Systemy operacyjne, laboratorium 01

Cel laboratorium: Zapoznanie si

z podstawowymi definicjami, przyswojenie ogólnej

wiedzy na temat rozwoju systemów operacyjnych, wst

pne zapoznanie si

struktur

systemu i podstawowe komendy Linux'a.

(1) Wiadomo

ci ogólne:

System komputerowy – zestaw sprz

tu (hardware) i „o

ywiaj

cego” go oprogramowania

(software). Oba te elementy tworz

zasoby systemu.

Zasoby systemu komputerowego to:

✔

procesor (ang. CPU – Central Processing Unit) – element wykonuj

cy program

✔

pami

ęć

operacyjna – umieszczane s

w niej wykonywane programy

✔

program

→

✔

dane

✔

urz

dzenia zewn

trzne: drukarki, terminale, pami

ci dyskowe, ta

mowe itp.

Program – zbiór instrukcji zrozumiałych dla komputera przechowywanych na
odpowiednim no

niku danych i przenoszonych do pami

ci operacyjnej na czas

wykonywania programu.
Wykonywanie programu polega na post

powaniu zgodnie z zapisan

instrukcj

(algorytmem).

Elementem umo

liwiaj

cym prac

całego systemu komputerowego jest pewien minimalny

zestaw oprogramowania okre

lany powszechnie mianem systemu operacyjnego (ang.

operating system – OS).

Do najbardziej znanych rodzin i typów systemów operacyjnych nale

Ŝą

✔

Amiga: AmigaOS, AROS Research Operating System (AROS), MorphOS

✔

Apple: Apple DOS, ProDOS, GS/OS, Mac OS, Mac OS X, Mac OS X Server, A/UX,
Lisa OS

✔

Atari: Atari TOS, MultiTOS, FreeMiNT

✔

Be: BeOS, BeIA, NewOS/Haiku, yellowTAB Zeta

✔

DEC/Compaq: AIS, OS-8, RSTS/E, RSX, RT-11, TOPS: TOPS-10, TOPS-20, VMS
(pó

niej przemianowany na OpenVMS)

✔

IBM: OS/2, AIX, OS/400, OS/390, VM/CMS, DOS/VSE, DOS/360, OS/360, MFT,
MVT, PC-DOS, SVS, MVS, TPF, ALCS, z/OS

✔

ICL: EXEC, JEAN, MINIMOP, GEORGE

✔

Microsoft: MS-DOS (PC-DOS, DR-DOS, FreeDOS, DOS, QDOS), Microsoft
Windows: 1.0, 2.0, 3.x, 95/98/98 SE/Me, CE, NT/2000/XP/2003/2008/FLP/Vista

✔

Novell: NetWare, Novell DOS

✔

NeXT: NeXTStep

✔

Unisys: MCP(Master Control Program), OS 2200.

✔

UNIX i jego pochodne: AIX, BSD, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD, DragonFly BSD,
DesktopBSD, PC-BSD, Digital UNIX, HP-UX, IRIX, Mac OS X, Minix, OSF/1, SCO
UNIX, Sun Solaris (dawniej SunOS), System V, QNX, Ultrix, Venix, Xenix,
GNU/Linux (system GNU z j

drem Linux), GNU/Hurd (system GNU z j

drem

Hurd),, Linux

✔

systemy czasu rzeczywistego (ang. realtime systems): LynxOS, OS9, Phoenix-
RTOS, QNX, Nut/OS, RT-Linux, SenseOS, VxWorks, Suse Linux Enterprise Real
Time, MicroC/OS-II

Zadaniem ka

dego systemu operacyjnego jest:

✔

efektywne wykorzystywanie sprz

tu (procesora, pami

ci itp.)

✔

koordynowanie pracy sprz

tu, programów i u

ytkowników

✔

ułatwienie u

ytkownikom korzystania z komputera

Poprzez realizacj

tych zada

OS kontroluje niemal wszystkie czynno

ci komputera i

urz

dze

podł

czonych. Decyduje w jaki sposób s

wykorzystywane zasoby

komputerowe, a wi

c i co wy

wietlane jest na ekranie monitora.

Ze wzgl

du na wysoki stopie

komplikacji budowy sprz

tu komputerowego, zazwyczaj nie

zezwala si

programom na bezpo

redni dost

p do zasobów sprz

towych, a jedynie

poprzez OS. Rozwi

zuje to wiele problemów np. umo

liwia OS zachowanie kontroli nad

prac

komputera, zwalnia z gruntownej znajomo

ci zasad pracy komputera i urz

dze

peryferyjnych programistów i u

ytkowników.

