Чем Linux отличается от UNIX, и что такое UNIX-подобная ОС? OC UNIX, основные характеристики, файловая структура.

UNIX зародился в лаборатории Bell Labs фирмы AT&T более 20 лет назад.

UNIX – это многопользовательская, многозадачная ОС, включает в себя достаточно мощные средства защиты программ и файлов различных пользователей. Написана на языке С и является машинно-независимой, что обеспечивает ее высокую мобильность и легкую переносимость прикладных программ на ПК различной архитектуры. Важной особенностью ОС семейства UNIX является ее модульность и обширный набор сервисных программ, которые позволяют создать благоприятную операционную обстановку для пользователей-программистов.

Поддерживает иерархическую файловую структуру, виртуальную память, многооконный интерфейс, многопроцессорные системы, многопользовательскую систему управления базами данных, неоднородные вычислительные сети.

ОС UNIX имеет следующие основные характеристики:

Переносимость;

- вытесняющая многозадачность на основе процессов, работающих в изолированных адресных пространствах в виртуальной памяти;

Поддержка одновременной работы многих пользователей;

Поддержка асинхронных процессов;

Иерархическая файловая система;

Поддержка независимых от устройств операций ввода-вывода (через специальные файлы устройств);

Стандартный интерфейс для программ (программные каналы, IPC) и пользователей (командный интерпретатор, не входящий в ядро ОС);

Встроенные средства учета использования системы.

Архитектура ОС UNIX - многоуровневая. На нижнем уровне работает ядро операционной системы. Функции ядра (управление процессами, памятью, обработка прерываний и т.д.) доступны через интерфейс системных вызовов , образующих второй уровень. Системные вызовы обеспечивают программный интерфейс для доступа к процедурам ядра. На следующем уровне работают командные интерпретаторы , команды и утилиты системного администрирования, коммуникационные драйверы и протоколы , - все то, что обычно относят к системному программному обеспечению . Внешний уровень образуют прикладные программы пользователя, сетевые и другие коммуникационные службы, СУБД и утилиты.

Операционная система выполняет две основные задачи: манипулирование данными и их хранение. Большинство программ в основном манипулирует данными, но, в конечном счете, они где-нибудь хранятся. В системе UNIX таким местом хранения является файловая система . Более того, в UNIX все устройства , с которыми работает операционная система, также представлены в виде специальных файлов в файловой системе.

Логическая файловая система в ОС UNIX (или просто файловая система ) - это иерархически организованная структура всех каталогов и файлов в системе, начинающаяся с корневого каталога. Файловая система UNIX обеспечивает унифицированный интерфейс доступа к данным, расположенным на различных носителях, и к периферийным устройствам. Логическая файловая система может состоять из одной или нескольких физических файловых (под)систем , являющихся разделами физических носителей (дисков, CD-ROM или дискет).

Файловая система контролирует права доступа к файлам, выполняет операции создания и удаления файлов, а также выполняет запись/чтение данных файла. Файловая система обеспечивает перенаправление запросов, адресованных периферийным устройствам, соответствующим модулям подсистемы ввода-вывода.

Иерархическая структура файловой системы UNIX упрощает ориентацию в ней. Каждый каталог, начиная с корневого (/ ), в свою очередь, содержит файлы и подкаталоги .

В ОС UNIX нет теоретических ограничений на количество вложенных каталогов, но есть ограничения на максимальную длину имени файла, которое указывается в командах - 1024 символов.

В UNIX существует несколько типов файлов, различающихся по функциональному назначению:

Обычный файл - наиболее общий тип файлов, содержащий данные в некотором формате. Для операционной системы такие файлы представляют собой просто последовательность байтов. К этим файлам относятся текстовые файлы, двоичные данные и выполняемые программы.

Каталог- это файл, содержащий имена находящихся в нем файлов, а также указатели на дополнительную информацию, позволяющие операционной системе производить действия с этими файлами. С помощью каталогов формируется логическое дерево файловой системы.

Специальный файл устройства - Обеспечивает доступ к физическим устройствам. Доступ к устройствам осуществляется путем открытия, чтения и записи в специальный файл устройства.

FIFO - именованный канал. Этот файл используется для связи между процессами по принципу очереди.

Сокет- позволяют представить в виде файла сетевое соединение.

Каждый файл в ОС UNIX содержит набор прав доступа, по которому определяется, как пользователь взаимодействует с данным файлом.

Каждый жесткий диск состоит из одной или нескольких логических частей - разделов. Расположение и размер раздела определяется при форматировании диска. В ОС UNIX разделы выступают в качестве независимых устройств, доступ к которым осуществляется как к различным носителям данных. В разделе может располагаться только одна физическая файловая система .

Имеется много типов физических файловых систем, например FAT16 и NTFS, с разной структурой. Более того, имеется множество типов физических файловых систем UNIX (ufs , s5fs , ext2 , vxfs , jfs , ffs и т.д.).

UNIX - семейство переносимых, многозадачных и многопользовательских операционных систем .

