничение максимального размера файла в 2 Gb.
UDF — файловая система, обычно используемая для дисков DVD.
VFAT — развитие файловой системы MS DOS с добавленной поддержкой длинных имён файлов. Из достоинств файловой системы — простота её реализации. Используется в основном на съёмных носителях данных типа USB Flash. Для разделов дисков, больших 32 Gb, использование VFAT крайне неэффективно.
NTFS — файловая система, используемая в ОС Microsoft Windows NT и более поздних. В отличие от VFAT, использует журналирование и имеет систему контроля прав доступа к файлам. Использование данной файловой системы в Linux ограничено из-за отсутствия открытой документации по архитектуре файловой системы и сильной зависимости её реализации от архитектуры ОС MS Windows.
Существуют также и специальные файловые системы, из которых можно отметить:
procfs — файловая система, позволяющая обращаться к ряду структур данных внутри ядра *nix, как к файлам. В частности, в procfs можно посмотреть текущий список выполняющихся процессов, состояние оборудования, настройки и текущее состояние сетевых устройств, и т.п. Программы, предназначенные для вывода подобной информации, получают её из procfs. Кроме того, ряд файлов в procfs доступны для записи, и с их помощью можно изменить параметры работы ядра *nix.
sysfs — файловая система, работающая со структурами ядра Linux и позволяющая получить данные об оборудовании системы. В частности, с использованием sysfs производится конфигурация устройств «горячего» подключения.
udevfs — файловая система, предназначенная для хранения файлов устройств, с поддержкой создания/удаления файлов устройств «горячего» подключения.
tmpfs — файловая система, предназначенная для хранения файлов в виртуальной памяти. Основное назначение системы — размещение временных файлов, которые можно потерять при перезагрузке системы. Использование tmpfs на современных компьютерных системах, с большим объемом ОЗУ и достаточно большим размером файлов подкачки, позволяет существенно ускорить, например, выполнение компиляции и сборки сложных программных продуктов. Кроме того, tmpfs используется во встраиваемых системах.
jffs2 (Journalling Flash File System version 2) — файловая система, оптимизированная для работы с программируемой Flash-памятью (ППЗУ) с учётом особенностей износа Flash-памяти при регулярной записи в неё данных. Применяется во встраиваемых системах для хранения настроек.
squashfs — файловая система, обеспечивающая хранение данных и структур каталогов в сжатом состоянии. Предназначена только для чтения данных, широко используется во встраиваемых системах.
Существуют также сетевые файловые системы. Эти файловые системы предназначены для доступа к информации, хранящейся на других системах, через компьютерную сеть. Из сетевых файловых систем можно отметить:
CIFS (Common Internet File System, старое название SMB, Server Message Block) — сетевая файловая система, использующаяся в сетях Microsoft Windows.
NFS (Network File System) — сетевая файловая система, изначально появившаяся для систем *nix. По сравнению с CIFS существенно более простая в реализации, но и с существенно менее гибким управлением доступом к файлам.
Современные файловые системы организуют хранение файлов в иерархической структуре каталогов. Все перечисленные выше файловые системы поддерживают длинные имена файлов. Как правило, максимальная длина имени файла составляет 255 символов — т.е., при использовании кодировки UTF-8, 127 символов русского алфавита. В именах файлов и каталогов допускаются любые символы, кроме символов NULL (символ с кодом ASCII 0) и / (слеш). Символ NULL используется как ограничитель строки, он следует за последним значащим символом строки переменной длины. Символ / (слеш) служит разделителем имён каталогов при указании пути к файлу. Отметим, что в операционных системах семейства Microsoft Windows для этой цели используется символ
\ (обратный слеш).
В имени файла может содержаться расширение — несколько (обычно до четырёх) символов, отделённых от основной части имени файла символом . (точка). Обычно через расширение указывается формат файла. К широко используемым расширениям относятся:
.jpg, .gif, .png, .tiff — для графических файлов;
.html, .htm — для файлов в формате HTML;
.pdf, .ps — для файлов PDF и PostScript;
.c, .h, .cpp — для исходных текстов и заголовков программ на C и
C++;
.o — для скомпилированного объектного кода;
.sh — для скриптов командного интерпретатора;
.tar – для файловых архивов в формате утилиты tar;
.gz, .bz2, .zip, .xz – для файлов, сжатых утилитами gzip, bzip2, zip и xz соответственно, и т.п.
Часто в расширении указывается дополнительная информация — например, для библиотек в виде расширения может указываться номер версии библиотеки. Однако для самой операционной системы расширения файлов никакой смысловой нагрузки не несут, никаких ограничений ни на размер расширений, ни на их число не накладывается.