Budowa OS determinowana jest ich typem i przeznaczeniem. System operacyjny mo

stanowi

jeden program, lub kilka, czy kilkana

cie, z których pewien wyró

niony, b

ich

grupa nosi nazw

dra systemu (ang. kernel). Kernel uruchamiany jest jako proces

pierwotny i sprawuj

c kontrol

nad całym systemem komputerowym. OS dostarczane s

pewnym zestawem programów usługowych, które wspomagaj

działanie j

dra. Składaj

na nie zarówno proste, odpowiedzialne za wykonywanie pojedynczych polece

ytkownika, jak i bardziej rozbudowane programy o szerszym zastosowaniu (okre

lane

one terminem aplikacji u

ytkowych lub oprogramowania aplikacyjnego)

Do ko

ca lat 60-ych wi

kszo

ść

z powstałych przed Unix'em systemów operacyjnym

dedykowana była okre

lonemu typowi komputerów – wi

zało si

to z wysokimi nakładami

kosztów i szybkim starzeniem si

OS, wraz z unowocze

nianiem konstrukcji sprz

towych.

Doprowadziło to do unifikacji (zmniejszenia ró

norodno

ci) konstrukcji sprz

komputerowego i przystosowania systemów operacyjnych do pracy na całej rodzinie, a nie
(jak do tej pory) na jednym typie komputerów.
Wprowadzono wi

c ujednolicenie koncepcyjne w zakresie danej rodziny komputerów, na

których mo

na było uruchamia

OS jak i aplikacje u

ytkowe. Dana rodzina komputerów

charakteryzuje si

podobn

architektur

(konstrukcj

) oraz tym samym lub zbli

onym

typem zastosowanego procesora. Mówimy wi

c o platformie komputerów osobistych klasy

PC, które bazuj

na procesorach typu x86 firmy Intel, zapocz

tkowanych przez 16-bitowy

procesor 8086, które z kolei wywodził si

z 8-bitowego układu 8085. Nazwa architektury

wywodzi si

od nazw pierwszych modeli z tej rodziny, których numery ko

czyły si

liczb

86.

W zakresie unifikacji konstrukcji sprz

tu najbardziej znacz

rol

odegrały firmy DEC i

IBM, natomiast w zakresie OS Laboratoria Bella w których opracowana system Unix i
udost

pniono go nieodpłatnie ameryka

skim uniwersytetom. Zapocz

tkowało to szybki

rozwój Unixa i przystosowanie go do pracy z ró

nymi komputerami. Dalsze modyfikacje i

migracja systemu mo

liwa była dzi

ki zastosowaniu j

zyka C w znacznej cz

ęś

ci kodu

(fragmenty assemblera – wewn

trzny j

zyk komputera – realizowały tylko te, najbardziej

zale

ne od sprz

tu cz

ęś

ci kodu).

(2) Struktura systemu plików, powłoka systemowa i podstawowe

komendy

Po zalogowaniu si

do systemu, automatycznie uruchamiana jest powłoka systemu (ang.

shell). Najpopularniejsz

obecnie stosowan

powłok

jest bash (Bourne-Again Shell) jej

starczym odpowiednikiem jest sh (Bourne Shell).
To, jaka powłoka jest automatycznie uruchamiana podczas logowania okre

lone jest w

nast

puj

cej lokalizacji:

/etc/passwd

Aby, móc jednak wy

wietli

zawarto

ci plików potrzebna jest znajomo

ść

✔

zestawu komend umo

liwiaj

cych sprawne poruszanie si

po systemie plików,

✔

narz

dzi do podgl

du,

✔

wiedzy o strukturze drzewa katalogów systemów Unix'owych, w tym Linux'a
(aktualnie u

ywanej dystrybucji).

Pomoc systemowa

Systemy Unix oferuj

pomoc systemow

(

man, apropos, whatis

) w postaci tekstowych

dokumentów opisuj

cych działanie, składni

wywołania programów i narz

dzi

zainstalowanych w systemie. Dokumentacja dost

pna jest po wpisaniu polecenia man

(ang. manual) i podaniu jako pierwszego argumentu nazwy programu, usługi, lub pliku
(systemowego), dla którego pomoc chcemy uzyska

, np.:

man passwd

Dokumentacja podzielona jest na sekcje, których ilo

ść

zale

y upodoba

twórcy.

