Алексей Федорчук
2005 г
Одной из отличительных особенностей логического устройства файловой системы операционок POSIX-семейства является их иерархическая, или древовидная, организации (правда, как я уже говорил дерево выглядит это немного странно). То есть здесь нет, как в DOS или Windows любого рода, обозначений (например, буквенных, или каких-либо иных) для отдельных носителей и их разделов: все они включаются в единую структуру в качестве подкаталогов главного каталога. называемого корневым. Процесс подключения файловых систем на самостоятельных физических носителях (и их разделах) к корню файлового древа называется монтированием, а подкаталоги, содержимое которых они составляют, именуются точками монтирования.
Исторически в Unix сложилась определенная структура каталогов, весьма сходная в разных представителях этого семейства в общих чертах, но несколько различающаяся в деталях. В частности, файловая иерархия в BSD-системах почти идентична, отличаясь от таковой в Linux. А в последней существенные отличия обнаруживаются между разными дистрибутивами. Вплоть до того, что структура файловой иерархии является одним из дистрибутив-специфичных признаков.
Такое положение дел затрудняет сочинение кросс-платформенных приложений. И потому существует и активно развивается проект стандартизации файловой иерархии — FHS (Filesystem Hierarchy Standard).
Проект FHS был направлен первоначально на упорядочивание структуры каталогов в многочисленных дистрибутивах Linux. Позднее он был приспособлен для других Unix-подобных систем (в том числе и BSD-клана). И ныне предпринимаются активные (но не очень успешные) усилия к тому, чтобы сделать его стандартом для POSIX-систем не только по имени, но и фактически.
Стандарт FHS покоится на двух основополагающих принципах — четком отделении в файловой иерархии каталогов разделяемых и неразделяемых, с одной стороны, и неизменяемых и изменяемых — с другой.
Противопоставление разделяемых и неразделяемых каталогов обусловлено изначально сетевой природой Unix. То есть данные, относящиеся к локальной машине (например, файлы конфигурирования ее устройств) должны лежать в каталогах, отдельных от тех, содержимое которых доступны с других машин в сети, локальной или глобальной (примером чему являются не только пользовательские данные, но и программы).
Суть противопоставления неизменяемых и изменяемых каталогов легко пояснить на примере. Так, те же общие пользовательские программы по природе своей должны быть неизменяемыми (вернее, доступными для модификации только администратору системы, но не самому пользователю, применяющему их в своей работе). В то же время эти программы при своей работе генерируют не только файлы данных, скажем, тексты или изображения (изменяемая их природа ясна без комментариев), но всякого рода служебную информацию, типа log-файлов, временных файлов и тому подобного). Каковая и должна группироваться в каталогах, отделенных от собственно исполнимых файлов программ, необходимых для их запуска библиотек, конфигурационных файлов и т.д.
Тем не менее, не смотря на активное продвижение во многих дистрибутивах Linux из числа наиболее распространенных, статуса истинного стандарта FHS не обрел. Существует немало дистрибутивов Linux, не использующие некоторые его положения. А с традиционной файловой иерархией BSD-систем он соотносится лишь частично.
И причина — в том, что FHS игнорирует еще одно противопоставление, очень важное для пользователя: противопоставление легко восстановимых частей файловой системы, и тех ее компонентов, которые восстановимы с трудом или невосстановимы вообще.
К первым, как ни странно, можно отнести саму базовую систему: ведь переустановка ее с дистрибутивного носителя, в случае фатального краха, дело не столь уж сложное. К трудновосстановимым частям файловой системы, очевидно, относятся пользовательские данные: даже в случае регулярного их резервирования (а многие ли пользователи столь аккуратны?) развертывание их из архивов потребует немалого времени (и почти неизбежно повлечет некоторые потери).
Кроме того, в BSD-системах и Source Based дистрибутивах Linux к трудновосстановимым каталогам я отнес бы все, связанное с пакетным менеджментом — дерево портов FreeBSD или pkgsrc в NetBSD (и системах, его заимствовавших), их аналоги в дистрибутивах Linux, собственно исходники портированных программ, да и исходные тексты системы тоже. Ибо, даже если все это имеется на дистрибутиве, эти компоненты файловой системы, как правило, поддерживаются пользователем в актуальном состоянии путем синхронизации по Сети с серверами проекта (иначе их использование лишено смысла). И их утрата повлечет как временные (особенно при модемном подключении), так и финансовые (мало кто является счастливым обладателем бесплатного доступа в Интернет) потери.
Четкое следовании концепции отчленения разделяемых и неразделяемых, неизменяемых и неизменяемых, восстановимых и невосстановимых каталогов друг от друга позволяет, в рамках единой древовидной файловой иерархии, обособить отдельные ее ветви физически — то есть в виде самостоятельных файловых систем, размещенных на изолированных устройствах (дисках, дисковых разделах, слайсах, партициях etc.). Резонов к тому много — и повышение быстродействия, и увеличение надежности, и просто соображения удобства, — но и о них сейчас речь не пойдет. Потому что в данный момент для нас важно только то, что эти ветви файлового древа должны быть инкорпорированы в общую файловую систему.
Собственно говоря, для функционирования абсолютно необходимо наличие лишь одной файловой системы — той, что монтируется в корневой каталог файлового древа (своего рода аналог мирового дерева Иггдрассиль). Корневой каталог и его непременные ветви обязательно должны составлять единую файловую систему, расположенную на одном носителе — диске, дисковом разделе, программном либо аппаратном RAID-массиве, или логическом томе в понимании LVM. И в нем должны располагаться все компоненты, необходимые для старта системы и, в идеале, — ничего сверх того.
Просмотреть состав корневого каталога можно командой
$ ls -1 /
которая в любой POSIX-системе покажет некий минимальный джентльменский набор каталогов:
Bin/ boot/ etc/ root/ sbin/
Именно в них собраны все файлы, без которых система не может существовать. Прочие каталоги — примерно такие:
Home/ mnt/ opt/ tmp/ usr/ var/
Они а) не обязательны (по крайней мере, теоретически — практически обойтись без них трудновато), б) не каждый из них присутствует во всех системах и дистрибутивах, и в) каждый из них может быть (и часто является — если все делать по уму) точкой монтирования собственной ветви файлового древа.