Идеи, заложенные в основу UNIX, оказали огромное влияние на развитие компьютерных операционных систем. В настоящее время UNIX-системы признаны одними из самых исторически важных ОС.

Обзор

Первая система UNIX была разработана в подразделении Bell Labs компании AT&T . С тех пор было создано большое количество различных UNIX-систем. Юридически право называться «UNIX» имеют лишь те операционные системы, которые прошли сертификацию на соответствие стандарту Single UNIX Specification . Остальные же, хотя и используют сходные концепции и технологии, называются UNIX-подобными операционными системами (англ. UNIX-like ). Для краткости, в данной статье под UNIX-системами подразумеваются как истинные UNIX, так и UNIX-подобные ОС .

Особенности

Основное отличие UNIX-подобных систем от других операционных систем заключается в том, что это изначально многопользовательские многозадачные системы. То есть в один и тот же момент времени сразу множество людей может выполнять множество вычислительных задач (процессов). Даже популярную во всём мире систему Microsoft Windows нельзя назвать полноценной многопользовательской системой, так как кроме некоторых серверных версий, в один и тот же момент за одним компьютером с Windows может работать только один человек. В Unix может работать сразу много людей, при этом каждый из них может выполнять множество различных вычислительных процессов, которые будут использовать ресурсы именно этого компьютера.

Вторая колоссальная заслуга Unix в её мультиплатформенности. Ядро системы разработано таким образом, что его легко можно приспособить практически под любой микропроцессор.

UNIX имеет и другие характерные особенности:

использование простых текстовых файлов для настройки и управления системой;
широкое применение утилит, запускаемых из командной строки ;
взаимодействие с пользователем посредством виртуального устройства - терминала;
представление физических и виртуальных устройств и некоторых средств межпроцессового взаимодействия в виде файлов ;
использование конвейеров из нескольких программ, каждая из которых выполняет одну задачу.

Применение

В настоящее время UNIX-системы распространены в основном среди серверов , а также как встроенные системы для различного оборудования. Среди ОС для рабочих станций и домашнего применения UNIX и UNIX-подобные ОС занимают после Microsoft Windows второе (macOS), третье (GNU/Linux) и многие последующие места по популярности.

История

Предшественники

Первые версии UNIX были написаны на ассемблере и не имели встроенного компилятора с языком высокого уровня . Примерно в 1969 году Кен Томпсон при содействии Денниса Ритчи разработал и реализовал язык Би (B), представлявший собой упрощённый (для реализации на мини-компьютерах) вариант разработанного в языка BCPL . Би, как и BCPL, был интерпретируемым языком. В 1972 году была выпущена вторая редакция UNIX, переписанная на языке Би. В 1969-1973 гг. на основе Би был разработан компилируемый язык, получивший название Си (C).

Раскол

Важной причиной раскола UNIX стала реализация в 1980 году стека протоколов TCP/IP . До этого межмашинное взаимодействие в UNIX пребывало в зачаточном состоянии - наиболее существенным способом связи был UUCP (средство копирования файлов из одной UNIX-системы в другую, изначально работавшее по телефонным сетям с помощью модемов).

Было предложено два интерфейса программирования сетевых приложений: Berkley sockets (сокет Беркли) и интерфейс транспортного уровня TLI (англ. Transport Layer Interface ).

Интерфейс Berkley sockets был разработан в университете Беркли и использовал стек протоколов TCP/IP , разработанный там же. TLI был создан AT&T в соответствии с определением транспортного уровня модели OSI и впервые появился в системе System V версии 3. Хотя эта версия содержала TLI и потоки, первоначально в ней не было реализации TCP/IP или других сетевых протоколов, но подобные реализации предоставлялись сторонними фирмами.

Реализация TCP/IP официально и окончательно была включена в базовую поставку System V версии 4. Это, как и другие соображения (по большей части, рыночные), вызвало окончательное размежевание между двумя ветвями UNIX - BSD (университета Беркли) и System V (коммерческая версия от AT&T). Впоследствии, многие компании, лицензировав System V у AT&T, разработали собственные коммерческие разновидности UNIX, такие как AIX , CLIX, HP-UX , IRIX , Solaris .

Современные реализации UNIX, как правило, не являются системами V или BSD в чистом виде. Они реализуют возможности как System V, так и BSD.

Свободные UNIX-подобные операционные системы

В настоящий момент GNU/Linux и представители семейства BSD быстро отвоёвывают рынок у коммерческих UNIX-систем и одновременно проникают как на настольные компьютеры конечных пользователей, так и на мобильные и встраиваемые системы.

Проприетарные системы

После разделения компании AT&T, товарный знак UNIX и права на оригинальный исходный код неоднократно меняли владельцев, в частности, они длительное время принадлежали компании Novell .

Влияние UNIX на эволюцию операционных систем

UNIX-системы имеют большую историческую важность, поскольку благодаря им распространились некоторые популярные сегодня концепции и подходы в области ОС и программного обеспечения . Также, в ходе разработки UNIX-систем был создан язык Си .