Główne cz

ęś

ci opisu to:

NAME: zawiera zwi

zły opis działania polecenia

SYNOPIS: składnia poleceniach
AVAILABILITY: platforma sprz

towa, na której dost

pne jest polecenie

DESCRIPTION: pełny opis wywoływanego polecenia
EXAMPLES: przykłady u

ycia polecenia

FILES: pliki np.: konfiguracyjne
SEE ALSO: powi

zania, polecenia pokrewne

cej na temat samej pomocy mo

na dowiedzie

wpisuj

man man

Nawigacja stron pomocy kontrolowana jest poleceniem

przy pomocy nast

puj

cych

skrótów: spacja (kolejna strona), Ctrl+B (poprzednia strona), q – zamkni

cie i opuszczenie

przegl

darki, / - wyszukiwanie tekstu w przód lub ? w tył, n,N – przej

cie do nast

pnego

(n) lub poprzedniego (N) wyst

pienia poszukiwanego wyra

enia

Zadanie 1:
Zapoznaj si

z zawartymi powy

ej poleceniami. Sprawd

jak nazywa si

przedostatnia

sekcja dokumentacji man, podaj nazw

pierwszego powi

zania wyst

puj

cego w tej

sekcji. Jaka komenda wy

wietla ostatni rozdział tego powi

zania?

Struktura drzewa katalogów

Rodzin

systemów Unix'owych cechuje hierarchiczna (drzewiasta) struktura plików i

katalogów przypominaj

ca odwrócone drzewo. Skoro wyst

puje tu jakie

„drzewo” to musi

i korze

(ang. root). W rzeczy samej Unix'y posiadaj

korze

, jest nim katalog główny

(ang. Root directory) oznaczany symbolem „/” (ang. slash). U

yte sformułowania

„hierarchiczna” nie jest do ko

cisłe, poniewa

wyst

powa

mog

tutaj dowi

zania

danego pliku do ró

nych katalogów, jak i plików do plików.

Na ogół system plików (ang. file system – fs) głównego katalogu wi

kszo

ci dystrybucji

Linux'owych posiada nast

puj

struktur

/
|—/bin
|—/boot
|—/dev
|—/etc
|—/home
|—/lib
|—/mnt
|—/opt
|—/proc
|—/lost+found
|—/root
|—/sbin
|—/tmp
|—/usr
  |—/bin
  |—/lib
  |—/sbin
  |—/tmp
/var

—

katalog główny (root dir)

—

katalog bazowego zestawu polece

—

katalog plików rozruchu systemu

—

katalog plików specjalnych, reprezentuj

cych urz

dzenia

—

katalog plików konfiguracyjnych systemu

—

katalog kont u

ytkowników (poza root'em)

—

katalog bibliotek systemowych i plików nagłówkowych

—

punkt mount'owania systemu plików i urz

dze

—

katalog instalacji oprogramowania zewn

trznego

—

katalog specjalny, informacje systemowe (wirtualny fs)

—

pliki odzyskane podczas sprawdzania spójno

ci fs

—

katalog domowy administratora

—

katalog programów systemowych

—

katalog plików tymczasowych

—

katalog podkatalogów systemowych

—

podkatalog uzupełniaj

cego zestawu polece

—

podkatalog bibliotek narz

dziowych

—

podkatalog uzupełniaj

cych programów systemowych

—

podkatalog plików tymczasowych

—

katalog zmieniaj

cych si

plików systemowych (logi, kolejki)

Unix posiada 3 rodzaje plików:

(a) zwykłe pliki dyskowe (ang. files) s

to pliki binarnej lub tekstowej.

(b) katalogi (ang. directory) zawieraj

(lub nie) pliki dowolnego z wymienionych typów.

dotyczy

●

urz

dze

zewn

trznych zainstalowanych w komputerze (dyski,

karty muzyczne itp.)

●

czy nazwanych (pliki FIFO) słu

Ŝą

cych do porozumiewania si

procesów

niespokrewnionych. Ł

cze musi zosta

jawnie utworzone, jako plik specjalny

poprzez funkcj

mknod()

. Dalsze mechanizmy porozumiewania si

analogiczne jak w przypadku plików. Usuni

cie ł

cza nast

puje poprzez funkcj

unlink()

Nazwy rozpoczynaj

ce si

uko

nikiem „

” okre

laj

pełn

cie

(ang. absolute

pathname) do pliku:

/etc/passwd

okre

la,

e plik

passwd

znajduje si

w katalog

etc

, do którego dost

p jest bezpo

rednio z

głównego katalogu. Je

li w linii nie było by pierwszego uko

nika:

etc/passwd

to o pliku passwd wiedzieliby

my tylko tyle,

e znajduje si

w katalogu (ang. relative

pathname) etc. Gdyby był to jaki

mniej charakterystyczny katalog i plik to jedyn

nadziej

na znalezienie znajduj

cego si

nim pliku byłoby skorzystanie z programu

umo

liwiaj

cego wyszukiwanie.

