Операционная система Unix

Идеи, которые заложены в основу ОС UNIX, оказали огромное влияние на развитие ОС в целом. В настоящие дни ОС UNIX признана одной из самых исторически важных операционных систем.

ОС UNIX проектировалась в качестве инструментальной системы для разработки программного обеспечения (ПО). Так как при создании ОС UNIX использовался язык программирования высокого уровня С, то система и приложения, которые в ней выполняются, получились легко переносимыми.

При разработке ОС UNIX преследовались три основные цели:

• Первая цель: стремление сохранить простоту и обойтись минимальным количеством функций.

• Вторая цель: общность (использование одних и тех же методов и механизмов для многих случаев).

  Общность в UNIX-системах просматривается во многих аспектах, а именно:

  1. обращение к файлам, устройствам ввода/вывода и буферам межпроцессных сообщений выполняется с использованием одних и тех же примитивов;
  2. одни и те же механизмы именования, присвоения альтернативных имен и защиты от несанкционированного доступа применяются к файлам с данными, директориям, устройствам;
  3. одни и те же механизмы работают в отношении аппаратно и программно инициируемых прерываний.

• Третья цель: создание ОС, в которой большие задачи можно решать, посредством комбинирования существующих небольших программ, а не разрабатывая программы заново.

К основным функциям ОС UNIX относятся:

• обработка прерываний;
• создание и уничтожение различных процессов;
• синхронизация нескольких процессов;
• приостановка/активизация процесса;
• организация взаимодействия между разными процессами;
• диспетчеризация процессов;
• переключение процесса из одного состояния в другое;
• манипулирование блоками управления процессами;
• поддержка работы файловой системы;
• поддержка операций по распределению/перераспределению памяти;
• поддержка операций ввода/вывода;
• поддержка механизма вызова/возврата по обращению к процедурам.

Блок-схема ядра ОС UNIX представлена на рис.1.

Рисунок 1. Блок-схема ядра ОС UNIX

Ядро ОС содержит системные программы, выполняющие диспетчерские функции, и управляющие структурами данных, которые используются данными программами. Все работы, которые выполняются вне ядра, оформлены в виде процессов, которые работают режиме «Пользователь».

В структуре ОС можно выделить три основные части:

• самая низкоуровневая часть ОС – это специальные средства для управления конкретными программными и аппаратными ресурсами, которые специфичны для заданной конкретной платформы;
• более высокий уровень – это уровень конкретных служебных программ и языков программирования (ЯП). На данном уровне ОС получает ресурсы через обращение к ядру системы;
• уровень вспомогательных процедур, компиляторов, интерпретаторов. На данной основе строятся различные пользовательские приложения (графические интерфейсы, текстовые редакторы, приложения).

Управление процессами в ОС UNIX осуществляется с помощью следующих двух структур:

1. PROC-STRUCTRE (блок управления процессом).
2. USER-STRUCTRE (структура использования): содержит информацию о процессах, которая должна быть доступна только на уровне исполнения.

Блок PROC-STRUCTRE имеет следующие составляющие:

• размер и адрес процесса;
• состояние процесса;
• идентификация процесса;
• кому принадлежит процесс;
• поле сигналов;
• канал ожидания;
• таймер и счетчик используемого времени.

Блок USER-STRUCTRE имеет следующие составляющие:

• параметры ввода/вывода (I/O);
• таблица открытых файлов;
• код возврата и номера ошибок;
• окружение в файловой системе (текущий каталог, коренной каталог);
• поле сигналов (информация о том, как необходимо реагировать на тот или иной сигнал).

На рис. 2 представлена таблица связей между структурами.

Рисунок 2. Таблица связей между структурами

Особенности ОС UNIX, которые отличают данное семейство от других операционных систем:

• древовидная файловая система, которая чувствительна к регистру символов в имени файлов, слабые ограничения на длину имени и пути к файлам;
• отсутствие поддержки структурированных файлов ядром системы;
• командная строка располагается в адресном пространстве запускаемого процесса, а не извлекается системным вызовом из процесса интерпретатора команд;
• понятие «переменных окружения»;
• ввод/вывод только через дескрипторы файлов;
• широкое использование текстовых файлов для хранения настроек;
• слабая поддержка асинхронного ввода/вывода;
• интерпретатор команд – это приложение, которое общается с ядром обыкновенными системными вызовами;
• и др.

Среди основных причин популярности ОС UNIX выделяют следующие:

• код ОС написан на ЯП высокого уровня;
• многозадачная и многопользовательская система;
• наличие стандартов;
• простой, но в тоже время мощный модульный интерфейс пользователя;
• использование единой и легко обслуживаемой иерархической файловой системы;
• большое количество приложений, распространяемых свободно (текстовые редакторы и т.д.).