Linux Corso di Sistemi Operativi A cura di : Domenico Cotroneo Linux Programming Bible by John Goerzen Riferimenti The Linux Documentation Project: ftp://metalab.unc.edu/pub/Linux/docs/LDP/ “Rute Users Tutorial and Exposition”, Paul Sheer, March 28, 2000 http:/www.obsidian.co.za/rute/ Hardware (CPU, memory, disks,terminals...) Microprogramming Microprogramming Machine Language Machine Language Operating System Operating System Computer system Compilers Compilers Editors Editors Command Interpreter Command Interpreter Banking System Airline Reservation Web Browser hardware System Programs Application Programs
Transcript
1
LinuxCorso di Sistemi Operativi
A cura di :Domenico Cotroneo
Linux Programming Bible
by John Goerzen
Riferimenti
The Linux Documentation Project:ftp://metalab.unc.edu/pub/Linux/docs/LDP/
“Rute Users Tutorial and Exposition”, Paul Sheer, March 28, 2000 http:/www.obsidian.co.za/rute/
Un programma (o un insieme diprogrammi) che gestisce le risorse di un calcolatore ...
… deve fornire ai processi un accesso SICURO e GARANTITO alle risorse
Classificazione dei S.O.
monoprogrammatimultiprogrammati
multitasking (permette alla CPU disvincolarsi dai tempi morti dovuti allalentezza delle periferiche);timesharing (fornisce all’utente unasensazione di immediatezza di risposta)
… monoutenti e multiutenti
Kernel
Il kernel di un sistema operativo è un piccolonucleo software che fornisce i servizi minimi necessari per l’implementazione delle funzionalità aggiuntive dello stesso.
Le funzionalità del filesystem o dei protocolli di comunicazione, ad esempio, sono implementate come processi client del kernel.
3
Kernel: ...il numero di risorse presenti nel sistema, essendo
limitato, rende necessario un controllo sulle richiestemultiple di una stessa risorsa (ad es. un disco,un’interfaccia seriale, un’interfaccia di rete ecc…);
...è necessario controllare l’accesso, richiesto da parte di uno o più processi-utente, a risorse critiche o condivise(ad es. memorie condivise, code di messaggi, strutture dati di un processo ecc…).
Kernel: architettura tradizionale
Kernel: architettura attuale
Commonfacilities
Vnode/vfsinterface
Schedulerframework
execswitch
Virtualmemory
framework
blockdeviceswitch
STREAMS
networkdriver
ttydriver
time-sharing processes
real-time processes
NFSFFS
s5fs
RFS
elfcoffa.out
file mappings
device mappings
anonymous mappings
disk driver
tape driver
kernel
4
Unix
…è un SO multiutente e multitasking (time-sharing)
…nato con l’obiettivo di sostituire i grossi e pesanti sistemi per la gestione di mainframe presenti alla fine degli anni 60.
Verso la fine degli anni 60 è in corso un progetto per l’implementazione del sistema MULTICS presso ilMIT. Questo sistema operativo è il precursore degli attuali sistemi a partizione di tempo dove vengono eseguiti più processi contemporaneamente.Questo sistema risulta già in fase di implementazione piuttosto complicato e complessomarappresenta un “punto di inizio”.
Verso la fine degli anni 60 è in corso un progetto per l’implementazione del sistema MULTICS presso ilMIT. Questo sistema operativo è il precursore degli attuali sistemi a partizione di tempo dove vengono eseguiti più processi contemporaneamente.Questo sistema risulta già in fase di implementazione piuttosto complicato e complessomarappresenta un “punto di inizio”.
Genealogia di Unix(semplificata)
Il team della AT&T che segue il progetto MULTICS presso il MIT decide di realizzare un sistema più semplice. Alcuni ricercatori iniziano a collaborare alla stesura di questo sistema. Il team acquista il sistemaPDP-7 della Digital e dopo non molto nasce il primorudimentale Unix. File system, scheduling e gestione del sistema sono innovativi. Il nuovo sistema risulta meno complessoe complicato del suo predecessore MULTICS.
