История, версии и основные характеристики ОС UNIX

2004 г

Основы операционной системы UNIX

Copyleft (no c) - 1996-2004 В. Кравчук, OpenXS Initiative, идея, составление, перевод, примеры Назад Оглавление Вперёд

История, версии и основные характеристики ОС UNIX

История ОС UNIX началась в 1969 году в одном из подразделений AT&T Bell Laboratories, когда на "малоиспользуемой" машине DEC PDP-7 Кен Томпсон (Ken Thompson), Деннис Ричи (Dennis Ritchie) и другие (прежде занимавшиеся созданием ОС Multics) начали работу над операционной системой, названной ими первоначально Unics (UNiplexed Information and Computing System). В течение первых 10 лет развитие UNIX происходило, в основном, в Bell Labs. Соответствующие начальные версии назывались "Version n" (Vn) и предназначались для ЭВМ DEC PDP-11 (16-битовая) и VAX (32-битовая).

Версии Vn разрабатывались группой Computer Research Group (CRG) в Bell Labs. Поддержкой занималась другая группа, Unix System Group (USG). Разработкой также занималась группа Programmer's WorkBench (PWB), привнесшая систему управления исходным кодом sccs, именованные каналы и ряд других идей. В 1983 году эти группы были объединены в одну, Unix System Development Lab.

Хронология основных событий в истории ОС UNIX

Ниже в хронологическом порядке представлены наиболее существенные версии и события в истории UNIX вплоть до марта 2004 года, а также некоторая информация о взаимосвязях между ними:

