ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Основные принципы функционирования операционной системы LINUX
Цель работы
Целью работы является изучение архитектуры и принципов функционирования многопользовательской многозадачной операционной системы Linux, особенностей ее использования в качестве сервера и рабочей станции.
Теоретическая часть
Система включает следующие основные компоненты:
Ядро. Выполняет функции управления памятью, процессорами. Осуществляет диспетчеризацию выполнения всех программ и обслуживание внешних устройств. Все действия, связанные с вводом-выводом и выполнением системных операций, выполняются с помощью системных вызовов. Системные вызовы реализуют программный интерфейс между программами и ядром. Имеется возможность динамического конфигурирования ядра.
Диспетчер процессов Init. Активизирует процессы, необходимые для нормальной работы системы, и производит их начальную инициализацию. Обеспечивает завершение работы системы, организует сеансы работы пользователей, в том числе для удаленных терминалов.
Интерпретатор команд Shell. Анализирует команды, вводимые с терминала либо из командного файла, и передает их для выполнения в ядро системы. Команды обычно имеют аргументы и параметры, которые обеспечивают модернизацию выполняемых действий. Shell является также языком программирования, на котором можно создавать командные файлы (shell-файлы). При входе в ОС пользователь получает копию интерпретатора shell в качестве родительского процесса. Далее, после ввода команды, пользователем создается порожденный процесс, называемый процессом-потомком. Т.е. после запуска ОС каждый новый процесс функционирует только как процесс - потомок уже существующего процесса. В ОС Linux имеется возможность динамического порождения и управления процессами.
Shell - интерпретатор в соответствии с требованиями стандарта POSIX поддерживает графический экранный интерфейс, реализованный средствами языка программирования Tcl/Tk.
Обязательным в системе является интерпретатор Bash, полностью соответствующий стандарту POSIX. В качестве Shell может быть использована оболочка mc с интерфейсом, подобным Norton Commander.
Сетевой графический интерфейс X-сервер (X-Windows). Обеспечивает поддержку графических оболочек.
Графические оболочки KDE, Gnome. Отличительными свойствами KDE являются: минимальные требования к аппаратуре, высокая надежность, интернационализация. Базовые библиотеки KDE (qt, kde-libs) признаны одними из лучших продуктов по созданию графического интерфейса, обеспечивают простое написание программ с использованием передовых технологий. Gnome имеет развитые графические возможности, но более требователен к аппаратным средствам.
Сетевая поддержка NFS, SMB, TCP/IP. NFS - программный комплекс РС-NFS (Network File System) для выполнения сетевых функций. РС-NFS ориентирован на конкретную ОС персонального компьютера (PC) и включает драйверы для работы в сети и дополнительные утилиты. SMB - сетевая файловая система, совместимая с Windows NT. TCP/IP - протокол контроля передачи данных (Transfer Control Protocol/Internet Protocol). Сеть по протоколам TCP/IP является неотъемлемой частью ОС семейства UNIX. Поддерживаются любые сети, от локальных до интернет, с использованием только встроенных сетевых средств.
Инструментальные средства программирования. Основой средств программирования является компилятор GCC или его экспериментальные версии EGCS и PGCC для языков С и С++; модули поддержки других языков программирования (Obective C, Фортран, Паскаль, Modula-3, Ада, Java и др.); интегрированные среды и средства визуального проектирования: Kdevelop, Xwpe; средства адаптации привязки программ AUTOCONFIG, AUTOMAKE.
Регистрация пользователя в системе
Для входа пользователя с терминала в многопользовательскую операционную систему LINUX необходимо зарегистрироваться в качестве пользователя. Для этого нужно после сообщения
Login -ввести системное имя пользователя, например "student". Если имя задано верно, выводится запрос на ввод пароля:
Password набрать, пароль "student" и нажать клавишу Enter.
Если имя или пароль указаны неверно, сообщение login повторяется. Значение пароля проверяется в системном файле password, где приводятся и другие сведения о пользователях. После правильного ответа появляется приветствие LINUX и приглашение: student@linux:>
Вы получили доступ к ресурсам ОС LINUX.
Выход из системы
exit - окончание сеанса пользователя.
Выполнение простых команд
Формат команд в ОС LINUX следующий:
имя команды [аргументы] [параметры] [метасимволы]
Имя команды может содержать любое допустимое имя файла; аргументы - одна или несколько букв со знаком минус (-); параметры - передаваемые значения для обработки; метасимволы интерпретируются как специальные операции. В квадратных скобках указываются необязательные части команд.
