Внутреннее устройство Linux.
Эта книга описывает все тонкости работы с ОС Линукс, системное администрирование, глубокие механизмы, обеспечивающие низкоуровневый функционал Linux. На страницах руководства вы приобретете основные знания о работе с ядром Linux и о принципах правильной эксплуатации компьютерных сетей не только на основе Open-source решений. В книге также затрагиваются вопросы программирования сценариев и обращения с языком С, освещаются темы защиты информации, виртуализации и прочие незаменимые вещи.
Операционная система Linux прекрасно подходит для изучения, поскольку конфигурация системы хранится большей частью в простых файлах, которые достаточно легко прочитать. Следует только выяснить, за что отвечает каждая из частей, а затем собрать все воедино. Именно этому и посвящена данная книга.
Интерес к устройству операционной системы Linux может быть вызван разными причинами. Профессионалы в сфере информационно технологического обслуживания, а также разработчики программного обеспечения для Linux найдут в этой книге практически все, что необходимо знать, чтобы использовать операционную систему наилучшим образом.
Вам не обязательно быть программистом, чтобы читать эту книгу. Понадобятся лишь основные навыки пользователя компьютера: вы должны ориентироваться в графическом интерфейсе (при установке и настройке интерфейса системы), а также иметь представление о файлах и каталогах (папках).
Для работы вам понадобится компьютер с операционной системой Linux. Возможно, вы предпочтете виртуальную установку — для проверки большей части материала данной книги я пользовался приложением VirtualBox. Вы должны обладать правами доступа superuser (root), хотя в основную часть времени следует исполь зовать учетную запись обычного пользователя.
Вы будете работать главным образом в командной строке, окне терминала или в удаленном сеансе.
В начале книги дается обзор системы Linux, а затем предлагается ряд практических заданий с инструментами, которые понадобятся вам для дальнейшей работы в системе.
Далее вы детально изучите каждую часть системы, начиная с управления оборудованием и заканчивая конфигурацией сети, следуя обычному порядку, в котором происходит запуск системы.
И наконец, вы получите представление о некоторых деталях работающей системы, освоите несколько важных навыков, а также познакомитесь с инструментами, используемыми программистами.
Материал излагается по возможности без привязки к какомулибо дистрибу тиву системы. Было бы скучно описывать все варианты системы, поэтому я попытался рассказать о двух основных семействах дистрибутивов: Debian (включая Ubuntu) и RHEL/Fedora/CentOS.
Упор сделан на серверные версии и версии для рабочих станций. Представлены также внедренные системы, например Android и OpenWRT, но изучение отличий этих платформ предоставляется вам.
Структура операционной системы Linux
Любая UNIX-подобная операционная система состоит из ядра, некоторых системных и прикладных программ. Системные программы используют средства, предоставляемые ядром для обеспечения выполнения различных функций операционной системы. Системные и все остальные программы выполняются «на поверхности ядра» — в пользовательском режиме. Довольно часто операционная система содержит компиляторы и соответствующие им библиотеки (GCC и C библиотеки для Linux), хотя не обязательно все языки программирования должны быть частью операционной системы. Документация, а иногда даже игры, могут являться ее частью. Обычно состав операционной системы определяется содержимым установочного диска.
Операционную систему Linux можно рассматривать в виде Unix-пирамиды, изображенной на рисунке.
Рисунок Уровни операционной системы Unix
На самом нижнем уровне располагается аппаратное обеспечение, состоящее из центрального процессора, памяти, дисков, терминалов и других устройств.
На голом «железе» работает система Unix, функции которой заключаются в управлении аппаратным обеспечением и предоставлении всем программам интерфейса системных вызовов. Эти системные вызовы позволяют программа создавать процессы, файлы и прочие ресурсы, а так же управлять ими.
Все программы обращаются к системным вызовам, помещая аргументы в регистры центрального процессора и выполняя команду эмулированного прерывания для переключения из пользовательского режима в режим ядра и передачи управления операционной системе Unix. За работу команд эмулированного прерывания отвечают библиотечные функции, по одной на системный вызов. Таким образом, чтобы обратиться к системному вызову READ, программа на С должна вызвать библиотечную процедуру READ.
Помимо операционной системы и библиотеки системных вызовов все версии Unix содержать большое количество стандартных программ. К этим программам относятся: командный процессор (оболочка), компиляторы, редакторы, программы обработки текста и утилиты для работы с файлами.
Многие утилиты можно отнести к одной из трех категорий:
Фильтры – считывают входную информацию, поступившую либо от пользователя, либо из файла или другого источника, изучают и обрабатывают ее, а затем выдают результат. Для написания скрипта-фильтра используется специальный язык AWK. К фильтрам относятся – grep, sort, wc, pr, cmp, comm., cpio, fmt, fgrep, srd;
Коммуникационные программы – используются для связи с другими пользователями Вашей системы и других систем.