1971: V1. Первая версия UNIX Time-Sharing System на ассемблере для PDP-11/20. Включала файловую систему, системный вызов fork() для порождения процессов, утилиты типа cat, ed, roff. Использовалась для обработки текстов при подготовке патентов. Системный вызов pipe() и поддержка программных каналов появилась в V2.
1973: V4. Версия, переписанная на языке C, что сделало UNIX легко переносимой на другие платформы. Язык C создавался для разработки ОС UNIX.
1974: V5. Появление первых версий в Bell Labs (PWB/UNIX, MERT).
1975: V6. Первая версия UNIX, широко распространенная за пределами Bell Labs, в частности, в университетах. С этого времени начинается появление множества других версий и UNIX становится популярной ОС. На базе этой версии в Калифорнийском университете в Беркли (UCB) создавалась 1.xBSD (для PDP-11).
1978: Версия 2.xBSD (Berkeley Systems Development) для PDP-11, созданная группой Computer Systems Research Group (CSRG) в Беркли. Поддержка сети DARPA, первая реализация стека протоколов TCP/IP. Командный интерпретатор csh. В дальнейших версиях (до 1980): поддержка виртуальной памяти, termcap, curses, редактор vi.
1979: V7. "Последняя настоящая UNIX", включала компилятор языка C, командный интерпретатор sh, систему uucp, была перенесена на 32-разрядный VAX. При этом размер ядра составлял около 40 Кбайт!
1981: 4.1BSD: управление заданиями, автоматическое конфигурирование ядра. System III - первый коммерческий UNIX от AT&T, реализация именованных каналов (FIFO).
1982: UNIX начинают использовать создатели рабочих станций: SunOS 1.0 (на базе 4.1BSD) от Sun Microsystems и HP-UX (на базе System III) от Hewlett-Packard.
1983: 4.2BSD: полная поддержка TCP/IP, сокетов, Ethernet. Файловая система UFS с поддержкой длинных имен файлов и символьных связей. AT&T System V: поддержка основных утилит и средств BSD, добавлен пакет средств межпроцессного взаимодействия (IPC).
1984: SVR2: функции в командном интерпретаторе sh, первые попытки стандартизации. SCO XENIX - первый коммерческий UNIX на Intel-архитектуре. Создание Free Software Foundation (FSF) и начало проекта GNU - создание свободно распространяемой UNIX-подобной ОС и соответствующих утилит.
1985: V8 (модули STREAMS). Появление архитектуры микроядра Mach. Реализации стандарта SVR2: SCO XENIX SystemV/286, Interactive 386/ix. Появление ОС Minix.
1986: 4.3BSD для VAX. SVR3: модули STREAMS из V8, TLI, поддержка динамически загружаемых библиотек. V9 (дополнения из 4.3BSD). Появление операционных систем AIX (IBM) и A/UX (Apple).
1987: SVR3.2: SCO XENIX SV/386. Появление ОС IRIX (SVR3.0).
1988: 4.3BSD Tahoe - 4.3BSD с исходниками. Создание SVR4 на базе System V, BSD и SunOS (X11, NFS, система виртуальной памяти, динамически подключаемые библиотеки). Добавлены: командный интерпретатор ksh, ANSI C, возможности поддержки национальных языков, соответствие стандартам POSIX, X/Open. Появление компьютера NeXT с ОС NeXTSTEP (4.3BSD + Mach 2.0).
1990: 4.3BSD Reno: поддержка различных платформ, NFS, SLIP, Kerberos. SUN Solaris 1 (SunOS 4.1.4). Появление OSF/1 от Open Software Foundation: микроядро Mach 2.6 + SVR4, SMP, нити, Motif GUI.
1991: BSD Net2 (4.3BSD Lite) - не содержит спорного кода AT&T. Появление ОС GNU HURD. Появление ОС Linux (на базе Minix). Выделение из AT&T отдельного подразделения USL (Unix System Laboratories), владеющего кодом AT&T UNIX и System V.
1992: 4.4BSD: виртуальная память как в Mach 2.5, журнализируемая файловая система UFS. Закрытие CSRG в Беркли. SVR4.2: журнализируемая файловая система Veritas FS, списки контроля доступа ACL, динамически загружаемые модули ядра. USL UnixWare 1 - реализация SVR4.2. SunOS 5 = Solaris 2 (SunOS 4 + SVR4).
1993: Появление ОС FreeBSD. Solaris 2.2. NeXTSTEP 3.2. IRIX 5.3, HP-UX 9.04, AIX 4.0, Linux 0.99, UnixWare 1.1.
1994: OSF 1.3: микроядро Mach 3, поддержка 64-битовых платформ. FreeBSD 2.0, SCO OpenDesktop 3.2.4. UnixWare 1.1.2. Linux 1.0.9. USL куплена компанией Novell.
1995: Появление OpenBSD и NetBSD. Solaris 2.5. Появление Digital UNIX (DEC OSF/1). Появление SCO OpenServer 5.0. UnixWare 2.0: SVR4.2 MP от Novell. Novell продает UnixWare и весь исходный код AT&T компании SCO. Выход HP-UX 10 (с добавлениями из UnixWare). Завершение работ над A/UX.
1996: FreeBSD 2.1.6. OpenBSD 2.0. IRIX 6.3. Linux 2.0.21. OpenSTEP 4 - завершение проекта NeXTSTEP. SCO UnixWare 2.1. Микроядро Mach 4.
1997: FreeBSD 2.2.5, OpenBSD 2.2, NetBSD 1.3, Solaris 2.6 (под SPARC и Intel), SCO OpenServer 5.0.4. IRIX 6.4. GNU Hurd 0.2 (+ Mach 4). Linux 2.0.28.
1998: FreeBSD 3.0 (+4.4BSD), Solaris 7, DigitalUNIX 4, SCO: OpenServer 5.0.5, UnixWare 7 (SVR5). HP-UX 11.0. Linux 2.0.36. IBM: проект Monterey (AIX 4.3 + SVR5).
1999: FreeBSD 3.4. OpenBSD 2.6, NetBSD 1.4. Появление Mac OS X и проекта Darwin (Mach 4 + FreeBSD 3.1). Solaris 8 beta. Компанию DEC купил Compaq: Tru64 Unix V.5.0. (DigitalUNIX). IRIX 6.5.6. SCO: OpenServer 5.0.5a, UnixWare 7.1.1. AIX 4.3.3. Linux 2.2.13.
2000: FreeBSD 4.0-4.2. OpenBSD 2.8. NetBSD 1.5. Solaris 8. Apple: Mac OS X Server, Darwin 1.2.1. Tru64 Unix V.5.1. IRIX 6.5.10. SCO: OpenServer 5.0.6. Компания SCO продала все свои ОС компании Caldera (Caldera OpenLinux). Hurd A1, Linux 2.4.0, 2.2.18. HP-UX 11i. AIX 5L alpha (проект Monterey).
2001: FreeBSD 4.4. OpenBSD 3.0. NetBSD 1.5.2. Mac OS X 10.1.2. SUN: Solaris 8 10/01, Solaris 9 alpha (не для Intel-архитектуры). Tru64 Unix V.5.1A, IRIX 6.5.13. SCO OpenServer 5.0.6a. Hurd h3. Caldera: OpenUNIX 8: UnixWare 7.1.1 + LKP=Linux 2.4.0 - прозрачная поддержка Linux-приложений. Linux 2.4.17, 2.0.39, 2.2.20. AIX 5L v.5.1.
2002: FreeBSD 4.7. OpenBSD 3.2. NetBSD 1.6. Mac OS X 10.2 (Jaguar). Darwin 6.2. SUN: Solaris 8 12/02, Solaris 9 OE. QNX 6.2. IRIX 6.5.18. Debian GNU/Hurd J2. SCO: UnixWare 7.1.3 (в продолжение OpenUNIX 8. Caldera снова стала SCO...). Linux (влияние IRIX и AIX, в частности, файловые системы): 2.5.2-2.5.52 - экспериментальное ядро. 2.4.20, 2.2.23. HP-UX 11i v1.6. AIX 5L v.5.2.
2003: FreeBSD 5.1, FreeBSD 4.9. OpenBSD 3.4. NetBSD 1.6.1. Mac OS X 10.3.2. Darwin 6.6-7.2. SUN: Solaris 9 OE 12/03, Solaris 9 x86 PE, Solaris 10 Preview. QNX 6.2.1. IRIX 6.5.22. Debian GNU/Hurd K5. Tru64 Unix V5.1B-1. SCO: UnixWare 7.1.3/OKP (OpenServer Kernel Personality), OpenServer 5.0.7. Linux: 2.6.0, 2.4.23, 2.2.25. HP-UX 11i v2 (в том числе, для Intel Itanium).
2004: FreeBSD 5.2. NetBSD 1.6.2. Solaris 10 Software Express 02/04. IRIX 6.5.23. Linux: 2.6.3, 2.4.25, 2.2.26, 2.0.40.