Введите команду echo, которая выдает на экран свои аргументы: echo good morning, и нажмите клавишу Enter. На экране появится приветствие " good morning " – аргумент команды echo. Командный интерпретатор shell вызвал команду echo, реализованную в виде программы на языке СИ, и передал ей аргументы. После этого интерпретатор команд вывел знак-приглашение. Синтаксис команды echo: echo [-n] [arg1] [arg2] [arg3]...
Команда помещает в стандартный вывод свои аргументы, разделенные пробелами и завершаемые символом перевода строки. При наличии флага - n символ перевода строки исключается.
who [am i] - получение информации о работающих пользователях.
В квадратных скобках указываются аргументы команды, которые можно опустить. Ответ представляется в виде таблицы, которая содержит следующую информацию:
- идентификатор пользователя;
- идентификатор терминала;
- дата подключения;
- время подключения.
date - вывод на экран текущей даты и текущего времени.
cal [[месяц]год] - календарь; если календарь не помещается на одном экране, то используется команда cal год | more и клавишей пробела производится постраничный вывод информации.
man <название команды> - вызов электронного справочника об указанной команде. Выход из справочника - нажатие клавиши Q.
Команда man сообщает информацию о том, как пользоваться справочником.
tty - сообщение имени специального файла стандартного вывода, соответствующего терминалу пользователя.
cat <имя файла> - вывод содержимого файла на экран. Команда cat > text.1 создает новый файл с именем text.1, который можно заполнить символьными строками, вводя их с клавиатуры. Нажатие клавиши Enter создает новую строку. Завершение ввода - нажатие Ctrl - d. Команда cat text.1 > text.2 пересылает содержимое файла text.1 в файл text.2. Слияние файлов осуществляется командой cat text.1 text.2 > text.3.
ls [-alrstu] [имя] - вывод содержимого каталога на экран. Если аргумент не указан, выдается содержимое текущего каталога.
Аргументы команды:
-a - выводит список всех файлов и каталогов, в том числе и скрытых;
-l - выводит список файлов в расширенном формате, показывая тип каждого элемента, полномочия, владельца, размер и дату последней модификации;
- r - выводит список в порядке, обратном заданному;
- s - выводит размеры каждого файла;
- t - перечисляет файлы и каталоги в соответствии с датой их последней модификации;
- u - перечисляет файлы и каталоги в порядке, обратном их последней модификации.
rm <имя файла> - удаление файла (файлов). Команда rm text.1 text.2 text.3 удаляет файлы text.1, text.2, text.3. Другие варианты этой команды - rm text.[123] или rm text.[1-3].
wc [имя файла] - вывод числа строк, слов и символов в файле.
clear - очистка экрана.
Группирование команд
Группы команд или сложные команды могут формироваться с помощью специальных символов (метасимволов):
& - процесс выполняется в фоновом режиме, не дожидаясь окончания предыдущих процессов;
? - шаблон, распространяется только на один символ;
* - шаблон, распространяется на все оставшиеся символы;
| - программный канал - стандартный вывод одного процесса является стандартным вводом другого;
> - переадресация вывода в файл;
< - переадресация ввода из файла;
; - если в списке команд команды отделяются друг от друга точкой с запятой, то они выполняются друг за другом;
&& - эта конструкция между командами означает, что последующая команда выполняется только при нормальном завершении предыдущей команды (код возврата 0);
|| - последующая команда выполняется, только если не выполнилась предыдущая команда (код возврата 1);
() - группирование команд в скобки;
{ } - группирование команд с объединенным выводом;
[] - указание диапазона или явное перечисление (без запятых);
>> - добавление содержимого файла в конец другого файла.
Примеры.
who | wc - подсчет количества работающих пользователей командой wс (word count - счет слов);
cat text.1 > text.2 - содержимое файла text.1 пересылается в файл text.2;
mail student < file.txt - электронная почта передает файл file.txt всем пользователям, перечисленным в командной строке;
cat text.1,text.2 - просматриваются файлы text.1 и text.2;
cat text.1 >> text.2 - добавление файла text.1 в конец файла text.2;
cc primer.c & - трансляция СИ - программы в фоновом режиме. Имя выполняемой программы по умолчанию a.out.
cc -o primer.o primer.c - трансляция СИ-программы с образованием файла выполняемой программы с именем primer.o;
rm text.* - удаление всех файлов с именем text;
{cat text.1; cat text.2} | lpr - пpосмотp файлов text.1 и text.2 и вывод их на печать;
ps [al] [number] - команда для вывода информации о процессах:
-a - вывод информации обо всех активных процессах, запущенных с вашего терминала;
-l - полная информация о процессах;
number - номер процесса.