Широко используемый в системном программировании язык Си , созданный изначально для разработки UNIX, превзошёл UNIX по популярности. Язык Си был первым «веротерпимым» языком, который не пытался навязать программисту тот или иной стиль программирования. Си был первым высокоуровневым языком, предоставляющим доступ ко всем возможностям процессора, таким как ссылки , таблицы , битовые сдвиги , инкременты и т. п. С другой стороны, свобода языка Си приводила к ошибкам переполнения буфера в таких функциях стандартной библиотеки Си, как gets и scanf. Результатом стали многие печально известные уязвимости, например, та, что эксплуатировалась в знаменитом черве Морриса .

Первые разработчики UNIX способствовали внедрению принципов модульного программирования и повторного использования в инженерную практику.

UNIX предоставлял возможность использования протоколов TCP/IP на сравнительно недорогих компьютерах, что привело к быстрому росту Интернета . Это, в свою очередь, способствовало быстрому обнаружению нескольких крупных уязвимостей в системе безопасности, архитектуре и системных утилитах UNIX.

Со временем ведущие разработчики UNIX разработали культурные нормы разработки программного обеспечения, которые стали столь же важны, как и сам UNIX. ( )

Одними из самых известных примеров UNIX-подобных ОС являются macOS , Solaris , BSD и NeXTSTEP .

Социальная роль в сообществе ИТ-профессионалов и историческая роль

Первоначальные UNIX работали на крупных многопользовательских компьютерах, к которым также предлагались и проприетарные ОС от производителя оборудования, такие как RSX-11 и её потомок VMS . Невзирая на то, что по ряду мнений [чьих? ] тогдашний UNIX имел недостатки по сравнению с данными ОС (например, отсутствие серьёзных движков баз данных), он был: а) дешевле, а иногда и бесплатен для академических учреждений б) был портируем с оборудования на оборудование, и разработан на портируемом языке Си, что «отвязывало» разработку программ от конкретной аппаратуры. Кроме того, «отвязанным» от аппаратуры и производителя оказался и опыт пользователя - человек, работавший с UNIX на VAX, легко работал с ней же и на 68xxx, и так далее.

Производители аппаратуры в то время часто прохладно относились к UNIX, считая её игрушечной, и предлагая свою проприетарную ОС для серьёзной работы - в первую очередь СУБД и основанных на них бизнес-приложений в коммерческих структурах. Известны комментарии по этому поводу от DEC по поводу её VMS . К этому прислушивались корпорации, но не академическая среда, которая имела все для себя необходимое в UNIX, зачастую не требовала официальной поддержки от производителя, справляясь своими силами, и ценила дешевизну и переносимость UNIX. Таким образом, UNIX была едва ли не первой переносимой на разную аппаратуру ОС.

Вторым резким взлётом UNIX было появление RISC -процессоров около 1989 года. Ещё до того существовали т. н. workstations - персональные однопользовательские компьютеры большой мощности, имеющие достаточный объём памяти, жесткого диска и достаточно развитую ОС (многозадачность, защита памяти) для работы с серьёзными приложениями, такими, как CADы. Среди производителей таких машин выделялась компания Sun Microsystems , сделавшая себе на них имя.

До появления RISC-процессоров в этих станциях обычно использовался процессор Motorola 680x0 , тот же, что и в компьютерах фирмы Apple (хотя и под более развитой операционной системой, чем у Apple). Около 1989 года на рынке появились коммерческие реализации процессоров RISC-архитектуры. Логичным решением ряда компаний (Sun и других) был перенос UNIX на эти архитектуры, что немедленно повлекло за собой и перенос всей экосистемы ПО для UNIX.

Проприетарные серьёзные ОС, такие как VMS, начали свой закат именно с этого момента (даже если и удалось перенести на RISC саму ОС, всё было намного сложнее с приложениями под неё, которые в этих экосистемах зачастую разрабатывались на ассемблере или же на проприетарных языках типа BLISS), и UNIX стал ОС для самых мощных компьютеров в мире.

Однако в это время экосистема начала переходить на GUI в лице Windows 3.0 . Огромные преимущества GUI, а также, например, унифицированная поддержка всех типов принтеров, были оценены и разработчиками, и пользователями. Это сильно подорвало позиции UNIX на рынке PC - реализации такие, как SCO и Interactive UNIX, не справлялись с поддержкой Windows-приложений. Что же касается GUI для UNIX, называемого X11 (были и иные реализации, много менее популярные), то он не мог полноценно работать на обычной пользовательской PC ввиду требований к памяти - для нормальной работы X11 требовалось 16 МБ, в то время как Windows 3.1 с достаточной производительностью исполняла и Word, и Excel одновременно в 8 МБ (это было стандартным размером памяти PC в то время). При высоких ценах на память это было лимитирующим фактором.

Успех Windows дал импульс внутреннему проекту Microsoft под названием Windows NT , которая была совместима с Windows по API, но при этом имела все те же архитектурные особенности серьёзной ОС, что и UNIX - многозадачность, полноценную защиту памяти, поддержку многопроцессорных машин, права доступа к файлам и директориям, системный журнал. Также Windows NT представила журнальную файловую систему NTFS , которая по возможностям на тот момент превышала все стандартно поставляемые с UNIX файловые системы - аналоги под UNIX были только отдельными коммерческими продуктами от Veritas и других.

