- •Раздел 4. Операционная система unix
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Основание и история
- •2. Основные понятия ос unix
- •2.1. Основные понятия
- •2.2. Ядро ос unix
- •2.2.1. Общая организация традиционного ядра ос unix
- •2.2.3. Принципы взаимодействия с ядром
- •2.2.2. Основные функции
- •2.2.4. Принципы обработки прерываний
- •2.3. Файловая система
- •2.3.1. Структура файловой системы
- •2.3.2. Монтируемые файловые системы
- •2.3.3. Интерфейс с файловой системой
- •2.3.4. Разновидности файлов
- •2.3.5. Распределенные файловые системы
- •2.4. Управление устройствами
- •2.4.1. Устройство как специальный файл
- •2.4.2. Драйверы устройств
- •2.4.3. Внешний и внутренний интерфейсы устройств
- •2.5. Принципы защиты
- •2.5.1. Идентификаторы пользователя и группы пользователей
- •2.5.2. Защита файлов
- •2.6. Базовые механизмы сетевых взаимодействий
- •2.6.1. Потоки (Streams)
- •2.6.2. Стек протоколов tcp/ip
- •2.6.3. Программные гнезда (Sockets)
- •2.6.4. Вызовы удаленных процедур (rpc)
- •3. Основные функции и компоненты ядра ос unix
- •3.1. Управление памятью
- •3.1.1. Виртуальная память
- •3.1.2. Аппаратно-независимый уровень управления памятью
- •3.1.3. Страничное замещение основной памяти и swapping
- •3.2. Управление процессами и нитями
- •3.2.1. Пользовательская и ядерная составляющие процессов
- •3.2.2. Принципы организации многопользовательского режима
- •3.2.3. Механизм управления процессами на уровне пользователя
- •3.2.4. Понятие нити (threads)
- •3.2.5. Организация нитей и управлению ими в ос unix
- •3.3. Управление вводом/выводом
- •3.3.1. Принципы системной буферизации ввода/вывода
- •3.3.2. Системные вызовы для управления вводом/выводом
- •3.3.3. Блочные драйверы
- •3.3.4. Символьные драйверы
- •3.3.5. Потоковые драйверы
- •3.4. Взаимодействие процессов
- •3.4.1. Разделяемая память
- •3.4.2. Семафоры
- •3.4.3. Очереди сообщений
- •3.4.4. Программные каналы
- •3.4.5. Программные гнезда (sockets)
- •4. Мобильное программирование в среде ос unix. Стандартные библиотеки
- •4.1. Библиотека системных вызовов
- •4.2. Библиотека ввода/вывода
- •4.3. Дополнительные библиотеки
- •4.4. Файлы заголовков
- •5. Средства интерактивного интерфейса пользователей
- •5.1. Командные языки и командные интерпретаторы
- •5.1.1. Общая характеристика командных языков
- •5.1.2. Базовые возможности семейства командных интерпретаторов
- •5.2. Команды и утилиты
- •5.2.1. Организация команды в ос unix
- •5.2.2. Перенаправление ввода/вывода и организация конвейера
- •5.2.3. Встроенные, библиотечные и пользовательские команды
- •5.2.4. Программирование на командном языке
- •6. Средства графического интерфейса пользователей
- •6.1. Оконная система X как базовое средство графических интерфейсов в среде ос unix
- •6.1.1. Общая организация X-Window
- •6.1.2. Клиентская и серверная части
- •6.1.3. Базовые библиотеки
- •6.2. Средства разработки графических интерфейсов
- •7. Современное состояние ос unix
- •7.2. Системы, основанные на System V Release 4
- •7.3. Свободно распространяемые и коммерческие варианты ос unix семейства bsd
- •7.4. Другие свободно распространяемые варианты ос unix
- •7.5. Стандарты ос unix
- •Заключение
- •Литература
2.6.3. Программные гнезда (Sockets)
Механизм программных гнезд (Sockets) впервые был реализован в 1982 году в UNIX BSD 4.1 в качестве развитого средства межпроцессных взаимодействий. Это средство позволяет любому процессу обмениваться сообщениями с любым другим процессом, независимо от того, выполняются они на одном компьютере или на разных, соединенных сетью. Функционально механизм программных гнезд близок к возможностям TLI (пятый уровень модели ISO/OSI).
Программные гнезда входят в число обязательных компонентов стандартной среды ОС UNIX, однако реализуются в разных системах по-разному. В BSD-ориентированных системах Sockets исторически реализуются в ядре ОС, и пользователям предоставляются пять специальных системных вызовов: socket, bind, listen, connect и accept.
В UNIX System V Release 4 тоже поддерживается механизм программных гнезд, однако он реализован не внутри ядра системы, а в виде набора библиотечных функций (библиотеки /usr/lib/libsocket.a), которые написаны с использованием механизма TLI. Заметим, что это в очередной раз демонстрирует преимущества подхода открытых систем, который всегда поддерживался в мире ОС UNIX: при наличии четко определенных интерфейсов и развитых базовых средств прикладной программист и разработанные им программы не должны зависеть от конкретной реализации. Тем не менее, разработчики и поставщики System V призывают не использовать механизм Sockets в новых программах, а опираться непосредственно на возможности TLI.
2.6.4. Вызовы удаленных процедур (rpc)
Основными идеями механизма вызова удаленных процедур (RPC - Remote Procedure Calls) являются следующие:
а) Во многих случаях взаимодействие процессов носит ярко выраженный асимметричный характер. Один из процессов ("клиент") запрашивает у другого процесса ("сервера") некоторую услугу (сервис) и не продолжает свое выполнение до тех пор, пока эта услуга не будет выполнена (и пока процесс-клиент не получит соответствующие результаты). Видно, что семантически такой режим взаимодействия эквивалентен вызову процедуры, и естественно желание оформить его должным образом синтаксически.
б) Как уже отмечалось, ОС UNIX по своей идеологии с самого начала была по-настоящему сетевой операционной системой. Свойства переносимости позволяют, в частности, предельно просто создавать "операционно однородные" сети, включающие разнородные компьютеры. Однако, остается проблема разного представления данных в компьютерах разной архитектуры (часто по-разному представляются числа с плавающей точкой, используется разный порядок размещения байтов в машинном слове и т.д.). Плохо, когда решение проблемы разных представлений данных возлагается на пользователей. Поэтому второй идеей RPC является автоматическое обеспечение преобразования форматов данных при взаимодействии процессов, выполняющихся на разнородных компьютерах.
Впервые пакет RPC был реализован компанией Sun Microsystems в 1984 году в рамках ее продукта NFS. Пакет был тщательно специфицирован с тем, чтобы пользовательский интерфейс и его функции не были зависимыми от применяемого транспортного механизма. Заметим, что в настоящее время Sun распространяет два варианта пакета - бесплатный (Public Domain), основанный на использовании программных гнезд, и коммерческий, базирующийся на механизме потоков. В обоих случаях пакет реализуется как набор библиотечных функций. Например, в случае использования коммерческого варианта RPC в среде System V программы должны компоноваться с библиотекой /usr/lib/librpcsvc.a. Специальные системные вызовы для реализации RPC не поддерживаются.
Независимость от конкретного машинного представления данных обеспечивается отдельно специфицированным протоколом XDR (EXternal Data Representation - внешнее представление данных). Этот протокол определяет стандартный способ представления данных, скрывающий такие машинно-зависимые свойства, как порядок байтов в слове, требования к выравниванию начального адреса структуры, представление стандартных типов данных и т.д. По существу, XDR реализуется как независимый пакет, который используется не только в RPC, но и других продуктах (например, в NFS).