Il team della AT&T che segue il progetto MULTICS presso il MIT decide di realizzare un sistema più semplice. Alcuni ricercatori iniziano a collaborare alla stesura di questo sistema. Il team acquista il sistemaPDP-7 della Digital e dopo non molto nasce il primorudimentale Unix. File system, scheduling e gestione del sistema sono innovativi. Il nuovo sistema risulta meno complessoe complicato del suo predecessore MULTICS.
5
Genealogia di Unix(semplificata)
Il sistema Unix viene sviluppato anche per il diffusissimo PDP-11 della Digital e diventa il sistema per le piattaforme DEC. In questi anni inoltre nasce il linguaggio C. Nasce una prima implementazione UNICS (Uniplexed Information and Computing Service)Parallelamente nel mondo Universitario si inizia lo sviluppo di una versione di questo sistema, il BSD dal nome dell’Università di Berkeley.
Il sistema Unix viene sviluppato anche per il diffusissimo PDP-11 della Digital e diventa il sistema per le piattaforme DEC. In questi anni inoltre nasce il linguaggio C. Nasce una prima implementazione UNICS (Uniplexed Information and Computing Service)Parallelamente nel mondo Universitario si inizia lo sviluppo di una versione di questo sistema, il BSD dal nome dell’Università di Berkeley.
Genealogia di Unix(semplificata)
Ormai consolidata da tempo la divisione tra i sistemi Unix della At&T (System V release 3) e quello BSD, inizia con successo il porting del sistema sulla maggior parte degli elaboratori esistenti sul mercato. Inizia anche lo sviluppo di moduli per il supporto delle reti. Parallelamente prende piede il progetto ARPANET.Tutti i sistemi Unix rispondo a questa “iniziativa” includendo il supporto ai protocolli implementati nella rete mondiale TCP/IP).
Ormai consolidata da tempo la divisione tra i sistemi Unix della At&T (System V release 3) e quello BSD, inizia con successo il porting del sistema sulla maggior parte degli elaboratori esistenti sul mercato. Inizia anche lo sviluppo di moduli per il supporto delle reti. Parallelamente prende piede il progetto ARPANET.Tutti i sistemi Unix rispondo a questa “iniziativa” includendo il supporto ai protocolli implementati nella rete mondiale TCP/IP).
Genealogia di Unix(semplificata)
Nel mondo dei personal computer nasce XENIX. Il primo Unix per processori inferiori al 386. Questo sistema consente la diffusione di Unix nel mondo dei personal computer.Con la nascita di processori 386 e superiori arrivano anche nuovi sistemi quali SCO, Linux e FreeBSD.Il MIT implementa una interfaccia grafica windows per il sistema Unix (X-Window).
Nel mondo dei personal computer nasce XENIX. Il primo Unix per processori inferiori al 386. Questo sistema consente la diffusione di Unix nel mondo dei personal computer.Con la nascita di processori 386 e superiori arrivano anche nuovi sistemi quali SCO, Linux e FreeBSD.Il MIT implementa una interfaccia grafica windows per il sistema Unix (X-Window).
6
UNIX Goals
Il sistema UNIX è stato progettato da programmatori per i programmatori Il sistema UNIX è stato progettato da programmatori per i programmatori
...un team di programmatori cooperanti per la realizzazione di un unico sistema...un team di programmatori cooperanti per la realizzazione di un unico sistema
Facilitare la cooperazione di utenti condividendo le informazioni...
...in modo, però, controllato
Facilitare la cooperazione di utenti condividendo le informazioni...
...in modo, però, controllato
UNIX Goals
Cosa vorrebbe un programmatore da un sistema operativo “developer-oriented”Cosa vorrebbe un programmatore da un sistema operativo “developer-oriented”
Un sistema operativo“semplice”“elegante”“consitente”
Un sistema operativo“semplice”“elegante”“consitente”
UNIX Goals
...un file dovrebbe sempre essere considerato come una collezione di byte, indipendentemente dal tipo di accesso (sequenziale, random, a chiave, remoto...)