Хотя Windows NT и не была популярна первоначально, из-за высоких требований к памяти (те же 16 МБ), она позволила Microsoft выйти на рынок решений для серверов , например, СУБД . Многие в то время не верили в возможность Microsoft, традиционно специализирующейся на настольном ПО, быть игроком на рынке ПО масштаба предприятия, где уже были свои громкие имена, такие как Oracle и Sun. К этому сомнению добавлялся тот факт, что СУБД Microsoft - SQL Server - начинался как упрощенная версия Sybase SQL Server, лицензированная у Sybase и на 99 % совместимая по всем аспектам работы с ним.

Во второй половине 1990-х годов Microsoft начал теснить UNIX и на рынке корпоративных серверов.

Совокупность вышеперечисленных факторов, а также обвал цен на 3D-видеоконтроллеры , ставшими из профессионального оборудования домашним, по сути убила само понятие workstation к началу 2000-х годов.

Кроме того, системы Microsoft проще в управлении, особенно в типовых сценариях использования.

Но в данный момент начался третий резкий взлёт UNIX.

Кроме того, Столлман и его товарищи, прекрасно понимая, что для успеха не завязанного на корпорации программного обеспечения необходимы не проприетарные средства разработки, разработал набор компиляторов для различных языков программирования (gcc), что вместе с разработанными ранее утилитами GNU (замена стандартных утилит UNIX) составило необходимый и достаточно мощный пакет программ для разработчика.

Серьёзным конкурентом Linux на тот момент была FreeBSD , однако «соборный» стиль управления разработкой в противовес «базарному» стилю Linux, а также куда большая техническая архаичность в таких вопросах, как поддержка многопроцессорных машин и форматы исполняемых файлов, сильно замедлила развитие FreeBSD по сравнению с Linux, сделав последний флагманом мира свободного ПО.

В дальнейшем Linux достигал всё новых и новых высот:

перенос серьёзных проприетарных продуктов, таких как Oracle ;
серьёзный интерес IBM к этой экосистеме как основе для своих вертикальных решений;
появление аналогов почти всех привычных программ из мира Windows;
отказ некоторых производителей оборудования от обязательной предустановки Windows;
выпуск нетбуков с одной лишь Linux;
использование в качестве ядра в Android .

На настоящий момент Linux является заслуженно популярной ОС для серверов, хотя и куда менее популярной на рабочих столах.

Некоторые архитектурные особенности ОС UNIX

Особенности UNIX, отличающие данное семейство от других ОС приведены ниже.

Файловая система древовидная, чувствительная к регистру символов в именах, очень слабые ограничения на длину имён и пути.
Нет поддержки структурированных файлов ядром ОС, на уровне системных вызовов файл есть поток байтов.
Командная строка находится в адресном пространстве запускаемого процесса, а не извлекается системным вызовом из процесса интерпретатора команд (как это происходит, например, в RSX-11).
Понятие «переменных окружения ».
Запуск процессов вызовом fork(), то есть возможность клонирования текущего процесса со всем состоянием.
Понятия stdin/stdout/stderr.
Ввод-вывод только через дескрипторы файлов .
Традиционно крайне слабая поддержка асинхронного ввода-вывода , по сравнению с VMS и Windows NT.
Интерпретатор команд есть обыкновенное приложение, общающееся с ядром обыкновенными системными вызовами (в RSX-11 и VMS интерпретатор команд выполнялся как специальное приложение, специальным образом размещённое в памяти, пользующееся специальными системными вызовами, поддерживались также системные вызовы, дающие возможность приложению обращаться к своему родительскому интерпретатору команд).
Команда командной строки есть не более чем имя файла программы, не требуется специальная регистрация и специальная разработка программ как команд (что являлось обычной практикой в RSX-11 , RT-11).
Не принят подход с программой, задающей пользователю вопросы о режимах своей работы, вместо этого используются параметры командной строки (в VMS , RSX-11 , RT-11 программы работали также с командной строкой, но при её отсутствии выдавали запрос на ввод параметров).
Пространство имён устройств на диске в каталоге /dev, поддающееся управлению администратором, в отличие от подхода Windows, где это пространство имен размещается в памяти ядра, и администрирование этого пространства (например, задание прав доступа) крайне затруднено из-за отсутствия его постоянного хранения на дисках (строится каждый раз при загрузке).
Широкое использование текстовых файлов для хранения настроек, в отличие от двоичной базы данных настроек, как, например, в Windows.
Широкое использование утилит обработки текста для выполнения повседневных задач под управлением скриптов.
«Раскрутка» ОС после загрузки ядра путём исполнения скриптов стандартным интерпретатором команд.
Широкое использование именованных каналов (pipe) .
Все процессы, кроме init , равны между собой, не бывает «специальных процессов».
Адресное пространство делится на глобальное для всех процессов ядро и на локальную для процесса части, нет «групповой» части адресного пространства, как в VMS и Windows NT, как и возможности загрузки туда кода и его исполнения там.
Использование двух уровней привилегий процессора вместо четырёх в VMS .
Отказ от использования оверлеев в пользу деления программы на несколько программ поменьше, общающихся через именованные каналы или временные файлы.
Отсутствие APC и аналогов, то есть произвольных (а не жёстко перечисленных в стандартном множестве) сигналов, не доставляемых до явного пожелания процесса их получить (Windows, VMS).
Концепция сигнала уникальна для UNIX, и крайне сложна в переносе на другие ОС, такие как Windows.

