Архитектура Linux. Детальное описание анатомии Линукса от и до
Архитектура Linux берет свое начало еще в далеком 1969 -м году. Именно в то время команда разработчиков-энтузиастов начала работу над грандиозным проектом создания обобщенной операционной системы для различных видов компьютеров, дав ей название «Unix».
Краткая история возникновения Linux — систем
Как мы знаем, Linux — это часть сообщества unix-подобных операционных систем, которые функционируют на ядре Линукс. Это ядро в 1991-м году разработал финно-американский студент-разработчик Линус Торвальдс. На такую разработку его вдохновило прочтение книги о проектировании ОС Unix , и он решил продолжить эту идею. В 91-м году выходят 2 прототипа экспериментальных Линукс-систем, которые были, мягко говоря, не работоспособными. Потом в течение 2-х лет велась упорная работа над разработкой рабочей версии ОС Linux. И вот в 1994-м году увидела свет первая стабильная и работоспособная версия операционной системы Линукс. Внутри себя она содержала ядро Linux и небольшое количество программного обеспечения для поддержки работоспособност и системы, которое разработала та же команда разработчиков, которая создала и само ядро. Это был довольно скудный набор инструментов, но зато был дан старт эпохе Linux — систем. Еще один момент — эта «первая» операционная система тогда называлась «Freax», а имя «Linux» она приобрела несколько позже.
Уже с тех времен главным принципом этой ОС была поддержка открытого исходного кода. Именно это позволило развиваться Линукс-системам и дорасти до того, что сегодня имеем мы.
Это сейчас мы в слово «Linux» вкладываем полноценную операционную систему, которую можно инсталлировать и сразу пользоваться, но по сути «Linux» — это просто ядро. А все остальное его программное обеспечение — это труд многих «свободных» программистов, которые трудились над разработкой ядра и создавали для него свое ПО. И то , что мы сейчас понимаем под «операционной системой Линукс», — это симбиоз ядра Linux и стороннего программного обеспечения.
Любая операционная система, которая использует ядро Линукс, будет именоваться «дистрибутивом Линукс а ». И это будет полноценная ОС, как Windows или MacOS. Но дистрибутивы Линукса от других ОС отличает важная особенность — открытый исходный код. А это означает, что фактически любой пользователь способен внести туда собственные корректировки и разработать индивидуальную операционную систему или отредактировать старую под собственные нужды. При этом нужно заметить, что дистрибутивы « пингвина » бывают и платными — это когда их разработчики «закрывают» собственные наработки от стороннего вмешательства.
Даже те, кто не знаком с Линукс — системами, знают, что талисманом ядра Linux является пингвин. У него даже есть имя — Tux. Он стал талисманом еще в 1996-м году и был предложен самим создателем ядра — Линусом Торвальдсом.
Архитектура Linux
- «Железо». Это аппаратные характеристики устройства, на котором используется Линукс: архитектура системы, вид е окарта, аудиокарта, процессор, ядра и т. д.
- «Ядро Linux». Это основной компонент Линукс-систем. По сути это «мостик», который связывает низкоуровневое «железо» и высокоуровневые компоненты операционной системы.
- «Оболочка». Это пользовательский интерфейс, который налаживает согласованность между пользователем и ядром операционной системы. Это тоже «мостик», но только более «продвинутый», так как создан для человека, чтобы он мог влиять на работу Линукс-системы.
- «Утилиты». Это программное обеспечение, которое дает возможность пользователю системы использовать ее потенциальные возможности.
- является посредником между всеми компонентами «железа» и налаживает их взаимодействие с пользователем системы;
- распределяет ресурсы системы между работающими программами и всеми запущенными процессами;
- всегда первым загружается в систему и постоянно находится в рабочем состоянии.
Заключение
- персональных компьютерах;
- суперкомпьютерах;
- смартфонах;
- серверах;
- других системах и устройствах.
Мы будем очень благодарны
если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.
Архитектура ОС GNU/Linux
В этой статье вы прочитаете про архитектура ОС Linux, думаю будет очень интересно и полезно.
Также посмотрите статью «Лучшие книги для изучения Linux», там вы найдёте ещё книги для изучения Linux.
Архитектура ОС GNU/Linux:
Для того что бы понять GNU/Linux нужно разобраться с его архитектурой для этого вспомним что же такое операционная система (сокращенно ОС). ОС – это системная программа, которая выступает в качестве посредника между пользователем и аппаратурой компьютера. ОС – это системная программа, которая выступает в качестве посредника между прикладными программами и аппаратурой компьютера.
Для простоты условно разделим архитектуру на 3 части: двух уровневая (простая), структурная (схематическая, с основными компонентами системы) и полная схема ядра (объединение всех частей ядра в единую схему). Постепенно разберемся с каждой из них и будем углублять знания о GNU/Linux. И в конце сравним архитектуры Windows и Linux.
- Двухуровневая архитектура;
- Структурная архитектура;
- Сравнение Windows и GNU/Linux;
- Полная схема ядра Linux;
Двух уровневая архитектура:
Архитектура любой ОС может быть разделена структурно на 2 части это ядро (Kernel) и программы (Applications). Applications+Kernel это ОС. Ядро (Kernel) – это центр ОС.
Оно обеспечивает доступ программы к оборудованию компьютера, такого как оперативная память, процессорное время, жесткие диски, видеокарта и т.д.