Кроме этого, в большинстве случаев в корне файловой системы POSIX-совместимых ОС присутствуют еще два подкаталога:
Dev/ proc/
Это обычно — точки монтирования виртуальных файловых систем — устройств и процессов, соответственно (хотя, если файловая система устройств не используется, каталог /dev обязательно должен быть компонентом корневой файловой системы. Наконец, в Linux-системах, как правило, в корне файлового древа лежит еще и каталог /lib , предназначенный для главных системных библиотек. А при использовании механизма udev неизбежным оказывается еще и каталог /sys , в который монтируется виртуальная файловая система sysfs .
Корневая файловая система является неразделяемой (то есть не предназначенной для совместного использования разными машинами сети) и неизменяемой (то есть изменения в нее может вносить только администратор системы, но не пользовательские программы и, тем более, не пользователи). Причем крайне не рекомендуется создавать в ней подкаталоги сверх предусмотренных стандартом (и перечисленных выше).
Наполнение корневой файловой системы подбирается с таким рассчетом, чтобы машина могла стартовать и сохраняла бы минимальную функциональность даже при аварийной загрузке (или в однопользовательском режиме), когда все остальные файловые системы не монтируются (и, соответственно, такие ее ветки, как /usr или /var , могут оказаться недоступными.
В соответствие с этим старт машины обеспечивается файлами каталогов /boot и /etc . В первом размещаются ядро системы — исполнимый файл «особого назначения», — и все, что требуется для его загрузки: в Linux, например, это системная карта (файл /etc/System.map), а во FreeBSD — загружаемые модули ядра. Впрочем, подчас ядро размещается непосредственно в корне файловой системы, и тогда каталог /boot может отсутствовать вовсе, а под модули ядра может отводиться каталог /modules .
Каталог /etc предназначен для общесистемных конфигурационных файлов, определяющих условия ее загрузки. Содержимое его очень сильно зависит от системы (а в Linux — еще и от дистрибутива), и потому рассматривать его здесь я не буду — к этой теме придется еще не раз возвращаться.
Минимально необходимая функциональность обеспечивается содержимым каталогов /bin и /sbin — в них собраны исполнимые файлы важнейших пользовательских и системных программ, соответственно, тех самых, которые позволят выполнить комплекс ремонтно-спасательных мероприятий и привести машину в человеческий вид после сбоя.
Разнесение системных и пользовательских программ по подкаталогам корня — достаточно условно. Ни одна из команд этих для решения пользовательских задач по настоящему не предназначена. Просто в каталоге /bin собраны команды администрирования, к которым время от времени обращается (или может обратиться) и обычный пользователь, а каталог sbin предназначен для команд, о которых пользователю и знать-то не положено. И которыми он, в большинстве случаев, все равно не сможет воспользоваться по причине отсутствия соответствующих полномочий (например, требуемых прав доступа к файлам устройств).
Для запуска POSIX-программ (в том числе и тех, что собраны в каталогах /bin и sbin), как правило, требуется доступ к функциям общесистемных библиотек (в первую очередь — главной библиотеки glibc). И потому (почти) непременный компонент корневого каталога — подкаталог /lib , в коем они и собраны.
В Linux каталог /lib служит еще одной важной цели — в его подкаталоге (/lib/modules) собраны загружаемые модули ядра (во FreeBSD их место — каталог /boot/kernel).
Во FreeBSD каталога /lib в корневой файловой системе не обнаруживается — соответствующие компоненты здесь размещаются в /usr/lib (см. далее). Это связано с тем, что исторически во FreeBSD важнейшие общесистемные программы собирались так, что требуемые им библиотечные функции встраивались в их исполнимые файлы (так называемая статическая линковка, о которой речь пойдет в главе 14). Во FreeBSD 5-й ветки программы из каталогов /bin и /sbin линкуются динамически, то есть при отсутствии каталога /usr (а во Free это почти всегда отдельная ветвь файловой системы) они не функционируют. В компенсацию чего предусмотрен выходящий за рамки стандартов каталог /restore , содержащий те же программы, но слинкованные статически (как следует из имени каталога, единственным назначением его содержимого являются аварийно-спасательные работы).
И, наконец, /root . Это — обычный домашний каталог одноименного пользователя, сиречь администратора системы. Поскольку никакой практической работы он не делает (или, по крайней мере, делать не должен), содержимое его — лишь собственные конфигурационные файлы суперпользователя (пользовательской командной оболочки, любимого редактора и так далее).
Исторически каталог /usr предназначался для пользовательских программ и данных. Ныне эти функции распределены между каталогами /usr/local и /home (хотя и сейчас во FreeBSD по умолчанию последний представляет собой символическую ссылку на /usr/home). Каталог же /usr — не изменяемый, но разделяемый, — служит вместилищем основной части прикладных программ и всего, что к ним относится — исходных текстов, конфигурационных файлов, разделяемых библиотек, документации и тому подобного хозяйства.
Состав каталога /usr существенно различается в BSD-системах и в Linux. В первых в него помещаются только неотъемлемые части операционной системы (того, что во FreeBSD объединяется понятием Distributions). Приложения же, устанавливаемые из портов или пакетов, имеют место своей прописки подкаталог /usr/local , который может представлять отдельную ветвь файлового древа.
В Linux каталог /usr служит вместилищем всех программ (и их компонентов), штатно включенных в состав дистрибутива. А подкаталог /usr/local предназначается обычно для программ, самостоятельно собираемых из исходников.
В любом случае, обычный состав каталога /usr следующий (по выводу команды ls -1):
X11R6/ bin/ etc/ include/ lib/ libexec/ local/ sbin/ share/ src/
Как уже говорилось, подкаталог /usr/local — отдельная ветвь файлового древа, и потому будет рассмотрен отдельно же. Назначение же прочих каталогов таково:
Кроме этого, в каталоге /usr могут обнаружиться подкаталоги /usr/var и /usr/tmp — обычно символические ссылки на соответствующие ветви корневого каталога. А в некоторых дистрибутивах Linux непосредственно в /usr помещается и основная общесистемная документация — man-страницы (в подкаталог /usr/man).