...il comandols A* tutti i file che iniziano per A
e quindi ancherm A* tutti i file che iniziano per A
7
UNIX Goals
...un numero elevato di piccoli programmi di utilità che possono essere combinati in infiniti modi al fine di fornire un servizio comunque complesso
Il principio base:
“Every program should do just one thing, and do it well”
Esempio : grep ard f > output
Layers in a UNIX system
Hardware(CPU, memory, disks,terminals...)
Hardware(CPU, memory, disks,terminals...)
Standard library(open, close, read,
write, fork...)
Standard library(open, close, read,
write, fork...)
UNIX OS(proc. Manag, mem manag, I/O...)
UNIX OS(proc. Manag, mem manag, I/O...)
Standard utility
programs(shell, editors, compilers...)
Standard utility
programs(shell, editors, compilers...)
UsersUsers
User interface
Library interface
System call interface
Linux
Linux is a free Unix-type operating system originally created by Linus Torvalds with the assistance of developers around the world. Developed under the GNU General Public License
Linux is a free Unix-type operating system originally created by Linus Torvalds with the assistance of developers around the world. Developed under the GNU General Public License
8
Linux: la sua storia
La prima versione distribuibile fu sviluppata da Linus Torvalds (University of Helsinki in Finland)
…in collaborazione, via Internet, con un gruppo di esperti programmatori Unix
…sviluppato nell’ambito del progetto GNU (GNU è l’acronimo ricorsivo di “GNU's Not Unix”) alla “Free Software Foundation” in Cambridge.
Linux: la sua storia5-ott-1991
Linus annuncia la prima versione ufficiale di Linux (vers.0.02), in grado di eseguire la shell Bash (GNU Bourne Again Shell), il compilatore gcc (GNU C Compiler)
…successivamente verrano rilasciate le versioni0.03,0.10,0.95, 0.99 (marzo 1992) …
Non è mai uscita la versione 1.0 (i teorici ritengono che generalmente la versione 1.0 di un software dovrebbe essere quella bug-free)
Uno dei maggiori punti di forza:Tutto il sistema operativo Linux è coperto dalla cosiddetta GNU General Public License (GPL). L’intero sistema operativo e’ considerato “free”
9
Linux: Il concetto di “free software”
Così come definito da GNU-GPL, il concetto di free software è ben diverso da quello di “public domain”.
Public domain:…tutto il software senza diritti di autore
GPL software:…tutto il software protetto dai diritti di autore… che può essere distribuito gratis o a pagamento
Rif: http://www.gnu.org/fsf/fsf.html
Linux: le distribuzioni
Sebbene il sistema operativo Linux sia unico (un solo kernel) negli ultimi anni sono proliferate un certo numero di distribuzioni di installazioni Linux:
Linux: le distribuzioni
10
Collegamento
…sfruttando il protocollo telnet è possibile collegarsi a qualsiasi sistema unix connesso ad Internet
E’ possibile collegarsi ad un sistema Unix in locale (login locale) oppure …
Il loginOnce the kernel is loaded to memory, it is ready to carry out user requests. First, though, a user must log in and make a request. For a user to log in, however, the kernel must know who the user is and how to communicate with him. To do this, the kernel invokes two special programs, getty and login. The getty program displays a login prompt and continuously monitors the communication port for any type of input that it assumes is a user name.
11
Shell: nessun utente “loggato”
UNIXKernelgetty
getty
getty
getty
LoggingWhen getty receives any input, it calls the login program.The login program establishes the identity of the user and validates his right to log in. The login program checks the password file.If the user fails to enter a valid password, the port is returned to the control of a getty. If the user enters a valid password, login passes control by invoking the program name found in the user's entry in the password file. This program might be a word processor or a spreadsheet, but it usually is a more generic program called a shell.