Стандарты

Большое количество разных вариантов системы UNIX привело к необходимости стандартизовать её средства, чтобы упростить переносимость приложений и избавить пользователя от необходимости изучать особенности каждой разновидности UNIX.

С этой целью ещё в 1980 году была создана пользовательская группа /usr/group. Первые стандарты были разработаны в 1984-1985 гг.

Одним из самых первых стандартов стала спецификация System V Interface Definition (SVID), выпущенная UNIX System Laboratories (USL) одновременно с UNIX System V Release 4. Этот документ, однако, не стал официальным.

Наряду с версиями UNIX System V существовало направление UNIX BSD . Для того, чтобы обеспечить совместимость System V и BSD , были созданы рабочие группы POSIX (P ortable O perating S ystem I nterface for UNIX ). Существует много стандартов POSIX, однако наиболее известным является стандарт POSIX 1003.1-1988, определяющий программный интерфейс приложений (API, Application Programming Interface). Он используется не только в UNIX, но и в других операционных системах. (

С языком высокого уровня . Примерно в 1969 году Кен Томпсон при содействии Денниса Ритчи разработал и реализовал язык Би (B), представлявший собой упрощённый (для реализации на мини-компьютерах) вариант разработанного в языка BCPL . Би, как и BCPL, был интерпретируемым языком. В 1972 году была выпущена вторая редакция Unix, переписанная на языке Би. В 1969-1973 гг. на основе Би был разработан компилируемый язык, получивший название Си (C).

Раскол

Важной причиной раскола Unix стала реализация в 1980 году стека протоколов TCP/IP . До этого межмашинное взаимодействие в Unix пребывало в зачаточном состоянии - наиболее существенным способом связи был UUCP (средство копирования файлов из одной Unix-системы в другую, изначально работавшее по телефонным сетям с помощью модемов).

Реализация TCP/IP официально и окончательно была включена в базовую поставку System V версии 4. Это, как и другие соображения (по большей части, рыночные), вызвало окончательное размежевание между двумя ветвями Unix - BSD (университета Беркли) и System V (коммерческая версия от AT&T). Впоследствии, многие компании, лицензировав System V у AT&T, разработали собственные коммерческие разновидности Unix, такие как AIX , CLIX, HP-UX , IRIX , Solaris .

Современные реализации Unix, как правило, не являются системами V или BSD в чистом виде. Они реализуют возможности как System V, так и BSD.

Свободные Unix-подобные операционные системы

В настоящий момент GNU/Linux и представители семейства BSD быстро отвоёвывают рынок у коммерческих Unix-систем и одновременно проникают как на настольные компьютеры конечных пользователей, так и на мобильные и встраиваемые системы.

Проприетарные системы

После разделения компании AT&T товарный знак Unix и права на оригинальный исходный код неоднократно меняли владельцев, в частности, они длительное время принадлежали компании Novell .

Влияние Unix на эволюцию операционных систем

Unix-системы имеют большую историческую важность, поскольку благодаря им распространились некоторые популярные сегодня концепции и подходы в области ОС и программного обеспечения . Также, в ходе разработки Unix-систем был создан язык Си .

Широко используемый в системном программировании язык Си , созданный изначально для разработки Unix, превзошёл Unix по популярности. Язык Си был первым «веротерпимым» языком, который не пытался навязать программисту тот или иной стиль программирования. Си был первым высокоуровневым языком, предоставляющим доступ ко всем возможностям процессора, таким как ссылки , таблицы , битовые сдвиги , инкременты и т. п. С другой стороны, свобода языка Си приводила к ошибкам переполнения буфера в таких функциях стандартной библиотеки Си, как gets и scanf. Результатом стали многие печально известные уязвимости, например, та, что эксплуатировалась в знаменитом черве Морриса .

Первые разработчики Unix способствовали внедрению принципов модульного программирования и повторного использования в инженерную практику.

Unix предоставлял возможность использования протоколов TCP/IP на сравнительно недорогих компьютерах, что привело к быстрому росту Интернета . Это, в свою очередь, способствовало быстрому обнаружению нескольких крупных уязвимостей в системе безопасности, архитектуре и системных утилитах Unix.