В *nix строчные и заглавные буквы в именах файлов различаются, т.е. файлы file.txt, file.TXT, File.txt — три разных файла, которые могут сосуществовать в одном каталоге. Однако могут быть и исключения — например, для файловой системы VFAT — это один и тот же файл, а для CIFS поведение зависит от настроек сервера CIFS.
В каждой файловой системе имеется каталог верхнего уровня. Существует понятие корневой файловой системы — это каталог верхнего уровня файловой системы системного диска. На системном диске размещаются основные файлы операционной системы и с него выполняется загрузка системы. Корневой каталог имеет путь /. Для каждого файла в системе можно указать полный путь — перечисление иерархии всех каталогов от корневого каталога до самого файла.
В отличие от систем семейства Microsoft DOS/Windows, для доступа к файловым системам, расположенным на других дисках, не используются названия этих дисков. Вместо этого файловые системы этих дисков монтируются (mount), или, иными словами, «прикрепляются» к одному из каталогов файловой системы. После монтирования файловая система смонтированного диска становится продолжением общего дерева каталогов в системе. Для прикладных программ не важно, на каком конкретно диске и типе файловой системы находится тот или иной файл — всеми подробностями организации дисков занимается операционная система. Это позволяет скрыть особенности организации дисковой системы от пользователя, легко добавлять и удалять диски из системы, переносить части существующих файловых систем на новые диски без изменения путей к файлам, или, например, разместить часть каталогов файловой системы не на локальных, а на сетевых дисках.
При монтировании можно указывать дополнительные параметры, влияющие на поведение смонтированной файловой системы. В частности, файловые системы могут быть смонтированы в режиме «только для чтения» – в этом случае изменения на них файлов и каталогов будут невозможны. Такой режим монтирования широко используется в операционных системах мобильных устройств, где монтирование в режиме «только для чтения» файловых систем с системными файлами обеспечивает дополнительную защиту от нежелательной модификации служебных данных пользователями. При необходимости обновления системных файлов в этом случае программа-установщик изменяет параметры монтирования файловых систем, делая их доступными для записи, вносит в системные файлы нужные изменения, и возвращает файловые системы обратно в режим доступа только на чтение.
Общая структура каталогов *nix-систем относительно стандартна, современные системы стараются придерживаться рекомендациям FHS (Filesystem Hierarсhy Standard). Рассмотрим общую структуру каталогов *nix-систем на примере ALT Linux Branch 5.1. В корневом каталоге системы располагаются следующие каталоги верхнего уровня:
$ ls -1 /
bin
boot
dev
etc
home
lib
lib64
lost+found
media
mnt
opt
proc
root
sbin
srv
sys
tmp
usr
var
/bin/ — каталог с основными программами и утилитами. Расположенные в этом каталоге программы жизненно необходимы для функционирования операционной системы и её нормальной загрузки;
/boot/ — каталог с файлами ядра операционной системы;
/dev/ — каталог с файлами устройств. В старых *nix-системах в каталоге /dev/ размещались файлы устройств для практически всего поддерживаемого системами оборудования, и размер этого каталога был достаточно большим. В современных дистрибутивах Linux в каталог /dev/ монтируется файловая система udevfs, и в нём присутствуют только файлы реально подключенных и используемых в системе устройств;
/etc/ — каталог с файлами конфигурации системы и программ. Практически все настройки системы хранятся в текстовых файлах, которые можно легко просмотреть и изменить обычным текстовым редактором. Как правило, помимо самих настроек в файлах конфигурации размещаются комментарии и описания этих настроек. Обычно комментарии начинаются с символов # (октоторп) или ; (точка с запятой);
/etc/X11/ — каталог с конфигурацией X Window System,
version 11;
/etc/opt/ — каталог с конфигурацией программ из /opt/;
/home/ — каталог для домашних каталогов пользователей. Каждому пользователю системы выделяется т.н. домашний каталог — каталог, в котором хранятся личные файлы пользователя, персональные настройки программ и т.п. Например, если в системе есть пользователь student, то его домашний каталог будет находится в /home/student/ ;
/lib/ — основные библиотеки системы — т.е. библиотеки, использующиеся программами из каталогов /bin/ и /sbin/. В каталоге /lib/modules/ размещаются загружаемые модули ядра операционной системы;
/lib64/ — каталог для системных библиотек, с указанием архитектуры системы. В данном случае — это каталог для 64-битных библиотек 64-разрядных процессоров с архитектурой Intel. Такие каталоги не обязательны и в ряде систем могут отсутствовать;
/lost+found/ — каталоги с таким названием могут присутствовать в корне разделов файловых систем. В ходе проверок файловых систем на целостность после сбоев (например, после отключения питания работающей системы), в эти каталоги помещаются обнаруженные «потерянные» файлы. В нормально работающих системах должны быть пустыми; для некоторых файловых систем (Ext2, Ext3, Ext4) автоматически создаются при монтировании файловой системы, для других (XFS) — при необходимости при проверке файловой системы.