Современные версии ОС UNIX

Итак, в настоящее время (начало 2004 года - В.К.) мы имеем на платформе Intel x86 следующие основные версии UNIX:

FreeBSD 5.2;
OpenBSD 3.4;
NetBSD 1.6.2;
Linux 2.0, 2.2, 2.4, 2.6 в виде множества различных дистрибутивов;
Solaris 9;
SCO OpenServer 5.0.7 и UnixWare 7.1.3

На других платформах (основные версии):

Linux 2.6.x (практически все платформы);
NetBSD 1.6.2 (практически все платформы);
Mac OS X 10.3.2 (PowerPC);
AIX 5L v5.2 (PowerPC);
Solaris 9, 10 (SPARC);
HP-UX 11i (PA-RISC, Intel Itanium);
Tru64 Unix V.5.1B-1 (Alpha);
IRIX 6.5.23 (MIPS)

Основные характеристики

ОС UNIX имеет следующие основные характеристики:

переносимость;
вытесняющая многозадачность на основе процессов, работающих в изолированных адресных пространствах в виртуальной памяти;
поддержка одновременной работы многих пользователей;
поддержка асинхронных процессов;
иерархическая файловая система;
поддержка независимых от устройств операций ввода-вывода (через специальные файлы устройств);
стандартный интерфейс для программ (программные каналы, IPC) и пользователей (командный интерпретатор, не входящий в ядро ОС);
встроенные средства учета использования системы.