Prócz charakterystycznego symbolu / oznaczaj

cego katalog główny, u

ywa si

tak

innych symboli dla okre

lenia wybranych katalogów:

. - oznacza katalog bie

Ŝą

cy,

.. - oznacz katalog bezpo

rednio nadrz

dny;

~ - oznacz katalog domowy u

ytkownika.

Nazwa pliku zwykłego i katalogu mo

e składa

z dowolnego ci

gu znaków ASCII.

Wielkie i małe litery s

rozró

nialne. Ze wzgl

du na specjalne znaczenie niektórych

znaków dla shella, zaleca si

ywanie w nazwach tylko znaków przenaszalnych: liter,

cyfr, podkre

lenia i kropki. Znaki o specjalnym znaczeniu dla powłoki (zwane

metaznakami) to:

* ? ; | & \ < > [ ] ` ' ”

ycie ich w nazwach plików wi

ąŜ

e si

z tym,

e w poleceniach odwołuj

cych si

do takich

nazwa musz

„cytowane” z u

yciem:

znaku backslash

, apostrofów

lub cudzysłowów

”

li nazwa pliku zaczyna si

od znaku kropki, to dla pewnej grupy polece

plik jest

traktowany jako ukryty.

Poruszanie si

po systemie plików

pwd

(ang. print working directory)

cd arg

(ang. change directory)

mkdir arg

(ang. make directory)

rmdir arg

(ang. remove directory)

mv arg1 arg2

(ang. move)

(ang. list)

– wy

wietla nazw

aktualnego katalogu roboczego

– zmienia katalog na podany w argumencie (o ile
istnieje)
– tworzy katalog podany w argumencie (o ile nie
istnieje)
– usuwa katalog podany w argumencie (o ile istnieje)
– przenosi, b

zmienia nazw

, jako pierwszy

argument podaje si

przenoszony pliku/katalog, jako

drugi miejsce lub docelow

nazw

– listuje standardow

zawarto

ść

bie

Ŝą

cego katalogu

Przykłady:

login@nazwa:~$ pwd
/home/login
login@nazwa:~$ cd ..
login@nazwa:/home$ pwd
/home
login@nazwa:/home$ mkdir ./login/test01
login@nazwa:/home$ cd ~/test01
login@nazwa:~/test01$ pwd
/home/login/test01
login@nazwa:~/test01$ cd /
login@nazwa:/$ pwd
/
login@nazwa:/$ mv ~/test01 ~/test02

login@nazwa:/$ cd /home/login/test02
login@nazwa:~test02$ pwd
/home/login/test02
login@nazwa:~test02$ rmdir ../test02 ~/x1
login@nazwa:~$ cd ..
login@nazwa:~$ cd test02
-bash: cd: test02: No such file or directory

wietla aktualny kat. roboczy

wychodzi do katalogu
nadrz

dnego

tworzy katalog test01 w kat.
domowym przy u

yciu

cie

bezwzgl

dnej

wychodzi o głównego kat.

zmienia nazw

kat. test01

znajduj

cego si

w kat.

domowym na test02
tworzy podkatalog x1, a
nast

pnie przenosi go katalogu

domowego

usuwa zarówno katalog test02,
jak i x1

Zadanie 2:
Przy u

yciu pojedynczej komendy wyjd

do głównego katalogu. Wejd

do katalogu

domowego u

ywaj

cie

ki bezwzgl

dnej. Stwórz katalog o nazwie wg wzoru

dzien'miesi

c`pierwszaliteranazwiska|pierwszeliteraimienia

np.:

1'10`B|A

wejd

do stworzonego tego katalogu i wy

wietl nazw

aktualnego katalogu roboczego, a

nast

pnie wyjd

do katalogu nadrz

dnego i wy

wietl list

wszystkich! plików i katalogów.

ywaj

cie

ki bezwzgl

dnej, jednym poleceniem stwórz w wewn

trz ostatnio

powstałego katalogu podkatalog o nazwie

test

, a nast

pnie usu

go w ten sam sposób.