Таким образом, мы можем говорить о трех интерфейсах в операционной системе Unix: интерфейс системных вызовов, интерфейс библиотечных функций и интерфейс, образованный набором стандартных обслуживающих программ.
Хотя именно последний интерфейс большинство пользователей считает системой Unix, в действительности он не имеет практически ни какого отношения к самой операционной системе и легко может быть заменен.
Дистрибутивы Linux
Дистрибутив Linux – это набор пакетов программного обеспечения, включающий базовые компоненты операционной систем (в том числе, ядро Linux), некоторую совокупность программных приложений и программу инсталляции, которая позволяет установить на компьютер пользователя операционную систему GNU/Linux без привлечения высококвалифицированного эксперта, и набор прикладных программ, необходимых для конкретного применения системы.
Признаков, по которым различаются отдельные дистрибутивы существует очень много. Вот только некоторые из них:
- ориентация (или назначение) дистрибутива на конкретную область применений;
- требования к аппаратному обеспечению;
- используемая графическая оболочка (например, KDE, GNOME или XFce);
- наличие средств локализации, обеспечивающих поддержку необходимых вам;
- носитель, с которого может запускаться система;
- организация процедуры начальной загрузки системы (System V или BSD);
- используемая система управления пакетами (например, dpkg в Debian, RPM в Fedora Core). Программное обеспечение, содержащееся в пакете, поставляется в одном из двух основных видов: в виде бинарных файлов, которые предназначены для непосредственной установки в вашу систему, без какой-либо дополнительной обработки (например, компиляции) и в виде исходных текстов, которые обычно содержат текст на каком-то языке программирования, заархивированный в формате tar и упакованный программой gzip, а также вспомогательные файлы, необходимые для компиляции приложения из файлов пакета;
- структура каталогов файловой системы (хотя все файловые системы должны по возможности соответствовать стандарту на структуру каталогов файловой системы FHS — Filesystem Hierarchy Standard);
- родословная или история происхождения дистрибутива (большая часть современных дистрибутивов ведет свою родословную либо от Red Hat, либо от Debian);
- состав базового устанавливаемого программного обеспечения;
- доступность дополнительных пакетов;
- наличие и состав коммерческих программ, включенных в дистрибутив;
- предоставляемые инструменты управления системой и так далее .
Рассмотрев более подробно все аспекты, по которым различаются дистрибутивы, можно констатировать, что существует три существенных критерия классификации дистрибутивов Linux:
- стиль загрузки;
- система управления пакетами;
- назначение дистрибутива.
- Файловая система — это часть операционной системы, работающая
файлами, и предоставляющая способы хранения данных и организации доступа к ним, на информационном носителе или его разделе. В Unix-системах файловая система представляет собой некоторое устройство (жесткий диск или компакт-диск) или раздел диска, используемые для хранения файлов.
Основной файловой системой операционной системы Linux стала – Ext2, с длинными именами файлов, длинными файлами и высоко производительностью. Однако Linux также поддерживает и другие файловые системы, используя для этого файловую систему NFS. При компоновке операционной системы Linux предлагает сделать выбор файловой системы, которая будет встроена в ядро. Другие файловые системы при необходимости могут динамически подгружаться во время исполнения в виде модулей.
Ext2 очень похожа на файловую систему BSD с небольшими изменениями. Размещение файловой системы Ext2 на диске показано на рисунке.
Файловая система Linux организована в виде дерева с одной исходной вершиной, которая называется корнем (записывается: « / »), промежуточные вершины которого соответствуют каталогам, и листья — файлам и пустым каталогам. Символ « / » так же используется для разделения имен каталогов. Каждый каталог и файл файловой системы имеет уникальное полное имя. В каталоге содержатся два специальных имени: имя « . » — именующее сам этот каталог, и имя « . . » — именующее «родительский» каталог данного каталога. Файловая система Linux использует два имени пути: полное (абсолютное), которое начинается с корня, т.е. со знака « / » и родственное (относительное), которое начинается и имени текущего каталога.
- Ext2 очень похожа на файловую систему BSD с небольшими изменениями. Размещение файловой системы Ext2 на диске показано на рисунке.
Рисунок – Размещение файловой системы Ext2 на диске
Вместо групп цилиндров Ext2 делит диск на группы блоков. Описатель группы содержит информацию о расположении битовых массивов, количестве свободных блоков и i-узлов в группе, а также количество каталогов в группе. В двух битовых массивах (блоковый битовый массив и битовый массив i-узлов) ведется учет свободных блоков и свободных i-узлов. Размер каждого битового массива равен одному блоку.