Со временем ведущие разработчики Unix разработали культурные нормы разработки программного обеспечения, которые стали столь же важны, как и сам Unix. ( )

Одними из самых известных примеров Unix-подобных ОС являются macOS , чьих? ] тогдашний Unix имел недостатки по сравнению с данными ОС (например, отсутствие серьёзных движков баз данных), он был: а) дешевле, а иногда и бесплатен для академических учреждений; б) был портируем с оборудования на оборудование и разработан на портируемом языке Си, что «отвязывало» разработку программ от конкретной аппаратуры. Кроме того, «отвязанным» от аппаратуры и производителя оказался и опыт пользователя - человек, работавший с Unix на VAX, легко работал с ней же и на 68xxx, и так далее.

Производители аппаратуры в то время часто прохладно относились к Unix, считая её игрушечной, и предлагая свою проприетарную ОС для серьёзной работы - в первую очередь СУБД и основанных на них бизнес-приложений в коммерческих структурах. Известны комментарии по этому поводу от DEC по поводу её VMS . К этому прислушивались корпорации, но не академическая среда, которая имела всё для себя необходимое в Unix, зачастую не требовала официальной поддержки от производителя, справляясь своими силами, и ценила дешевизну и переносимость Unix. Таким образом, Unix была едва ли не первой переносимой на разную аппаратуру ОС.

Вторым резким взлётом Unix было появление RISC -процессоров около 1989 года. Ещё до того существовали т. н. workstations - персональные однопользовательские компьютеры большой мощности, имеющие достаточный объём памяти, жёсткого диска и достаточно развитую ОС (многозадачность, защита памяти) для работы с серьёзными приложениями, такими как CADы. Среди производителей таких машин выделялась компания Sun Microsystems , сделавшая себе на них имя.

До появления RISC-процессоров в этих станциях обычно использовался процессор Motorola 680x0 , тот же, что и в компьютерах фирмы Apple (хотя и под более развитой операционной системой, чем у Apple). Около 1989 года на рынке появились коммерческие реализации процессоров RISC-архитектуры. Логичным решением ряда компаний (Sun и других) был перенос Unix на эти архитектуры, что немедленно повлекло за собой и перенос всей экосистемы ПО для Unix.

Проприетарные серьёзные ОС, такие как VMS, начали свой закат именно с этого момента (даже если и удалось перенести на RISC саму ОС, всё было намного сложнее с приложениями под неё, которые в этих экосистемах зачастую разрабатывались на ассемблере или же на проприетарных языках типа BLISS), и Unix стал ОС для самых мощных компьютеров в мире.

Однако в это время экосистема начала переходить на GUI в лице Windows 3.0 . Огромные преимущества GUI, а также, например, унифицированная поддержка всех типов принтеров, были оценены и разработчиками, и пользователями. Это сильно подорвало позиции Unix на рынке PC - такие реализации, как SCO и Interactive UNIX, не справлялись с поддержкой Windows-приложений. Что же касается GUI для Unix, называемого X11 (были и иные реализации, много менее популярные), то он не мог полноценно работать на обычной пользовательской PC ввиду требований к памяти - для нормальной работы X11 требовалось 16 МБ, в то время как Windows 3.1 с достаточной производительностью исполняла и Word, и Excel одновременно в 8 МБ (это было стандартным размером памяти PC в то время). При высоких ценах на память это было лимитирующим фактором.

Успех Windows дал импульс внутреннему проекту Microsoft под названием Windows NT , которая была совместима с Windows по API, но при этом имела всё те же архитектурные особенности серьёзной ОС, что и Unix - многозадачность, полноценную защиту памяти, поддержку многопроцессорных машин, права доступа к файлам и каталогам, системный журнал. Также Windows NT представила журнальную файловую систему NTFS , которая по возможностям на тот момент превышала все стандартно поставляемые с Unix файловые системы - аналоги под Unix были только отдельными коммерческими продуктами от Veritas и других.

Хотя Windows NT и не была популярна первоначально, из-за высоких требований к памяти (те же 16 МБ), она позволила Microsoft выйти на рынок решений для серверов , например, СУБД . Многие в то время не верили в возможность Microsoft, традиционно специализирующейся на настольном ПО, быть игроком на рынке ПО масштаба предприятия, где уже были свои громкие имена, такие как Oracle и Sun. К этому сомнению добавлялся тот факт, что СУБД Microsoft - SQL Server - начинался как упрощённая версия Sybase SQL Server, лицензированная у Sybase и на 99 % совместимая по всем аспектам работы с ним.

Во второй половине 1990-х годов Microsoft начал теснить Unix и на рынке корпоративных серверов.

Кроме того, системы Microsoft проще в управлении, особенно в типовых сценариях использования.

Но в данный момент начался третий резкий взлёт Unix.

В дальнейшем Linux достигал всё новых и новых высот:

перенос серьёзных проприетарных продуктов, таких как Oracle ;
серьёзный интерес IBM к этой экосистеме как основе для своих вертикальных решений;
появление аналогов почти всех привычных программ из мира Windows;
отказ некоторых производителей оборудования от обязательной предустановки Windows;
выпуск нетбуков с одной лишь Linux;
использование в качестве ядра в Android .

Эта система прошла испытание временем и выжила.