/media/ — содержит каталоги, в которые монтируются при подключении съёмные носители данных. Для использования какого-либо диска (включая оптические диски CD/DVD, дискеты, накопители USB Flash) его файловая система должна быть смонтирована в общее дерево. Это может делаться как вручную (в подкаталоги /mnt/), так и автоматически, при использовании соответствующих системных утилит. Эти утилиты, при подключении нового диска к системе, создают для него подкаталог в каталоге /media/ и монтируют в него файловую систему диска. Стоит обратить внимание на то, что вынуть съёмный диск из компьютера можно только после его размонтирования (отключения от общей файловой системы). Для ряда съёмных накопителей (например, дисков CD/DVD) система не позволит их извлечь без размонтирования их файловой системы. Размонтировать файловую систему можно только тогда, когда ни одна из работающих программ не обращается к съёмному диску. Если диск размонтировать не получается, надо найти и завершить такие программы. Если просто вынуть дискету или отключить USB Flash, то можно нарушить работу операционной системы и повредить файловую систему дискеты / накопителя USB Flash.
/mnt/ — содержит каталоги, в которые временно и вручную монтируются различные диски.
/opt/ — каталог для крупных и независимых программных пакетов. К таким пакетам обычно относятся коммерческие продукты, которые не могут использовать общесистемные настройки и библиотеки. Они размещаются в отдельных подкаталогах внутри каталога /opt/, со своими подкаталогами etc/, bin/, lib/, var/, sbin/ и т.п;
/proc/ — каталог, в который монтируется файловая система procfs. Содержит информацию о состоянии системы;
/root/ — домашний каталог суперпользователя. Поскольку каталоги пользователей системы могут быть размещены на отдельных дисках, домашний каталог суперпользователя отделён от них и размещается в корне файловой системы, на системном диске;
/sbin/ — содержит основные системные утилиты. В отличие от утилит из /bin/, эти утилиты не предназначены для использования обычными пользователями, но также жизненно необходимы для загрузки системы;
/srv/ — каталог, предназначенный для сервисов системы. Обычно никак не используется;
/sys/ — каталог, в который монтируется файловая система sysfs. Содержит информацию об оборудовании системы;
/tmp/ — содержит временные файлы. Может быть смонтирован как tmpfs, с удалением всего содержимого при перезагрузке машины. В каталоге /tmp/ может создавать файлы и подкаталоги любой пользователь системы;
/usr/ — предназначен для размещения прикладных программ и их статических данных. Подкаталоги внутри /usr/ образуют вторичную структуру каталогов, повторяющую структуру корневого каталога, и содержат:
/usr/bin/ — каталог для прикладных программ, доступных пользователям;
/usr/include/ — каталог для файлов заголовков C;
/usr/lib/ — каталог для библиотек, использующихся программами в /usr/bin/ и /usr/sbin/;
/usr/sbin/ — каталог с некритичными системными программами — например, с различными сетевыми серверами;
-
/usr/share/ — каталог с архитектурно-независимыми данными,
в т.ч.:
/usr/share/doc/ — каталог с документаций для пакетов программ;
/usr/share/man/ — каталог со страницами справочных руководств по программам;
/usr/share/info/ — каталог со справочными руководствами в формате info, предназначенных для просмотра одноимённой командой;
/usr/src/ — каталог с исходными текстами программ;
/usr/X11R6/ — структура каталогов третьего уровня для программ X Window System, Version 11, Release 6 — в т.ч. /usr/X11R6/bin/, /usr/X11R6/lib/, /usr/X11R6/man/, и т.д.;
/usr/local/ — структура каталогов третьего уровня для программ, устанавливаемых из исходных текстов. Содержит подкаталоги /usr/local/bin/, /usr/local/lib/, /usr/local/sbin/ и т.д.;
/var/ — предназначен для различных изменяемых при работе системы файлов. Внутри /var/ находятся:
/var/cache/ — файлы с кэшированными данными приложений, например, полученные из сети пакеты программ, отформатированные и готовые для показа пользователю страницы справочных руководств, и т.п.;
/var/lock/ — файлы блокировки, предназначенные для отслеживания использования ресурсов в системе;
/var/log/ — журналы (логи). В файлы в этом каталоге выводится информация от работающих в системе неинтерактивных программ;
-
/var/spool/ — каталог с данными, которые ожидают обработки, например:
/var/spool/mail/ — входящие почтовые ящики пользователей;
/var/spool/cups/ — очереди документов для печати системы CUPS (Common Unix Printing System);
/var/run/ — информация о запущенных и работающих неинтерактивных программах;
/var/tmp/ — различные временные файлы. В отличие от /tmp/, содержимое этого каталога должно сохраняться между перезагрузками системы.
|
