Модуль 1. Основные сведения об ОС Linux

После завершения изучения данного модуля вы научитесь:

• описывать общую структуру ОС Linux и ее характеристики;
• разбираться в иерархии файловой системы ОС Linux;
• описывать основные типы файлов ОС Linux;
• осуществлять базовые операции по управлению файлами ОС Linux;
• понимать основы сетевого взаимодействия с точки зрения ОС Linux;
• настраивать сетевые интерфейсы ОС Linux.

1.1. Общая структура и характеристики ОС Linux

Для качественного администрирования ОС Linux недостаточно простого знания набора основных команд и конфигурационных файлов - необходимо прежде всего понимать общие принципы работы ОС.
ОС Linux - это полноценная многозадачная многопользовательская операционная система с
поддержкой до 256 процессоров в 64-битной архитектуре, позволяющая большому количеству
пользователей одновременно выполнять разнообразные задачи. Поддержка сетевых
взаимодействий является одной из наиболее сильных сторон ОС Linux, как в отношении
поддерживаемых функций, так и в отношении производительности.                                 
ОС Linux совместима с рядом стандартов UNIX на уровне исходных текстов, включая IEEE POSIX.l, System V и BSD. Она создавалась с учетом требований, предъявляемых к уровню переносимости исходного программного кода, поэтому в ОС Linux присутствуют функции, реализованные во многих коммерческих вариантах UNIX.
ОС Linux поддерживает самые разнообразные типы файловых систем для хранения данных. Некоторые файловые системы, например, вторая и третья расширенная файловая система (ext2fs, ext3fs), были специально разработаны для использования в ОС Linux. Данная ОС поддерживает и другие типы файловых систем UNIX - UFS, ReiserFS и JFS. Реализована также поддержка файловых систем Windows NTFS, FAT32 и FAT16, что позволяет непосредственно обращаться к файлам ОС Windows. Также поддерживается файловая система ISO 9660 CD-ROM, позволяющая читать компакт-диски всех стандартных форматов.
ОС Linux, как и любая другая ОС семейства UNIX, имеет модульную архитектуру, в основе которой лежит понятие ядра.
Ядро - это ключевой компонент любой ОС, который обеспечивает взаимодействие пользовательских программ с аппаратурой компьютера, распределение времени между процессами, благодаря которому достигается многозадачность, и другие возможности системы. Ядро можно представить себе в виде набора постоянно находящихся в памяти процедур, доступных всем остальным процессам.
Ядро ОС Linux относится к типу монолитных ядер, в которых сама программа ядра выполняется в специальном пространстве ядра. Пользователь общается с операционной системой через пространство пользователя, где он может выполнять разные программы. Пользовательское пространство не имеет доступа к ядру, и как следствие к аппаратным ресурсам, напрямую, а только через системные вызовы - внешний слой процедур, реализованных в ядре, которые являются по сути обычными функциями, заставляющими ядро выполнять некоторый программный код в интересах произвольного процесса. Например, системный вызов read осуществляет чтение данных из файла. С точки зрения разработчика, read выглядит как обычная функция на языке С , но в действительности программный код системного вызова read находится внутри ядра.

Пространство пользователя и пространство ядра имеют независимые адресные пространства в общедоступной виртуальной памяти ОС.
Подпространство процедур, которые невидимы из пользовательского пространства, образуется функциями отдельных драйверов устройств и функциями подсистем ядра. Драйверы устройств также представляют собой строго определенные интерфейсы функций для системных вызовов или для доступа к подсистемам ядра. На рис. 1.1. показана общая структура ОС Linux.
Отличительной особенностью ядра ОС Linux является то, что все основные драйверы устройств являются частью ядра. Это можно было бы назвать основным недостатком ядер с монолитной архитектурой, однако в ОС Linux реализован механизм динамической загрузки дополнительных модулей, включая модули драйверов устройств, позволяющий по мере необходимости вносить в ОС дополнительный функционал.
Как и большинство других современных операционных систем, ОС Linux является много­процессорной операционной системой: она поддерживает архитектуры с несколькими процессорами. Это позволяет различным программам работать одновременно (или параллельно) на разных процессорах. ОС Linux также поддерживает потоки -распространенную технологию программирования, позволяющую одной программе создавать несколько потоков управления, совместно использующих данные в памяти.

Рисунок 1.1 Структура Linux

Для более эффективного использования памяти оборудования в ОС Linux реализована так называемая виртуальная память со страничной подкачкой данных с диска. Это означает, что на диске может быть выделено пространство для свопинга. Когда приложению требуется больше физической памяти, чем фактически есть в системе, неактивные страницы сбрасываются на диск. При очередном обращении к таким страницам они считываются с диска обратно в опера­тивную память. Такой механизм позволяет запускать приложения большего размера и поддерживать одновременно большее число пользователей. Однако свопинг не может служить равноценной заменой физической оперативной памяти: необходимость чтения страниц с диска существенно замедляет работу системы.

Ядро ОС Linux хранит в памяти фрагменты файлов, к которым недавно осуществлялся доступ -это позволяет избегать лишних обращений к диску. Вся свободная память системы используется для кэширования обращений к диску, поэтому при невысокой загрузке системы доступ к большому количеству

файлов может быстро осуществляться через оперативную память. Когда пользовательским приложениям требуется больший объем физической памяти, размер дискового кэша уменьшается. Таким образом, физическая память сервера, на котором функционирует ОС Linux, всегда используется полностью.