Наконец, в BSD-системах и некоторых Source Based дистрибутивах Linux (например, Gentoo) в каталоге /usr размещается подкаталог для системы управления пакетами — портов FreeBSD и OpenBSD (/usr/ports), их аналогов в других системах (/usr/portage в Gentoo). Хотя с точки зрения следования букве и духу стандарта FHS (сам он о портах и подобных системах не упоминает ни словом), более логичным местом их размещения был бы каталог /var (см. ниже) — и именно так делается в таких дистрибутивах, как CRUX и Archlinux.
Как уже было сказано, ветвь /usr/local в Linux предназначена для самостоятельно собираемых из исходников (не входящих в данный дистрибутив) программ. А во FreeBSD она служит вместилищем большей части пользовательских приложений — почти всего того, что выходит за рамки Distributions и устанавливается из пакетов или портов. Соответственно этому, структура каталога в целом повторяет таковую ветви /usr (с понятными исключениями):
Bin/ etc/ include/ lib/ man/ sbin/ share/
Содержимое подкаталогов также аналогично: исполнимые файлы программ (/usr/local/bin и /usr/local/sbin), их конфиги (/usr/local/etc), библиотеки, с которым они связаны, и их заголовочные файлы (/usr/local/lib и /usr/local/include , соответственно), man-страницы (/usr/local/man) и всякая архитектурно независимая всячина (/usr/local/share), в том числе и документация в иных форматах.
Каталог /opt предусмотрен стандартом FHS, но реально используется не во всех дистрибутивах Linux, а в BSD-системах и вовсе отсутствует. Тем не менее, все больше программ пишется в рассчете на умолчальную инсталляцию именно в него.
Исторически каталог /opt предназначался в Linux для коммерческих приложений и всякого рода программ не вполне свободного характера. Ныне же его назначение — размещение больших самодостаточных программных комплексов, таких, как библиотека Qt, KDE со всеми его компонентами и приложениями, OpenOffice.org и тому подобных. Структура каталога должна быть такой: /opt/pkg_name . Вот как выглядит она а в моей системе (Archlinux):
$ ls -1 /opt gnome/ kde/ OpenOffice.org1.1.2/ qt/
Каждый из подкаталогов имеет собственную внутреннюю структуру:
$ ls -1 /opt/* /opt/gnome: bin/ lib/ man/ share/ /opt/kde: bin/ etc/ include/ lib/ share/ /opt/OpenOffice.org1.1.2: help/ LICENSE LICENSE.html program/ README README.html setup@ share/ spadmin@ THIRDPARTYLICENSEREADME.html user/ /opt/qt: bin/ doc/ include/ lib/ mkspecs/ phrasebooks/ plugins/ templates/ translations/
Назначение подкаталогов внутри /opt/pkg_name легко угадывается по аналогии с /usr и /usr/local . Например /opt/kde/bin предназначается для исполнимых файлов системы KDE и ее приложений, /opt/kde/etc — для конфигурационных ее файлов, /opt/kde/include — для файлов заголовков, /opt/kde/lib — для библиотек и /opt/kde/share — для разделяемых файлов, в том числе и документации. В KDE нет документации в man-формате, если же она имеется, то (как в случае Gnome — я его не ставил, это то, что потянули Gimp и тому подобные Gtk-приложения) можно видеть подкаталог /opt/pkg_name/man .
Можно видеть, что структура каталога /opt отступает от исторически сложившейся (и внутренне обоснованной POSIX-традиции объединения в каталоги однотипных компонентов — исполняемых файлов, библиотек и так далее. И при большом количестве инсталлированных в него программ создает определенные трудности: приходится либо перегружать значениями переменную $PATH , обеспечивающую быстрый доступ к командам (о чем будет говориться в главе 12), либо создавать специальный каталог /opt/bin и помещать в него символические ссылки на исполняемые бинарники программ. Поэтому в ряде дистрибутивов Linux (например, в CRUX) каталог /opt не используется принципиально. Как, впрочем, и во всех BSD-системах. Вполне возможно, что так оно и лучше…
Как явствует из названия, каталог /var предназначен для хранения изменяемых файлов, генерируемых в ходе нормальной жизнедеятельности различных программ — программных (например, браузерных) кэшей, log-файлов, спулинга печати и почтовых систем, почтовых ящиков, описаний запущенных процессов и так далее. В частности, именно в каталог /var помещаются так называемые дампы — слепки состояния оперативной памяти, генерируемые при аварийном завершении работы для выявления причин оного. Отличительная особенность всех этих компонентов — их изменчивый в процессе сеанса работы характер и то, что они, тем не менее, должны сохраняться при перезагрузке системы.
Внутренняя структура /var очень сильно меняется от системы к системе, и поэтому на деталях ее устройства я задерживаться не буду. Замечу только, что этот каталог — логичное место для помещения компонентов всякого рода портообразных систем управления пакетами, как это сделано, например, в дистрибутиве Archlinux, где под нее отведен подкаталог /var/abs (abs — Archlinux Building System).
Каталог /mnt предназначен для монтирования временно используемых файловых систем, располагающихся, как правило, на сменных носителях. В всежеустановленной системе он обычно пуст, и структура его никак не регламентирована. Пользователю вольно создать в нем подкаталоги для отдельных видов носителей. Например, в моей системе это /mnt/cd , /mnt/dvd , /mnt/usb и /mnt/hd — для дисков CD, DVD, флэшки и съемного винчестера.
Во FreeBSD штатными каталогами для монтирования CD и дискет являются /cdrom и /floppy непосредственно в корневом каталоге. Что не вполне согласуется со стандартом, но по своему логично — в корень вынесены точки монтирования устройств, существующих (как CD ROM) или до недавнего времени существовавших (флоппи-дисковод) в любой машине.
Каталог /home предназначен для помещения домашних каталогов пользователей. Содержимое его никак не регламентировано, но обычно он имеет вид вроде /home/{username1,...,username#} . Хотя в крупных системах с большим количеством пользователей их домашние каталоги могут быть объединены в группы.
В каталоге /home могут располагаться домашние каталоги не только реальных, но и некоторых виртуальных пользователей. Так, если машина используется в качестве web- или ftp-сервера, можно видеть такие подкаталоги, как /home/www или /home/ftp , соответственно.
