Свободные программы и системы в школе - Максим Отставнов

В последние годы ситуация опять изменилась: сегодня доступно множество дистрибутивов свободных ОС, позволяющих в большинстве случаев получить по крайне мере базовую стандартную функциональность «из коробки», и продается достаточное количество компьютеров «персонального» и «домашнего» класса с предустановленной ОС «ГНУ/Линукс». Поэтому новичок может совершенно спокойно освоить сначала основы пользования системой, а затем, при необходимости, ее администрирование.

Предлагаемый в настоящем разделе курс подпадает под определение второго из перечисленных жанров, а его отличительными особенностями являются:

компактность (в случае необходимости в жертву приносились «технические» аспекты в пользу «гуманитарных», т.е. сведениям, необходимым для понимания литературы и общения на заданную тему, отдавалось предпочтение перед сведениями, необходимыми для осуществления тех или иных действий),

ориентация на современную версию стандарта ОС (ИСО/МЭК 9945:2001), а не особенности той или иной ОС.

Существенной сложностью при изучении открытых систем остается неполнота переводов встроенной документации, поэтому приложены (раздел 1.10) справочные страницы обсуждаемых команд (полностью или в части, соответствующей учебному материалу).

Для воспроизведения примеров и другой практической работы потребуется доступ к терминалу открытой ОС. Идеальным вариантом является доступ к администрируемой и поддерживаемой в порядке системе. Если такой возможности нет, можно установить на имеющийся компьютер ОС «ГНУ/Линукс» или «БСД», руководствуясь документацией к дистрибутиву. Пользователи «Макинтошей» с установленной «МакОС X» могут получить доступ к терминалу ОС в соответствии с документацией последней.

Наименее проблемной будет установка из дистрибутива «Дебиан ГНУ/Линукс», особых сложностей также не должно быть с «АЛЬТ Линукс», «АСПЛинукс», «РедХэт Линукс», «Линукс-Мандрейк» или «ФриБСД». Любой из этих дистрибутивов позволяет осуществить установку на компьютеры самой популярной архитектуры IA-32 («IBM PC-совместимые»). Еще лучше, если у студента есть знакомый, администрирующий любую открытую ОС, который сможет помочь с установкой; тогда дистрибутив должен порекомендовать он.

При установке следует обратить внимание на правильные национальные установки (кириллица с кодовой таблицей «KOI8-R», клавиша переключения кодовых подстраниц) и на то, чтобы после загрузки не осуществлялся автоматический запуск графической оконной системы «Икс» («X Window System»). Последняя в нашем курсе вообще не нужна.

Для нормальной работы с оболочкой и утилитами должно хватить возможностей процессора Intel 386-DX66 или аналога, 16 МБ ОЗУ, 100 МБ дискового пространства, хотя некоторые из перечисленных дистрибутивов могут требовать расширенного набора команд «Пентиум» и содержать программу установки, более требовательную к ресурсам (особенно к ОЗУ).

Современные загрузчики позволяют осуществлять попеременную загрузку на одном компьютере более одной ОС (в том числе альтернативных), так что если тот же компьютер эксплуатируется и под «МС-ДОС» («Майкрософт Уиндоуз»), это не будет помехой (прочитайте внимательно разделы документации по установке и не забудьте осуществить резервное копирование данных перед переразбиением дисков на разделы, если таковое потребуется).

В крайнем случае можно запустить оболочку и команды под «Майкрософт Уиндоуз», пользуясь такими пакетами, как «Cygwin», «Unix Services for Windows» или «UWIN», что, впрочем, не рекомендуется.

1.1 Операционные системы

Существуют две группы определений операционных систем: «совокупность программ, управляющих оборудованием» и «совокупность программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который, однако, становится ясен только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны операционные системы.

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры содержатся сегодня во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом) и т.п. Зачастую такой компьютер постоянно исполняет лишь одну программу, запускающуюся по включении. И простые игровые приставки – также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры – могут обходиться без ОС, запуская по включении программу, записанную на вставленном в устройство «катридже» или компакт-диске.

(Многие встроенные компьютеры и даже некоторые игровые приставки на самом деле работают под управлением своих ОС. Мы не будем подробно останавливаться на этих классах вычислительных систем. Тем не менее, ответ на вопрос, почему это так, к концу этого раздела должен быть в общих чертах понятен).

Операционные системы, в свою очередь, нужны, если:

вычислительная система используется для различных задач, причем программы, исполняющие эти задачи, нуждаются в обмене данными. Из этого следует необходимость в универсальном механизме хранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС отвечает на нее реализацией файловой системы. Современные ОС, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;

различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране требуют исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция – тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, ОС предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);

между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от чужого взора, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;

необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере, осуществляемой с помощью приема, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, «нарезает» процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочередно различным исполняющимся программам (процессам);

наконец, оператор должен иметь возможность как или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды, одна из которых – оболочка и набор стандартных утилит – является частью ОС (прочие, такие, как графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы).

Таким образом, современные универсальные ОС можно охарактеризовать как 1) использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным), 2) многопользовательские (с разделением полномочий), 3) многозадачные (с разделением времени).

Многозадачность и распределение полномочий требуют определенной иерархии привилегий компонентов самой ОС. В составе ОС различают три группы компонентов:

ядро, содержащее планировщик, драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием, сетевую подсистему, файловую систему;

системные библиотеки и оболочку с утилитами.

Большинство программ, как системных (входящих в ОС), так и прикладных, исполняются в непривилегированном (пользовательском) режиме и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ядерным ресурсам, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что ОС (точнее, ее ядро) управляет оборудованием.

Текущая редакция стандарта на ОС содержит определения около тысячи системных вызовов (часть из которых должна реализоваться только в определенных классах систем; например, в системах «реального времени») и около двухсот команд оболочки и утилит ОС. Стандарт определяет лишь функции вызовов и команд, и не содержит указаний относительно способов их реализации.

Стандарт, кроме этого, определяет способ адресации файлов в системе, локализацию (установки, касающиеся национально-специфических моментов, таких, как язык сообщений или формат даты и времени), совместимый набор символов, синтаксис регулярных выражений, структуру каталогов в файловой системе, формат командной строки и некоторые другие аспекты поведения ОС.

В определении состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включается и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков). Операциональной замкнутостью обладают системы, удовлетворяющие «разработческому» профилю в терминах стандарта.