Архитектура ОС UNIX

Архитектура ОС UNIX - многоуровневая. На нижнем уровне, непосредственно над оборудованием, работает ядро операционной системы. Функции ядра доступны через интерфейс системных вызовов, образующих второй уровень. На следующем уровне работают командные интерпретаторы, команды и утилиты системного администрирования, коммуникационные драйверы и протоколы, - все то, что обычно относят к системному программному обеспечению. Наконец, внешний уровень образуют прикладные программы пользователя, сетевые и другие коммуникационные службы, СУБД и утилиты.

Основные функции ядра

Основные функции ядра UNIX (которое может быть монолитным или модульным) включают:

планирование и переключение процессов;
управление памятью;
обработку прерываний;
низкоуровневую поддержку устройств (через драйверы);
управление дисками и буферизация данных;
синхронизацию процессов и обеспечение средств межпроцессного взаимодействия (IPC).

Системные вызовы

Системные вызовы обеспечивают:

сопоставление действий пользователя с запросами драйверов устройств;
создание и прекращение процессов;
реализацию операций ввода-вывода;
доступ к файлам и дискам;
поддержку функций терминала.

Системные вызовы преобразуют процесс, работающий в режиме пользователя, в защищенный процесс, работающий в режиме ядра. Это позволяет процессу вызывать защищенные процедуры ядра для выполнения системных функций.

Системные вызовы обеспечивают программный интерфейс для доступа к процедурам ядра. Они обеспечивают управление системными ресурсами, такими как память, пространство на дисках и периферийные устройства. Системные вызовы оформлены в виде библиотеки времени выполнения. Многие системные вызовы доступны через командный интерпретатор.

Пользовательские процессы и процессы ядра

Пользовательские процессы образуют следующие два уровня и:

защищены от других пользовательских процессов;
не имеют доступа к процедурам ядра, кроме как через системные вызовы;
не могут непосредственно обращаться к пространству памяти ядра.

Пространство (памяти) ядра - это область памяти, в которой процессы ядра (процессы, работающие в контексте ядра) реализуют службы ядра. Любой процесс, выполняющийся в пространстве ядра, считается работающим в режиме ядра. Пространство ядра - привилегированная область; пользователь получает к ней доступ только через интерфейс системных вызовов. Пользовательский процесс не имеет прямого доступа ко всем инструкциям и физическим устройствам, - их имеет процесс ядра. Процесс ядра также может менять карту памяти, что необходимо для переключения процессов (смены контекста).

Пользовательский процесс работает в режиме ядра, когда начинает выполнять код ядра через системный вызов.

Обмен данными между пространством ядра и пользовательским пространством

Поскольку пользовательские процессы и ядро не имеют общего адресного пространства памяти, необходим механизм передачи данных между ними. При выполнении системного вызова, аргументы вызова и соответствующий идентификатор процедуры ядра передаются из пользовательского пространства в пространство ядра. Идентификатор процедуры ядра передается либо через аппаратный регистр процессора, либо через стек. Аргументы системного вызова передаются через пользовательскую область вызывающего процесса.

Пользовательская область процесса содержит информацию о процессе, необходимую ядру:

корневой и текущий каталоги, аргументы текущего системного вызова, размеры сегмента текста, данных и стека для процесса;
указатель на запись в таблице процессов, содержащую информацию для планировщика, например, приоритет;
таблицу дескрипторов файлов пользовательского процесса с информацией об открытых файлах;
стек ядра для процесса (пустой, если процесс работает в режиме пользователя).

Пользовательский процесс не может обращаться к пространству ядра, но ядро может обращаться к пространству процесса.

Системное программное обеспечение

ОС UNIX обеспечивает ряд стандартных системных программ для решения задач администрирования, переконфигурирования и поддержки файловой системы, в частности:

для настройки параметров конфигурации системы;
для перекомпоновки ядра (если она необходима) и добавления новых драйверов устройств;
для создания и удаления учетных записей пользователей;
создания и подключения физических файловых систем;
установки параметров контроля доступа к файлам.

Для решения этих задач системное ПО (работающее в пользовательском режиме) часто использует системные вызовы.

Назад Оглавление Вперёд