Осталось поговорить только о каталоге для хранения временных файлов — /tmp . Как и компоненты /var , они генерируются различными программами в ходе нормальной их жизнедеятельности. Но, в отличие от /var , для компонентов /tmp не предполагается их сохранения вне текущего сеанса работы. Более того, все руководства по системному администрированию рекомендуют регулярно (например, при рестарте машины) или периодически очищать этот каталог. И потому в качестве /tmp целесообразно монтировать файловые системы в оперативной памяти — tmpfs (в Linux) или mfs (во FreeBSD). Кроме того, что это гарантирует очистку его содержимого при перезагрузке, так еще и способствует быстродействию, например, компиляции программ, временные продукты которой не записываются на диск, а помещаются в виртуальный каталог типа /tmp/obj .
Во многих системах можно увидеть каталоги вроде /usr/tmp и /var/tmp . Это, как правило, символические ссылки на /tmp .
В заключение разговора о файловой иерархии следует подчеркнуть, что гарантированно на одной файловой системе (фигурально говоря, на одном дисковом разделе, хотя это и не совсем точно) должны находиться только каталоги, перечисленные в параграфе Корневая файловая система . Все же прочие каталоги — /usr , /opt , /var , /tmp и, конечно же, /home могут представлять точки монтирования самостоятельных файловых систем на отдельных физических носителях или их разделах.
Более того, в локальной сети каталоги эти вполне могут располагаться даже на разных машинах. Так, один компьютер, выполняющий роль сервера приложений, может содержать разделяемые в сети каталоги /usr и /opt , другой — файл-сервер, — вмещать все домашние каталоги пользователей, и так далее.
Осталось только решить — какие файловые системы целесообразно вычленить из общего файлового древа, и зачем это делать. Ответ на эти вопросы очень сильно зависит от используемой ОС, а в случае с Linux — еще и от его дистрибутива. Тем не менее, общие принципы отделения файловых систем наметить можно. Для чего следует вспомнить о противопоставлении, с одной стороны, неизменяемых и изменяемых каталогов, с другой — легко восстановимых, трудно восстановимых и практически невосстановимых данных. Проделаем такую попытку применительно к пользовательскому десктопу — в случае сервера рассчеты будут существенно иными.
Очевидно, что корневая файловая система в составе каталогов /bin , /boot , /etc , /root , /sbin , содержащих легко восстановимые с дистрибутивного носителя и практически не изменяемые данные, должны лежать на изолированном дисковом разделе. В Linux к ним должен добавиться еще и каталог /lib . С другой стороны, при использовании в качестве загрузчика GRUB (вне зависимости от операционной системы) рекомендуется вынести на отдельный раздел каталог /boot .
В старых источниках о Linux можно прочитать о другом резоне к выделению раздела для каталога /boot , причем в самом начале диска: из-за невозможности загрузки ядра программой Lilo с цилиндра номером выше, чем 1023. В современных версиях загрузчиков таких ограничений нет. Тем не менее, если уж раздел под /boot создается, резонно сделать его первым на диске, а непосредственно за ним разместить раздел подкачки: это добавит пять копеек быстродействия при осуществлении своппинга.
И еще из области истории: требование, чтобы корневой и загрузочный разделы были непременно первичными, также давно снято. И эти файловые системы вполне могут помещаться на логических разделах внутри Extended Partition.
Столь же ясно, что изменяемые ветви файловой системы — каталоги /var и /tmp , — должны быть вынесены за пределы корневого раздела. Причем последний, как неоднократно говорилось ранее, вообще целесообразно разместить на файловой системе в оперативной памяти (tmpfs или mfs). В случае, если каталог /var содержит подкаталоги для портообразных систем пакетного менеджмента, подобно /var/abs , /var/cache/pacman/src и /var/cache/pacman/pkg в Archlinux, они также должны образовывать самостоятельные файловые системы
Теперь — каталог /usr , содержащий либо компоненты базовой системы (как в BSD), либо — основную массу пользовательских приложений (как в большинстве дистрибутивов Linux). Он содержит легковосстановимые данны и, по хорошему, должен бы быть практически неизменяемым, и потому, безусловно, заслуживает выделения на самостоятельном разделе. Причем из его состава целесообразно вычленить, с одной стороны, подкаталоги /usr/X11R6 и /usr/local , с другой — подкаталоги для портообразных систем пакетного менеджмента: /usr/ports , /usr/pkgsrc и /usr/pkg в BSD-системах, /usr/portages в Gentoo Linux, и так далее. Причем от последних следует обособить подкаталоги для помещения исходников, скачиваемых из сети при сборке портов — /usr/ports/distfiles , /usr/pkgsrc/disfiles , /usr/portages/distfiles и подобные им.
В BSD-системах, кроме этого, из каталога /usr имеет смысл выделить подкаталоги /usr/src и /usr/obj , содержащие исходные тексты базовых компонентов (включая ядро) и промежуточные продукты их компиляции, образумемые в результате процедур make buildworld и make buildkernel .
И, наконец, каталог /home , содержащий изменяемые и часто невосстановимые данные, подлежит вынесению из корня файловой иерархии в обязательном порядке. Причем я всегда стараюсь разместить его либо на отдельном слайсе (в BSD), либо на первичном разделе (в Linux).
Предложенная схема разделения файловых систем может показаться излишне усложненной. Однако она дает гарантию обособления легко восстановимых, трудно восстановимых и невосстановимых данных, что облегчит переустановку системы в случае крайней необходимости, и даже миграцию с системы на систему.
Дополнительный ее плюс — в том, что для отдельных ветвей файлового древа, в зависимости от характера размещенных на ней данных, в Linux можно подобрать физически оптимальную файловую систему. Например, для раздела под /boot нет смысла использовать что-либо помимо Ext2fs. Корневой раздел обычно рекомендуется форматировать в надежной и при этом наиболее совместимой Ext3fs. Под каталоги с огромным количеством мелких файлов, такие, как /var/abs в Archlinux, /usr/portages в Gentoo, целесообразно задействовать ReiserFS: ведь умелое обращение с мелкими файлами — это ее профиль. А в каталоге /home , где возможно появление огромных мультимедийных файлов (и который сам по себе обычно очень велик), ко двору может прийтись XFS (хотя, как показывают измерения, и ReiserFS выглядит тут вполне достойно). Такие меры могут способствовать повышению и надежности хранения данных, и быстродействию файловых операций.