Działania na plikach (katalogach)

* zast

puje ci

g dowolnych znaków

? zast

puje dokładnie jeden znak

[lista] – zast

puje dokładnie jeden znak z podanej listy znaków w nawiasie kwadratowym

[abc] – na okre

lonej pozycji nazwy pliku mo

e wyst

tylko jedna z liter a, b lub c

[a-z] – na okre

lonej pozycji nazwy pliku mog

wyst

liter od a do z

[19] – na okre

lonej pozycji nazwy pliku mo

e wyst

tylko cyfra 1 lub 9

touch arg1

tworzy plik o podanej nazwie, lub zmienia dat

stworzenia pliku

head arg1

wietla 10 pierwszych linii pliku podanego jako argument

-c, --bytes=[-]ILE

wypisanie pierwszych ILE bajtów z ka

dego pliku

-n, --lines=[-]ILE

wypisanie pierwszych ILE linii zamiast 10

z `-' - wypisanie wszystkich oprócz ostatnich ILE bajtów/linii ka

dego pliku

tail arg1

wietla 10 ostatnich linii pliku podanego jako argument

-c, --bytes=N

wypisanie ostatnich N bajtów

-f, --follow[={name|descriptor}]

wypisywanie nowych danych kiedy plik ro

nie;

-f, --follow i --follow=descriptor s

równowa

-n, --lines=N

wypisanie ostatnich N linii zamiast ostatnich 10

cat arg1 arg2 ...

wietla zawarto

ść

pliku(ów) podanego(ych) jako argument(y)

-b

numeracja niepustych linii

more arg1 arg2...

wietla zawarto

ść

pliku(ów) podanego(ych) jako argument(y)

stronami

Po wy

wietleniu ekranu z zawarto

pliku, program oczekuje instrukcji od u

ytkownika:

wietla help

<spacja> to samo co

przewija ekran do dołu

<enter>

przewija lini

w dół

przewija 3 ekrany do tyłu

czy prac

przegl

darki more

less arg1 arg2...

podobny do

, pozwalaj

cym na poruszanie si

w tył w pliku

tak samo jak w przód

Zmiana standardowych wyj

ść

i wej

ść

(przekierowania)

W czasie wykonywania danego polecenia strumienie danych wyj

ciowych, wej

ciowych i

diagnostycznych mog

zosta

skojarzone z innymi wej

ciami, wyj

ciami ni

domy

lne, dla

okre

lonego polecenia.

Strumie

danych wyj

ciowych przekierowany jest do argumentu (mo

e to by

plik lub

urz

dzenie), natomiast potencjalne bł

dy (strumie

diagnostyczny) w dalszym ci

kierowane b

na ekran.

Zawarto

ść

pliku

plik1

przekierowana została to stworzonego automatycznie pliku

plik2

eli

plik2

istniał i posiadał jakie

informacje to zostały one nadpisane!

Strumie

danych wyj

ciowych przekierowany jest do argumentu i dopisywany jest na jego

cu (w przypadku pliku). Strumie

diagnostyczny w

druje na ekran terminala.

Strumie

danych wej

ciowy przekierowany jest z argumentu (pliku) do polecenia, a bł

kierowane s

na ekran.

Na okre

lony adres pocztowy z podanym tematem, zostanie wysłana wiadomo

ść

znajduj

ca si

pliku

zawartosc

Strumie

zarówno danych wyj

ciowych i diagnostyczny przekierowane s

do argumentu

Symbol potoku „

” stosuje si

do przetwarzania strumieni danych. Mo

liwe jest tworzenie

ła

cuchów polece

, które wzajemnie przerabiaj

dane.

Bez u

ycia przekierowania wyników komendy

, mo

na by było zobaczy

tylko

ostatni ekran wyniku listowania zawarto

ci katalogu

/etc/

. Jeszcze lepszym

rozwi

zaniem jest zast

pienie komendy

przez

less

, dlaczego?

Zadanie 3: W stworzonym poprzednio katalogu utworzy

plik o nazwie test03. Umie

tym pliku list

wszystkich plików ko

cych si

na litery „g” i „h” z katalogu /etc, a

nast

pnie dopisa

do tego pliku list

wszystkich urz

dze

z katalogu /dev w nazwach

których dwie pierwsze litery to „hd”.
Usun

ąć

wszystkie pliki i katalogi tworzone podczas tego laboratorium.

Wreszcie mo

na si

przekona

jakiej domy

lnej powłoki u

ywamy:

bash

...

Plik ten ma nast

puj

konstrukcj

login_name:hasło:uid:gid:imie_nazwisko:katalog_domowy:powłoka

login_name

nazwa u

ytkownika w systemie

hasło

zakodowane hasło przypisane do login_name, je

li w tym miejscu stoi