Применительно к этой системе была разработана система стандартов:

POSIX 1003.1-1988, 1990 - описаны системные вызовы ОС UNIX (точки входа в систему)

(Application Programming Interface - API)

POSIX 1003.2-1992 - определяет командный интерпретатор и набор утилит ОС UNIX

POSIX 1003.1b-1993 - дополнения, относящиеся к приложениям реального времени

X/OPEN - группа, координирующая разработку стандартов под ОС UNIX

Отличительные черты ос unix

Система написана на языке высокого уровня (Си), что делает её доступной к пониманию, изменению и переносу на другие аппаратные платформы. UNIX является одной из наиболее открытых систем.

UNIX - многозадачная, многопользовательская система с широким спектром услуг. Один сервер может обслуживать запросы большого количества пользователей. При этом необходимо администрирование только одной пользовательской системы.

Наличие стандартов. Несмотря на многообразие версий, основой всего семейства UNIX является принципиально одинаковая архитектура и ряд стандартных интерфейсов, что упрощает переход пользователей с одной системы на другую.

Простой, но мощный модульный пользовательский интерфейс. Имеется определенный набор утилит, каждая из которых решает узкоспециализированную задачу, и из них можно сконструировать сложные программные обрабатывающие комплексы.

Использование единой иерархической легкообслуживаемой файловой системы, которая обеспечивает доступ к данным, хранящимся в файлах на диске, и к устройствам вычислительной машины через унифицированный интерфейс файловой системы.

Достаточно большое количество приложений, в том числе свободно распространяемых.

Основы архитектуры операционной системы unix Модель системы unix.

Структура ядра ос unix.

UNIX представляет собой двухуровневую модель системы: ядро и приложения.

Ядро непосредственно взаимодействует с аппаратной частью компьютера, изолируя прикладные программы от аппаратных особенностей вычислительной системы.

Ядро имеет набор услуг, предоставляемых прикладным программам. К ним относятся операции ввода/вывода, порождение и управление процессами, взаимодействие между процессами, сигналами и т.п.

Все приложения запрашивают услуги ядра посредством системы вызовов.

Второй уровень составляют приложения или задачи как системные, определяющие общую функциональность системы, так и прикладные, обеспечивающие пользовательский интерфейс UNIX. Схема взаимодействия всех приложений с ядром одинакова.

Ядро обеспечивает базовую функциональность операционной системы, создает процессы и управляет ими, распределяет память и обеспечивает доступ к файлам и периферийным устройствам. Взаимодействие прикладных задач с ядром происходит посредством стандартного интерфейса системных вызовов. Интерфейс системных вызовов представляет собой набор услуг ядра и определяет формат запроса на услуги.

Процесс запрашивает услугу определенной процедуры через стандартизированный системный вызов, внешне похожий на обычный вызов библиотечной функции языка Си. Ядро от имени процесса обрабатывает запрос и возвращает процессу необходимые данные.

Ядро состоит из основных трех подсистем:

1) файловая подсистема;

2) подсистема ввода-вывода;

3) подсистема управления процессами и памятью.

Файловая подсистема обеспечивает унифицированный интерфейс доступа к данным, расположенным на дисковых накопителях, и к периферийным устройствам. Одни и те же функции записи/чтения могут использоваться при работе с файлами на дисках и при вводе-выводе данных на терминал, принтер и другие внешние устройства.

Файловая подсистема контролирует права доступа к файлу, выполняет операции размещения и удаления файлов, запись и чтение данных.

Так как большинство прикладных функций использует в своей работе интерфейс файловой системы, права доступа к файлу во многом определяют привилегии доступа пользователя к системе. Таким образом, формируются привилегии отдельных пользователей.

С каждым файлом связаны 3 категории пользователей:

Владелец;

Группа-владелец;

Остальные пользователи.

Файловая подсистема обеспечивает перенаправление запросов, адресованных периферийным устройствам, соответствующим модулям подсистем ввода/вывода.

Подсистема ввода/вывода обрабатывает запросы файловой подсистемы и подсистемы управления процессами для доступа к периферийным устройствам, обеспечивает необходимую буферизацию данных и взаимодействие с драйверами устройств.

Драйверы – это специальные модули ядра, непосредственно обслуживающие внешние устройства.

Подсистема управления процессами и памятью контролирует создание и удаление процессов, распределение системных ресурсов, памяти и процессора между процессами, синхронизацию процессов, межпроцессорное взаимодействие.

Распределяет системные ресурсы специальная задача ядра, называемая планировщиком процессов. Планировщик запускает системные процессы и следит за тем, чтобы процесс не захватил разделяемые системные ресурсы.

Модуль управления памятью обеспечивает размещение оперативной памяти для прикладных задач, в том числе и виртуальной. Это значит, что он предоставляет возможность размещать часть процесса во вторичной памяти (т.е. на жестком диске) и перемещать её в оперативную память по мере необходимости.

Процесс освобождает процессор перед длительной операцией ввода/вывода или по прекращению кванта времени. В этом случае планировщик выбирает следующий процесс с наивысшим приоритетом и запускает его на выполнение.

Модуль межпроцессорного взаимодействия отвечает за уведомление процессов о событиях с помощью сигналов и обеспечивает возможность передачи данных между различными процессами.