Пользователи BSD-операционок безальтернативно привязаны к файловым система типа FFS. Однако и у них есть пространство для маневра. Во-первых — за счет варьирования размеров блока и фрагмента отдельных файловых систем, способствующего либо производительности дисковых операций, либо экономии дискового пространства. А во-вторых, некоторые ветви файлового древа (такие, как /tmp или /usr/obj , вопреки рекомендациям, можно безбоязненно монтировать в чисто асинхронном режиме, выиграв на этом процент-другой производительности.
Сегодня мы попытаемся выяснить, что описывает стандарт POSIX. Стандарты предназначены для того, чтобы мой компьютер мог взаимодействовать с вашим. Благодаря им, на двух похожих компьютерах веб-страницы или трансляция видео в реальном времени будут выглядеть одинаково.
Однако стандартны предназначены для более масштабных задач, нежели простой обмен какими-либо данными между пользователями. Некоторые стандарты определяют особую модель, благодаря которой открываются возможности, значительно превосходящие по своему значению совместимость файлов или сетей. Стандарт POSIX относится к их числу.
POSIX (произносится как «позикс») - это интерфейс портативных операционных систем. Но что это значит? Во-первых, нужно обозначить область действия понятия «портативность», в этом конкретном случае, и определиться с понятием «интерфейс». Чтобы выяснить это, необходимо отталкиваться от того, что оба понятия неразрывно связаны.
«Портативность», в контексте стандарта POSIX, относится к исходному коду (не к бинарникам, которые из этих самых исходников собираются). Теперь выясним, что такое «интерфейс». В программировании, «интерфейс» - это взаимодействие вашего кода с остальным кодом. Интерфейс ждет от вашего кода предоставления определенной информации. Ваш код, в свою очередь, предполагает получение определенной информации от интерфейса. Хороший пример - функция fopen() в языке Си. Она ожидает информации из двух частей: путь к файлу и режим, в котором он будет открыт. С помощью этих данных, операционная система возвращает другой вид информации, который называется «дескриптор файла». Дескриптор файла может быть использован для чтения файла или записи в файл. Это и есть интерфейс. Из всего этого следует, что POSIX-совместимый код может быть скомпилирован под любую POSIX-совместимую операционную систему без серьезных изменений, а значит, он будет портативным.
Список интерфейсов, относящихся к стандарту POSIX, находится , однако, даже несмотря на его огромную длину, вполне возможно, что он неполон. POSIX не ограничивается системными вызовами, он также определяет стандарты для оболочек операционных систем (шеллов, иначе - интерфейсов командной строки), системных утилит, вроде «awk» или «echo», системных библиотек и многого другого.
Стандарт POSIX появился в виде проекта Ричарда Столлмана в 1985 году и в дальнейшем был оформлен как IEEE Std 1003.-1998. Как видно из названия, 1998 год был годом официальной публикации. С тех пор было выпущено большое количество дополнений и расширений к POSIX, который постепенно превращается в целое семейство стандартов, формально известное как IEEE 1003, признанное в качестве международного, с обозначением SO/IEC 9945, попросту называемое стандарт семейства POSIX.
Операционной системе вовсе необязательно быть POSIX-совместимой или уж тем более иметь сертификат POSIX, однако это позволяет разработчикам создавать приложения, инструменты и платформы, не переписывая код раз за разом, а лишь дополнять и подключаться к уже готовому. Также совсем не обязательно писать POSIX-совместимый код, однако это значительно улучшает переносимость проектов между операционными системами. Это значит, что умение писать код, который совместим со стандартом POSIX, является ценным само по себе, и, безусловно, очень полезно для карьеры. Крупные проекты, такие как Gnome или KDE, придерживаются стандарта POSIX, что гарантирует их работу на разных операционных системах. Подсистема POSIX реализована даже в последних выпусках Windows. Linux, как известно, поддерживает большинство системных вызовов, относящихся к стандарту POSIX, также как и крупное расширение к нему, называемое «Стандартная база Linux», которая предназначена для объединения дистрибутивов Linux в плане поддержки исходных кодов и бинарных данных.
Надеюсь, мы пролили свет на вопрос «что такое POSIX». Обладаете интересной информацией по теме? Пожалуйста, поделитесь ей в комментариях.
Предмет: Операционные системы.
Вопрос: №8
—————————————————————
Принципы построения ОС:
1.) Принцип модульности – под модулем в общем случае понимают функционально законченный элемент системы, выполненный в соответствии с принятыми межмодульными интерфейсами. По своему определению модуль предполагает возможность легкой замены его на другой при наличии заданных интерфейсов. В значительной степени разделение системы на модули определяется используемым методом проектирования ОС (снизу вверх или наоборот).
Особое значение при построение ОС имеют привилегированные, повторно входимые и реентерабельные модули (реентабель-ность – дословно повторновходимость; специальный термин для обозначения работоспособности программы; свойство программы корректно выполняться при рекурсивном (возвращаемом) вызове из прерывания).
Наибольший эффект от использования данного принципа достижим в случае одновременного распространения данного принципа на ОС, прикладные программы и аппаратуру.
2.) Принцип функциональной избиратель-ности – в ОС выделяется некоторая часть важных модулей, которые должны постоянно находится в оперативной памяти для более эффективной организации вычислительного процесса. Эту часть в ОС называют ядром, так как это – основа системы. При формировании состава ядра приходится учитывать два противоречивых требования. С одной стороны, в состав ядра должны войти наиболее часто используемые системные модули, с другой – количество модулей должно быть таковым, чтобы объем памяти, занимаемый ядром, не был слишком большим. Помимо программных модулей, входящих в состав ядра и постоянно располагающихся в оперативной памяти, может быть много других системных программных модулей, которые получают название транзитных . Транзитные программные модули загружаются в оперативную память только при необходимости и в случае отсутствия свободного пространства могут быть замещены другими транзитными модулями.