Программы (Applications) – это разные утилиты, сервисы, прикладные программы и т.д. Из 2-х уровневой архитектуры, можно сделать вывод: ничего особенного.
Схематически так можно изобразить любую операционную систему. Windows, Dos, Unix, MAC ОС и другие. Попробуем разобраться детальней.
Программное обеспечение в GNU/Linux взято из проекта Ричарда Столлмэна GNU — то самое свободное программное обеспечение (open source). Ядро, которое использует GNU/Linux, то самое ядро Linux, написанное Линусом Торвальдсом.
Ядро любой ОС можно классифицировать как: монолитное ядро, модульное ядро, микроядро, экзо-ядро, нано-ядро, гибридное ядро. В ОС GNU/Linux используется монолитное ядро.
Монолитное ядро – изображено на рисунке и состоит из ядра (kernel) и модулей (modules). Части ядра – называют модулями.
При этом модуль ядра — это часть ядра, то есть модуль не является полноценной, независимой программой, а является частью одной большой программы, которая называется ядро ОС.
Все модули используют единое адресное пространство оперативной памяти, одни и те же данные. Иными словами, любой модуль может обратиться к данным которые использует другой модуль, так и к ОП другого модуля.
Как вывод крах одного модуля может повлечь за собой крах другого модуля или всей системы. К примеру, в случае если модуль некорректно изменит общие данные, то это может привести к ошибке в другом модуле и возможно к ошибке во всем ядре.
В архитектуре монолитного ядра есть свои плюсы и минусы. Плюсы заключаются в том, что разрабатывать отдельные модули ядра очень просто, и работает такое ядро очень быстро.
Минусом является то, что ошибка в работе любого модуля, может приведет к краху всей системы.
Старые ядра Linux требовали перекомпиляции ядра (то есть созданию нового ядра) при использовании нового оборудования.
То есть если возникала необходимость добавить новый модуль в ядро, то приходилось целиком пересобрать ядро. Новые ядра Linux могут на ходу подгружать модули. Такие модули часто называют динамическими.
Структурная схема ядра:
Посмотрим на архитектуру GNU/Linux немного детальней. Архитектура разбита на 3 функциональных уровня: уровень пользователя, уровень ядра и уровень аппаратуры.
Уровень пользователя — это то, что до этого момента мы называли: программы (Applications). На этом уровне работают разные программы, службы, системные утилиты и т.д.
Уровень ядра – тут находится само ядро ОС.
Уровень аппаратуры — тут находятся разные устройства таки как оперативная память, процессор, жесткие диски, видеокарта и т.д.
В уровне пользователя есть программное обеспечение (пользовательские приложения), которое может работать напрямую с ядром, либо посредством специальных системных библиотек (к примеру: glibc).
В пространстве ядра есть “обращение к операционной системе”, это посредник между программами и ядром. (Executive Services), который принимает данные от программ и передает их ядру системы, а ядро непосредственно работает с оборудованием.
Как видно из схемы после “обращения к операционной системе”, есть всего два варианта развития дальнейших событий.
Обращаться можно только к “подсистема управления файлами” либо к “подсистема управления процессами”. “Подсистема управления файлами” – управляет всем: вводом/выводом, устройствами и т.д. “Подсистема управления процессами” – управляет процессорным временем, ОП, процессами и т.д. “Подсистема управления процессами” позволяет процессам обмениваться данными друг с другом с помощью специальных процедур, которые называют каналы. “Подсистема управления файлами” и “подсистема управления процессами” могут между собой взаимодействовать.
Именно “Подсистема управления файлами” ( файловая система) и “подсистема управления процессами”( управления процессами) — две основных компоненты ядра. “Подсистема управления файлами” формирует нужного синтаксиса данные и отправляет их “Драйверу устройства”. “Подсистема управления файлами” может передавать символы или блоки данных. Стоит отметить, что Linux изначально разрабатывался под девизом: «Пишите программы, которые бы поддерживали текстовые потоки, поскольку это универсальный интерфейс» (Дуг МакИлрой, изобретатель каналов UNIX).
Именно поэтому Подсистема управления файлами связана с драйверами напрямую не битовыми потоками, а символьными.
Подсистема управления файлами разрабатывалась с возможностью отобразить все что есть в системе: устройства (жесткий диск, принтеры и т.д.), процессы, и т.д. Как видно из схемы, именно на файловую систему ложится задача передавать данные устройствам. Именно здесь, в файловой системе, каждое устройство представляется в виде отдельного специального файла, что позволяет легко и просто обращаться к любому устройству.
Для связи с жестким диском процесс использует файл “/dev/hdа”. Который в свою очередь связывается с драйвером жесткого диска. Драйвер жесткого диска уже непосредственно обращается к жесткому диску и производит чтение или запись. Еще несколько примеров.
Например: принтер – это специальный файл, и все что будет скопировано в этот файл — будет распечатано.
Например: сетевой адаптер – это специальный файл, и все что будет скопировано в этот файл, будет передано по сети. Например: терминал (консоль пользователя) – это специальный файл, и все что в него будет записано, будет выведено на экране терминала (консоль пользователя).
Вывод:
В этой статье вы прочитали про архитектура ОС Linux, думаю вам было вполне интересно и вы многое узнали.