Краткие сведения о развитии ОС UNIX

ОС UNIX появилась в конце 60-х годов, как операционная система для мини-ЭВМ PDP-7. Активное участие в разработке приняли Кеннет Томсон и Деннис Ритчи.

Особенностями ОС UNIX стали: многопользовательский режим, новая архитектура файловой системы и др.

В 1973 году большая часть ядра ОС была переписана на новом языке C.

С 1974 года ОС UNIX распространяется в университетах США в исходных кодах.

Версии UNIX

С самого начала распространения UNIX в американских университетах начали появляться различные версии ОС.

Для упорядочивания фирма AT&T в 1982 объединила несколько версий в одну назвала вариант ОС – System III. В 1983 году была выпущена коммерческая версия – System V. В 1993 году AT&T продала свои права на UNIX фирме Novell, которая далее консорциуму X/Open и Santa Cruz Operation (SCO).

Другая линия ОС UNIX – BSD разрабатывается в Калифорнийском университете (Беркли). Существуют бесплатные версии FreeBSD, OpenBSD.

К семейству OSF/1 – Open Software Foundation – относятся ОС консорциума IBM, DEC и Hewlett Packard. К числу ОС данного семейства относятся – HP-UX, AIX, Digital UNIX.

Бесплатные версии ОС семейства UNIX

Существует большое количество бесплатных версий UNIX.

FreeBSD, NetBSD, OpenBSD – варианты, разрабатываемые на основе ОС BSD.

Наиболее популярное семейство бесплатных UNIX-систем – это системы семейства Linux . Первый вариант Linux был разработан Линусом Торвальдсом в 1991 г. В настоящее время существует несколько вариантов Linux: Red Hat, Mandrake, Slackware, SuSE, Debian.

Общие черты UNIX-систем

Различные варианты UNIX обладают рядом общих черт:

Мультипрограммная обработка в режиме разделения времени, основанная на вытесняющей многозадачности;

Поддержка многопользовательского режима;

Использование механизмов виртуальной памяти и свопинга;

Иерархическая файловая система;

Унификация операций ввода/вывода на основе расширенного использования понятия файл;

Переносимость системы;

Наличие сетевых средств взаимодействия.

Достоинства UNIX-систем

К числу достоинств ОС семейства UNIX относят:

Переносимость;

Эффективная реализация многозадачности;

Открытость;

Наличие и строгое соблюдение стандартов;

Единая файловая система;

Мощный командный язык;

Наличие значительного числа программных продуктов;

Реализация стека протокола TCP/IP;

Возможность работы в роли сервера или рабочей станции.

Серверы на основе UNIX

Сервер – компьютер, обрабатывающий запросы других компьютеров в сети и предоставляющий собственные ресурсы для хранения, обработки и передачи данных. Сервер под управлением UNIX может выполнять следующие роли:

Файловый сервер;

Web-сервер;

Почтовый сервер;

Сервер дистанционной регистрации (аутентификации);

Вспомогательные серверы Web-служб (DNS, DHCP);

Сервер доступа к сетям Интернет

Управление компьютером под управлением UNIX

При работе с UNIX-системой в режиме сервера, как правило, используется режим удаленного доступа с помощью некоторой терминальной программы.

Сеанс работы начинается с ввода регистрационного имени и пароля доступа

Часто для решения задач управления сервером ограничиваются командным режимом работы. В этом случае, для управления используется ввод специальных команд в командную строку в специальном формате. Командная строка имеет специальное приглашение, например:

Общий вид команды:

-bash-2.05b$ команда [опции] [параметры]

Например, вызов справки по ОС имеет вид:

-bash-2.05b$ man [ключи] [тема]
Для вызова справки по использованию команды man введите
-bash-2.05b$ man man

Интерпретация командной строки

При вводе команд используются следующие соглашения:

Первое слово в командной строке является именем команды;

Остальные слова – аргументы.

Среди аргументов выделяются ключи (опции) – предопределенные для каждой команды слова (символы), начинающиеся с одной (краткий формат) или пары дефисов (длинный формат). Например:

Bash-2.05b$ tar –c –f arch.tar *.c

Bash-2.05b$ tar - -create - -file=arch.tar *.c

При задании опций они могут объединятся. Например следующие команды равноправны:

Bash-2.05b$ ls –a –l

Bash-2.05b$ ls –l –a

Bash-2.05b$ ls –al

Другие аргументы указывают на объекты, над которыми выполняются операции.

Переменные оболочки

При работе в системе существует способ передачи параметров в программы, кроме использования ключей командной оболочки, – использование переменных окружения. Для задания переменной окружения используется команда set. Формат команды:

Bash-2.05b$ set имя_переменной=значение

Удаление переменной окружения выполняется командой unset.

Для обращения к значению переменной используется обозначение $имя_переменной, например команда:

Bash-2.05b$ echo $PATH

Выведет значение переменной PATH.

Чем Linux отличается от UNIX, и что такое UNIX-подобная ОС? OC UNIX, основные характеристики, файловая структура.