3.) Принцип генерируемости ОС: суть принципа состоит в организации (выборе) такого способа исходного представления центральной системной управляющей программы ОС (ядра и постоянно находящихся в оперативной памяти основных компонентов), который позволял настраивать эту системную супервизорную часть исходя из конкретной конфигурации конкретного вычислительного комплекса и круга решаемых задач. Эта процедура проводится редко перед достаточно протяженным периодом эксплуатации ОС. Процесс генерации осуществляется с помощью специальной программы-генера-тора и соответствующего входного языка для этой программы, позволяющего описывать программные возможности системы и конфигурацию машины. В результате генерации получается полная версия ОС. Сгенерированная версия ОС представляет собой совокупность системных наборов модулей и данных.
4.) Принцип функциональной избыточности: Этот принцип учитывает возможность проведения одной и той же работы различными средствами. В состав ОС может входить несколько типов мониторов (модулей супервизора, управляющих тем или другим видом ресурса), различные средства организации коммуникаций между вычислительными процессами. Наличие нескольких типов мониторов, нескольких систем управления файлами позволяет пользователям быстро и наиболее адекватно адаптировать ОС к определенной конфигурации вычислительной системы, обеспечивать максимально эффективную загрузку технических средств при решении конкретного класса задач, получать максимальную производительность при решении заданного класса задач.
5.) Принцип виртуализации: построение виртуальных ресурсов, их распределение и использование в настоящее время применяется практически в любой ОС. Этот принцип позволяет представить структуру системы в виде определенного набора планировщиков процессов и распредели-телей ресурсов (мониторов) и использовать единую централизованную схему распреде-ления ресурсов.
Наиболее естественным и законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины . Виртуальная машина, предоставляемая пользователю, воспроизводит архитектуру реальной машины, но архитектурные элементы в таком представлении выступают с новыми или улучшенными характе-ристиками, как правило, упрощающими работу с системой. Характеристики могут быть произвольными, но чаще всего пользователи желают иметь собственную «идеальную» по архитектурным характерис-тикам машину в следующем составе:
— единообразная по логике работы виртуаль-ная память практически неограниченного объема.
— произвольное количество виртуальных процессоров, способных работать парал-лельно и взаимодействовать во время рабо-ты.
— произвольное количество внешних вирту-альных устройств, способных работать с памятью виртуальной машины параллельно или последовательно, асинхронно или синхронно по отношению к работе того или иного виртуального процессора, иници-ирующего работу этих устройств.
Одним из аспектов виртуализации является организация возможности выполнения в данной ОС приложений, которые разра-батывались для других ОС. Другими сло-вами, речь идет об организации нескольких операционных сред.
6.) Принцип независимости программ от внешних устройств: этот принцип реализу-ется сейчас в подавляющем большинстве ОС общего применения. Впервые наиболее последовательно данный принцип был реализован в ОС UNIX. Реализован он и в большинстве современных ОС для ПК. Этот принцип заключается в том, что связь программ с конкретными устройствами производится не на уровне трансляции программы, а в период планирования ее исполнения. В результате перекомпиляция при работе программы с новым устройством, на котором располагаются данные, не требуется.
7.) Принцип совместимости: одним из аспектов совместимости является способ-ность ОС выполнять программы, написан-ные для других ОС или для более ранних версий данной ОС, а также для другой аппаратной платформы. Необходимо разделять вопросы двоичной совмести-мости и совместимости на уровне исходных текстов приложений.
Двоичная совместимость достигается в том случае, когда можно взять исполняемую программу и запустить ее на выполнение на другой ОС. Для этого необходимы совместимость на уровне команд процессора, и совместимость на уровне системных вызовов, и даже на уровне библиотечных вызовов, если они являются динамически связываемыми.
Совместимость на уровне исходных текстов требует наличия соответствующего трансля-тора в составе системного программного обеспечения, а также совместимости на уровне библиотек и системных вызовов. При этом необходима перекомпиляция имею- щихся исходных текстов в новый выполня-емый модуль.
Гораздо сложнее достичь двоичной совместимости между процессорами, основанными на разных архитектурах. Для того чтобы один компьютер выполнял программы другого (например, программу для ПК типа IBM PC желательно выполнить на ПК типа Macintosh фирмы Apple), этот компьютер должен работать с машинными командами, которые ему изначально непо-нятны. В таком случае процессор типа 680×0 (или PowerPC) должен исполнять двоичный код, предназначенный для процессора i80x86. Процессор 80×86 имеет свои собственные дешифратор команд, регистры и внутреннюю архитектуру. Процессор 680×0 не понимает двоичный код 80×86, поэтому он должен выбрать каждую коман-ду, декодировать ее, чтобы определить, для
чего она предназначена, а затем выполнить эквивалентную подпрограмму, написанную для 680×0.
Одним из средств обеспечения совмести-мости программных и пользовательских интерфейсов является соответствие стан-дартам POSIX, использование которого позволяет создавать программы в стиле UNIX, легко переносимых впоследствии из одной системы в другую.
8.) Принцип открытости и наращиваемости: Открытая операционная система доступна для анализа как пользователям, так и системным специалистам, обслуживающим вычислительную систему. Наращиваемая (модифицируемая, развиваемая) ОС позволяяет не только использовать возможности генерации, но и вводить в ее состав новые модули, совершенствовать существующие и т.д. Другими словами, следует обеспечить возможность легкого внесения дополнений и изменений в необходимых случаях без нарушения целостности системы. Прекрасные возмож-ности для расширения предоставляет подход к структурированию ОС по типу клиент-сервер с использованием микро-ядерной технологии. В соответствии с этим подходом ОС строится как совокупность привилегированной управляющей программ-мы и набора непривилегированных услуг (серверов). Основная часть ОС остается неизменной, и в то же время могут быть добавлены новые серверы или улучшены старые. Этот принцип иногда трактуют как расширяемость системы .
9.) Принцип мобильности: операционная система относительно легко должна перено-
ситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы одного типа, которая включает наряду с типом процессора и способ организации всей аппаратуры компьютера (архитектуру вычислительной системы), на аппаратную платформу другого типа. Заметим, что принцип переносимости очень близок принципу совместимости, хотя это и не одно и то же. Создание переносимой ОС аналогично написанию любого перено-симого кода, при этом нужно следовать некоторым правилам:
— большая часть ОС должна быть выпол-нена на языке, имеющемся на всех системах, на которые планируется в даль-нейшем ее переносить. Это, прежде всего, означает, что ОС должна быть написана на языке высокого уровня, предпочтительно стандартизованном, например на языке С. Программа, написанная на ассемблере, не является в общем случае переносимой.