Shell: un utente loggato
UNIXKernelgetty
getty
getty
getty
12
Collegamento
…sfruttando il protocollo telnet è possibile collegarsi a qualsiasi sistema unix connesso ad Internet
E’ possibile collegarsi ad un sistema Unix in locale (login locale) oppure …
Le funzionalità di una shell
Command line interpretation Program initiation Input-output redirection Pipeline connection Substitution of filenames Maintenance of variables Environment control Shell programming
UNIX shellQuando l’utente digita una linea di comando la shell ne estrae la prima parola interpretandola come un programma da eseguire.
Se il programma viene localizzato, la shell lo esegue (sospendosi fintanto che il programma non termina)
La shell non è altro che un programma utente ordinario, in grado di leggere e scrivere da un terminale ed eseguire dei programmi
13
UNIX shellSpesso i comandi necessitano di alcuni parametri di ingresso che vengono passati sottoforma di stringhe
cp src dest
comando parametri
UNIX shellAlcuni parametri possono anche essere di tipo numerico (flag)
head -20 fileflag
...attenzione al segno ‘-’, anche questo comando è perfettamente lecito
head 20 filefile
Esecuzione dei programmiTutti i programmi che vengono eseguiti da una shell hanno automaticamente accesso a due file “speciali”:
standard input (per la lettura,)standard output (per la scrittura)standard error (scrittura di errori)
...in genere (default)standard input tastierastandard output videostandard error video
14
Esecuzione dei programmiSolitamente i programmi Unix, per default, leggono dallo standard di input e scrivono sullo standard output.
sortlegge dei caratteri dalla tastiera finché non viene
digitata la combinazione dei tasti CTRL+D
ordina i caratteri letti
Stampa sullo schermo i caratteri ordinati
File system
...è quella parte del sistema operativo che si occupa della gestione logica dei file e della corrispondenza fra l’organizzazione logica e la struttura fisica.
File System: apertura di file
La system call open()Utilizzata da un processo per accedere ad un fileRestituisce un “descrittore” del file apertoLe successive operazioni di lettura e scrittura avvengono utilizzando tale descrittoreAll’attivazione di ogni processo, vengono resi disponibili tre descrittori di default:
0 per lo standard input (solitamente la tastiera)1 per lo standard output (il monitor)2 per lo standard error (ancora il monitor)
15
File sytem: percorsi assoluti e relativi
Percorso assoluto: Indica come giungere al file partendo dalla directory radice
Es: /home/users/sprom/pippozzo.c
Percorso relativo:Fa riferimento alla directory corrente
Utilizzati per fare riferimento a file che appartengono ad altri utenti o che si trovano in directory differenti all’interno dell’albero dei file. Sono di due tipi:
Hard linkSoft link
Hard linkÈ semplicemente un nome alternativo per un file. Il file viene cancellato dal disco solo quando l’ultimo link viene rimosso
Soft linkè un piccolo file speciale che contiene un percorso
può puntare verso un file posto su un altro filesystem(magari anche un file system di rete montato da un'altra macchina)Non ha bisogno di puntare verso un file esistente
File system: i link
16
File system: il comando mountConsente di agganciare il file system che si trova su di un dispositivo (disco floppy, cdrom, disco di un’altra macchina presente nella rete, etc.) all'albero dei file principale
/
home
sprom asergio
src etc mnt
/
pippo pluto
Hard disk floppy /
home
sprom asergio
src etc mnt
Hard disk
floppy
pippo pluto
Input/Output
Il problema dell’accesso ai dispositivi di I/O
TerminaliDischiStampantiDispositivi di rete…
Unix integra tutti i dispositivi all’interno del file sstem, sotto forma di file speciali
Ad ogni dispositivo è associato un nome di file in una specifica cartella (solitamente la cartella /dev)
Sono gestiti allo stesso modo di tutti gli altri file
Sono divisi in due categorie:A blocchiA caratteri
Input/Output: i file speciali
File speciali a blocchiUna sequenza di blocchi numeratiOgni blocco può essere referenziato singolarmente
File speciali a caratteriUtilizzati per quei dispositivi che producono e ricevono flussi di caratteri (terminali, stampanti, schede di rete, mouse, etc..)Non consentono l’accesso casualeRichiedono particolari tecniche di controllo
