Операционная система Linux

Linux - это современная UNIX -подобная операционная система для персональ­ных компьютеров и рабочих станций, удовлетворяющая стандарту POSIX. Как известно, Linux — это свободно распространяемая версия UNIX -систем. Все компоненты системы, включая исходные тексты, распространяются с лицензией на свободное копирование и установку для неограниченного числа пользователей.

Изначально система Linux создавалась как «самодельная» UNIX -подобная реали­зация для машин типа IBM PC с процессором i80386. Однако вскоре Linux стала настолько популярна и ее поддержало такое большое число компаний, что в насто­ящее время имеются реализации этой операционной системы практически для всех типов процессоров и компьютеров на их основе. На базе Linux создаются и встро­енные системы, и суперкомпьютеры. Система поддерживает кластеризацию и боль­шинство современных интерфейсов и технологий.

Большинство свойств Linux присущи другим реализациям UNIX, кроме того, име­ются некоторые уникальные свойства. Этот раздел представляет собой лишь краткий обзор этих свойств.

Linux - это полноценная многозадачная многопользовательская операционная система (точно так же, как и все другие версии UNIX). Это означает, что одновременно много пользователей могут работать на одной машине, параллельно выполняя множество программ. Поскольку при работе за персональным компьютером фактически никто не подключает к нему дополнительные терминалы (хотя это в принципе возможно), пользователь просто имитирует работу за несколькими терминалами. В этом смысле можно говорить о виртуальных терминалах. По умолчанию пользователь регистрируется на первом терминале. При этом он получает примерно следующее сообщение:

Mandrake Linux release 9.0 (dolphin) for i586

Kernel 2.4.16-16mdk on an i686 /ttyl

vienna login: ^:

Здесь во второй строке слово ttyl означает, что пользователь сейчас взаимодействует с системой через первый виртуальный терминал. Собственно работа на нем возможна только после аутентификации — ввода своих учетного имени и пароля. При желании открыть второй или последующий сеанс работы на соответствующем терминале, пользователь должен нажать комбинацию клавиш Alt+Fi, где i обозначает номер функциональной клавиши и одновременно номер соответствующего виртуального терминала. Всего Linux поддерживает до семи терминалов причем седьмой терминал связан с графическим режимом работы и использованием одного из оконных менеджеров. Однако если пользователь работает в графическом режиме, то для перехода в один из алфавитно-цифровых терминалов следует воспользоваться комбинацией клавиш CtrL+Alt+Fi. В каждом сеансе пользователь может запускать свои задачи.

Система Linux достаточно хорошо совместима с рядом стандартов для UNIX (на сколько можно говорить о стандартизации UNIX) на уровне исходных текстов, включая IEEE POSIX.I, System V и BSD. Кроме того, все исходные тексты для Linux, включая ядро, драйверы устройств, библиотеки, пользовательские программы и инструментальные средства распространяются свободно. Другие специфические внутренние черты Linux включают контроль работ по стандарту POSIX (используемый оболочками, такими как csh и bash), псевдотерминалы (pty), поддержку национальных и стандартных раскладок клавиатур динамически загружаемыми драйверами клавиатур. Linux поддерживает различные типы файловых систем для хранения данных. Некоторые файловые системы, такие как EXT2FS, были созданы специально для Linux. Поддерживаются также другие типы файловых систем, например Minix-1 и Xenix. Кроме того, реализована система управления файлами на основе FAT, позволяющая непосредственно обращаться к файлам, находящимся в разделах с 31 файловой системой. Поддерживается также файловая система ISO 9660 CD-RC для работы с дисками CD-ROM. Имеются системы управления файлами и на томах с HPFS и NTFS, правда, они работают только на чтение файлов. Созданы варианты системы управления файлами и для доступа к FAT 32; эта файловая система в операционной системе Linux называется VFAT.

Linux, как и все UNIX -системы, поддерживает полный набор протоколов стека TCP/IP для сетевой работы. Программное обеспечение для работы в Интернет/интранет включает драйверы устройств для многих популярных сетевых адапте­ров технологии Ethernet, протоколы SLIP (Serial Line Internet Protocol), PLIP (Parallel Line Internet Protocol), PPP (Point-to-Point Protocol), NFS (Network File System) и пр. Поддерживается весь спектр клиентов и услуг TCP/IP, таких как FTP, telnet. NNTP и SMTP

Ядро Linux сразу было создано с учетом возможностей защищенного режима 32-разрядных процессоров 80386 и 80486 фирмы Intel. В частности, в Linux использу­ется парадигма описания памяти в защищенном режиме и другие новые свойства процессоров с архитектурой ia 32. Для защиты пользовательских программ друг от друга и операционной системы от них Linux работает исключительно в защищен­ном режиме, реализованном в процессорах фирмы Intel. В защищенном режиме только программный код, исполняющийся в нулевом кольце защиты, имеет не­посредственный доступ к аппаратным ресурсам компьютера - памяти и устрой­ствам ввода-вывода. Пользовательские и системные обрабатывающие программы работают в третьем кольце защиты. Они обращаются к аппаратным ресурсам ком­пьютера исключительно через системные подпрограммы, функционирующие в нулевом кольце защиты. Таким образом, пользовательским программам предо­ставляются только те услуги, которые реализованы разработчиками операцион­ной системы. При этом системные подпрограммы обеспечивают выполнение только тех функций, которые безопасны с точки зрения операционной системы. Как и в классических UNIX -системах, Linux имеет макроядро, которое содержит уже известные нам три подсистемы. Ядро обеспечивает выделение каждому про­цессу отдельного адресного пространства, так что процесс не имеет возможности непосредственного доступа к данным других процессов и ядра операционной, сис­темы. Тем более что сегмент кода, сегмент данных и стек ядра располагаются в нулевом кольце защиты. Для обращения к физическим устройствам компьютера ядро вызывает соответствующие драйверы, управляющие аппаратурой компьюте­ра. Поскольку драйверы функционируют в составе ядра, их код будет выполнять­ся в нулевом (привилегированном) кольце защиты, и они могут получить прямой доступ к аппаратным ресурсам компьютера.

В отличие от старых версий UNIX, в которых задачи выгружались во внешнюю память на магнитных дисках целиком, ядро Linux использует аппаратную поддерж­ку процессорами страничного механизма организации виртуальной памяти. Поэто­му в Linux замещаются отдельные страницы. То есть с диска в память загружаются те виртуальные страницы образа, которые сейчас реально требуются, а неиспользу­емые страницы выгружаются на диск в файл подкачки. Возможно разделение стра­ниц кода, то есть использование одной страницы, физически уже один раз загру­женной в память, несколькими процессами. Другими словами, реентерабельность кода, присущая всем UNIX -системам, осталась. В настоящее время имеются ядра для этой системы, оптимизированные для работы с процессорами Intel и AMD последнего поколения, хотя основные архитектурные особенности защищенного режима работы изменились мало. Уже разработаны ядра для работы с 64-разряд­ными процессорами от Intel и AMD.

Ядро также поддерживает универсальный пул памяти для пользовательских про­грамм и дискового кэша. При этом для кэширования может использоваться вся свободная память, и наоборот, требуемый объем памяти, отводимой для кэширо­вания файлов, уменьшается при работе больших программ. Этот механизм, назы­ваемый агрессивным кэшированием, позволяет более эффективно расходовать имеющуюся память и увеличить производительность системы.