— важно минимизировать или, если возмож-но, исключить те части кода, которые непосредственно взаимодействуют с аппаратными средствами. Зависимость от аппаратуры может иметь много форм. Некоторые очевидные формы зависимости включают прямое манипулирование регистрами и другими аппаратными средст-вами. Наконец, если аппаратно-зависимый код не может быть полностью исключен, то он должен быть изолирован в нескольких хорошо локализуемых модулях. Аппаратно-зависимый код не должен быть распределен по всей системе. Например, можно спрятать аппаратно-зависимую структуру в программ-мно задаваемые данные абстрактного типа.
Введение стандартов POSIX преследовало цель обеспечить переносимость создава-емого программного обеспечения.
10.) Принцип обеспечения безопасности вычислений: обеспечение безопасности при выполнении вычислений является жела-тельным свойством для любой много-пользовательской системы. Правила безопасности определяют такие свойства, как защиту ресурсов одного пользователя от других и установление квот по ресурсам для предотвращения захвата одним пользова-телем всех системных ресурсов, таких, например, как память.
Обеспечение защиты информации от несанкционированного доступа является обязательной функцией сетевых операци-онных систем.
—————————————————————
Что такое POSIX : платформенно-незави-симый системный интерфейс для компьюте-рного окружения POSIX (Portable Operating System Interface for Computer Environments) – это стандарт IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers − институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике.), описывающий системные интерфейсы для открытых ОС, в том числе оболочки, утилиты и инструментарии. Помимо этого, согласно POSIX, стандартизированными являются задачи обеспечения безопасно-сти, задачи реального времени, процессы администрирования, сетевые функции и обработка транзакций. Стандарт базируется на UNIX-системах, но допускает реализацию и в других ОС. POSIX возник как попытка всемирно известной организации IEEE пропагандировать переносимость прило-жений в UNIX-средах путем разработки абстрактного, платформенно-независимого стандарта. Например, известная ОС реального времени QNX соответствует спецификациям этого стандарта.
Этот стандарт подробно описывает систему виртуальной памяти VMS (Virtual Memory System,), многозадачность МРЕ (Multi-Process Executing) и технологию переноса операционных систем CTOS (An Operating System produced Convergent Technology …). Таким образом, на самом деле POSIX представляет собой множество стандартов, именуемых POSIX.I –POSIX.12. Следует также особо отметить, что в POSIX.1 предполагается язык С в качестве основного
языка описания системных функций API.
Таким образом, программы, написанные с соблюдением данных стандартов, будут одинаково выполняться на всех POSIX-совместимых системах. Однако стандарт в некоторых случаях носит лишь рекомен-дательный характер. Часть стандартов описана очень строго, тогда как другая часть только поверхностно раскрывает основные требования.
Реализации POSIX API на уровне операционной системы различны. Если UNIX-системы в своем абсолютном большинстве изначально соответствуют спецификациям IEEE Standard 1003.1-1990, то WinAPI не является POSIX-совместимым. Однако для поддержки данного стандарта в операционной системе MS Windows NT введен специальный модуль поддержки POSIX API, работающий на уровне привилегий пользовательских процессов.
Данный модуль обеспечивает конвертацию и передачу вызовов из пользовательской программы к ядру системы и обратно, работая с ядром через Win API. Прочие приложения, созданные с использованием WinAPI, могут передавать информацию POSIX-приложениям через стандартные механизмы потоков ввода/вывода (stdin, stdout).
Нет похожих постов...
POSIX (Portable Operating System Interface for Computer Environments - независимый от платформы системный интерфейс для компьютерного окружения) - это стандарт IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers - институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике), описывающий системные интер-
" В данном контексте под системными командами следует понимать некий набор программ, позволяющих управлять вычислительными процессами, например pstat, kill, dir и др.
Интерфейс POSIX___________________________________________________ 305
фейсы для открытых операционных систем, в том числе оболочки, утилиты и инструментарии. Помимо этого, согласно POSIX, стандартизированными являются задачи обеспечения безопасности, задачи реального времени, процессы администрирования, сетевые функции и обработка транзакций. Стандарт базируется на UNIX-системах, но допускает реализацию и в Других операционных системах.
Интерфейс POSIX начинался как попытка пропаганды институтом IEEE идей переносимости приложений в UNIX-средах путем разработки абстрактного независимого от платформы стандарта. Однако POSIX не ограничивается только UNIX-системами; существуют различные реализации этого стандарта в системах, которые соответствуют требованиям, предъявляемым стандартом IEEE Standard 1003.1-1990 (POSIX. 1). Например, известная ОС реального времени QNX соответствует спецификациям этого стандарта, что облегчает перенос приложений в эту систему, но UNIX-системой не является ни в каком виде, ибо ее архитектура использует абсолютно иные принципы.
Этот стандарт подробно описывает систему виртуальной памяти (Virtual Memory System, VMS), многозадачность (Multiprocess Executing, МРЕ) и технологию переноса операционных систем (CTOS). Таким образом, на самом деле POSIX представляет собой множество стандартов POSIX. 1-POSIX. 12. В табл. 9.1 перечислены основные направления, описываемые данными стандартами. Следует также особо отметить, что в POSIX. 1 основным языком описания системных функций API предполагается язык С.