Команда ps без параметров выводит информацию только об активных процессах, запущенных с данного терминала, в том числе и фоновых. На экран выводится подробная информация обо всех активных процессах в следующей форме:
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
1 S 200 210 7 0 2 20 80 30 703a 03 0:07 cc
1 R 12 419 7 11 5 20 56 20 03 0:12 ps
F - флаг процесса (1 - в оперативной памяти, 2 - системный процесс, 4 - заблокирован в ОЗУ, 20 - находится под управлением другого процесса, 10 - подвергнут свопингу);
S - состояние процесса (O - выполняется процессором, S - задержан, R - готов к выполнению, I - создается);
UID - идентификатор пользователя;
PID - идентификатор процесса;
PPID - номер родительского процесса;
C - степень загруженности процессора;
PRI - приоритет процесса, вычисляется по значению переменной NICE, и чем больше число, тем меньше его приоритет;
NI - значение переменной NICE для вычисления динамического приоритета, принимает величины от 0 до 39;
ADDR - адрес процесса в памяти;
SZ - объем ОЗУ, занимаемый процессом;
WCHAN - имя события, до которого процесс задержан, для активного процесса - пробел;
TTY - номер управляющего терминала для процесса;
TIME - время выполнения процесса;
CMD - команда, которая породила процесс.
nice [-приращение приоритета] команда[аргументы] - команда изменения приоритета. Каждое запущенное задание (процесс) имеет номер приоритета в диапазоне от 0 до 39, на основе которого ядро вычисляет фактический приоритет, используемый для планирования процесса. Значение 0 представляет наивысший приоритет, а 39 - самый низший. Увеличение номера приоритета приводит к понижению приоритета, присвоенного процессу. Команда nice -10 ls -l увеличивает номер приоритета, присвоенный процессу ls -l на 10.
renice 5 1836 - команда устанавливает значение номера приоритета процесса с идентификатором 1836 равным 5. Увеличить приоритет процесса может только администратор системы.
kill [-sig] <идентификатор процесса> - прекращение процесса до его программного завершения. sig - номер сигнала. sig = -15 означает программное (нормальное) завершение процесса, номер сигнала = -9 - уничтожение процесса. По умолчанию sig= -9. Вывести себя из системы можно командой kill -9 0. Пользователь с низким приоритетом может прервать процессы, связанные только с его терминалом.
mc - вызов файлового менеджера (программы-оболочки) Midnight Commander, аналогичного Norton Commander.
sort [-dr] - сортировка входных файлов и вывод результата на экран.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с теоретической частью к лабораторной работе.
2. Зарегистрироваться в системе LINUX.
3. Определить день недели, в который Вы родились.
4. Получить подробную информацию обо всех активных процессах.
5. Используя редактор VI (см. приложение), создать два текстовых файла (с расширением TXT) и командой САТ, просмотреть их на экране.
6. Получить информацию о работающих пользователях, подсчитать их количество и запомнить в файле.
7. Объединить текстовые файлы в единый файл и посмотреть его на экране.
8. Посмотреть приоритет своего процесса и уменьшить скорость его выполнение за счет повышения номера приоритета.
9. Используя редактор VI, написать программу на языке СИ и запустить ее на трансляцию в фоновом режиме.
10. Показать преподавателю исходный текст программы на языке СИ, текстовый файл, файл с сохранением количества пользователей.
11. Продемонстрировать выполнение СИ - программы.
12. Удалить свои файлы и выйти из системы.
Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы
1. Перечислить основные функции и назначение многопользовательской многозадачной операционной системы LINUX и ее отличия от однопрограммной системы DOS.
2. Какое назначение имеет ядро системы и интерпретатор команд?
3. В чем заключается понятие "процесс" и какие операции можно выполнить над процессами?
4. Как задаются и выполняются простые и сложные команды?
5. Какие функции выполняет командный интерпретатор Shell?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