Таблица 9.1. Семейство стандартов POSIX
Стандарт Стандарт ISO Краткое описание
POSIX.0 Нет Введение в стандарт открытых систем. Данный документ
не является стандартом в чистом виде, а представляет собой рекомендации и краткий обзор технологий
POSIX.1 Да Системный интерфейс API (язык С)
POSIX.2 Нет Оболочки и утилиты (одобренные IEEE)
POSIX.3 Нет Тестирование и верификация
POSIX.4 Нет Задачи реального времени и потоки выполнения
POSIX.5 Да Использование языка ADA применительно
к стандарту POSIX. 1
POSIX.6 Нет Системная безопасность
POSIX.7 Нет Администрирование системы
POSIX.8 Нет Сети, «прозрачный» доступ к файлам, абстрактные
сетевые интерфейсы, не зависящие от физических протоколов, вызовы RPC, связь системы с приложениями, зависящими от протокола
POSIX.9 Да Использование языка Fortran, применительно
к стандарту POSIX. 1
POSIX. 10 Нет Super-computing Application Environment Profile (AEP)
POSIX. 11 Нет Обработка транзакций AEP
POSIX. 12 Нет Графический интерфейс пользователя (GUI)
306______________________________ Глава 9. Архитектура операционных систем
Таким образом, программы, написанные с соблюдением данных стандартов, будут одинаково выполняться на всех POSIX-совместимых системах. Однако стандарты отчасти носят всего лишь рекомендательный характер. Часть стандартов описана очень строго, тогда как другая часть только поверхностно раскрывает основные требования. Нередко программные системы заявляются как POSIX-совместимые, хотя таковыми их назвать нельзя. Причины кроются в формальном подходе к реализации интерфейса POSIX в различных операционных системах. На рис. 9.1 изображена типовая схема реализации строго соответствующего POSIX приложения.
Рис. 9.1. Схема реализации приложения, строго соответствующего стандарту POSIX
Из рисунка видно, что для взаимодействия с операционной системой программа использует только библиотеки POSIX. 1 и стандартную библиотеку RTL языка С, в которой возможно использование только 110 различных функций, также описанных стандартом POSIX. 1.
К сожалению, достаточно часто с целью увеличения производительности той или иной подсистемы либо для введения фирменных технологий, которые ограничивают область применения приложения соответствующей операционной средой, при программировании используются другие функции, не отвечающие стандарту POSIX.
Реализации стандарта POSIX на уровне операционной системы различны. Если UNIX-системы в своем абсолютном большинстве изначально соответствуют спецификациям IEEE Standard 1003.1-1990, то WinAPI не является POSIX-совместимым. Однако для его поддержки в операционной системе Windows NT введен специальный модуль API для поддержки стандарта POSIX, работающий на уровне привилегий пользовательских процессов. Данный модуль обеспечивает преобразование и передачу вызовов из пользовательской программы к ядру системы и обратно, работая с ядром через WinAPI. Прочие приложения, написанные с использованием WinAPI, могут передавать информацию POSIX приложениям через стандартные механизмы потоков ввода-вывода stdin и stdout .
Примеры программирования для разных интерфейсов API____________________ 307
Примеры программирования для разных интерфейсов API
Для наглядной демонстрации принципиальных различий интерфейсов API наиболее популярных современных операционных систем для персональных компьютеров рассмотрим простейший пример, в котором необходимо подсчитать количество пробелов в текстовых файлах, имена которых должны указываться в командной строке. Рассмотрим два варианта программы: для Windows (с использованием WinAPI) и для Linux (POSIX API).
Поскольку нас интересует работа с параллельными задачами, пусть при выполнении программы для каждого из перечисленных в командной строке файлов создается свой процесс или поток выполнения (задача), который параллельно с другими процессами (потоками) производит работу по подсчету пробелов в «своем» файле. Результатом работы программы будет являться список файлов с подсчитанным количеством пробелов для каждого.
Следует обратить особое внимание на то, что приведенные ниже реализации программ решения данной задачи не являются единственно возможными. В обеих рассматриваемых операционных системах существуют разные методы работы с файловой системой и управления процессами. В данном случае рассматривается только один, но наиболее характерный для соответствующего интерфейса API вариант.
Для того чтобы было удобнее сравнивать эту (листинг 9.1) и следующую (листинг 9.2) программы, а также учитывая, что задача не требует для своего решения оконного интерфейса, в тексте использованы только те вызовы API, которые не затрагивают графический интерфейс. Конечно, нынче редко какое приложение не использует возможностей GUI, но зато в нашем случае сразу можно увидеть разницу в организации параллельной работы запускаемых вычислений.
- (IPAEng|ˈpɒzɪks) or Portable Operating System Interface cite web | title = POSIX | url = http://standards.ieee.org/regauth/posix/ | work = Standards | publisher = IEEE] is the collective name of a family of related standards specified by the IEEE … Wikipedia
POSIX - est le nom d une famille de standards définie depuis 1988 par l Institute of Electrical and Electronics Engineers et formellement désignée IEEE 1003. Ces standards ont émergé d un projet de standardisation des API des logiciels destinés à… … Wikipédia en Français
Posix - est le nom d une famille de standards définie depuis 1988 par l IEEE et formellement désignée IEEE 1003. Ces standards ont émergé d un projet de standardisation des API des logiciels destinés à fonctionner sur des variantes du système d… … Wikipédia en Français
POSIX - es el acrónimo de Portable Operating System Interface; la X viene de UNIX como seña de identidad de la API. El término fue sugerido por Richard Stallman en respuesta a la demanda de la IEEE, que buscaba un nombre fácil de recordar. Una traducción … Wikipedia Español
POSIX - , 1986 im Standard 1003.1 der IEEE niedergelegte Spezifikation für Zugriffe auf Systemfunktionen unter Unix. Sowohl Unix Sy … Universal-Lexikon
POSIX - standartai statusas T sritis informatika apibrėžtis Standartų grupė, apibrėžianti operacinės sistemos sąsajas tarp joje veikiančių programų bei tarnybų. Pirmuosius standartus sukūrė Elektros ir elektronikos inžinierių institutas (IEEE) Linukso… … Enciklopedinis kompiuterijos žodynas
POSIX - es el acrónimo de Portable Operating System Interface, viniendo la X de UNIX con el significado de la herencia de la API (Se traduciría como Sistema Operativo Portable basado en UNIX). Estos son una familia de estándares de llamadas al sistema… … Enciclopedia Universal
POSIX - (Portable Operating System Interface based on uniX) n. collection of standards for operating systems that are based on Unix (Computers) … English contemporary dictionary
POSIX
Posix - Das Portable Operating System Interface (POSIX [ˈpɒsɪks]) ist ein gemeinsam von der IEEE und der Open Group für Unix entwickeltes standardisiertes Application Programming Interface, das die Schnittstelle zwischen Applikation und dem… … Deutsch Wikipedia
