Разработка ядра Linux

Лав Роберт

Автор получил степень бакалавра по математике и вычислительной технике в университете штата Флорида. Хотя Роберт и родился в южной Флориде, своим домом он считает Кембридж, штат Массачусетс. Роберт увлекается футболом, фотографией и любит готовить.

От издательства

Вы, читатель этой книги, и есть главный ее критик. Мы ценим ваше мнение и хотим знать, что было сделано нами правильно, что можно было сделать лучше и что еще вы хотели бы увидеть изданным нами. Нам интересно услышать и любые другие замечания, которые вам хотелось бы высказать в наш адрес.

Мы ждем ваших комментариев и надеемся на них. Вы можете прислать нам бумажное или электронное письмо либо просто посетить наш Web-сервер

и оставить свои замечания там. Одним словом, любым удобным для вас способом дайте нам знать, нравится ли вам эта книга, а также выскажите свое мнение о том, как сделать наши книги более интересными для вас.

Посылая письмо или сообщение, не забудьте указать название книги и ее авторов, а также ваш обратный адрес. Мы внимательно ознакомимся с вашим мнением и обязательно учтем его при отборе и подготовке к изданию последующих книг. Наши координаты:

E-mail:

[e-mail]

WWW:

http://www.williamspublishing.com

Информация для писем из:

России: 115419, Москва, а/я 783

Украины: 03150, Киев, а/я 152

Для читателей

Более подробную информацию об этой и других книгах издательства Sams Publishing можно получить на Интернет-сайте

www.nowellpress.com

. Для поиска информации о книгах введите в поисковое поле код ISBN (без соединительных черточек) или название книги.

Глава 1

Введение в ядро Linux

Даже после трех десятилетий использования операционная система (ОС) Unix все еще считается одной из самых мощных и элегантных среди всех существующих операционных систем. Со времени создания операционной системы Unix в 1969 году, это детище Денниса Ритчи (Dennis Ritchie) и Кена Томпсона (Ken Thompson) стало легендарным творением, системой, принцип работы которой выдержал испытание временем и имя которой оказалось почти незапятнанным.

Операционная система Unix выросла из Multics — многопользовательской операционной системы, проект по созданию которой потерпел неудачу в корпорации Bell Laboratories. По прекращении проекта Multics, сотрудники центра Bell Laboratories Computer Sciences Research Center прекратили работу и так и не создали дееспособной диалоговой операционной системы. Летом 1969 года программисты корпорации Bell Labs разработали проект файловой системы, которая в конце концов была включена в операционную систему Unix. Томпсон осуществил реализацию операционной системы для реально не используемой платформы PDP-7. В 1971 году операционная система Unix была перенесена на платформу PDP-11, а в 1973 году переписана с использованием языка программирования С, что было беспрецедентным шагом в то время, но этот шаг стал основой для будущей переносимости. Первая версия операционной системы Unix, которая использовалась вне стен Bell Labs, называлась Unix System версии 6, ее обычно называют V6.

Другие компании перенесли операционную систему Unix на новые типы машин. Версии, полученные в результате переноса, содержали улучшения, которые позже привели к появлению нескольких разновидностей этой операционной системы, В 1977 году корпорация Bell Labs выпустила комбинацию этих вариантов в виде одной операционной системы Unix System III, а в 1982 году корпорация AT&T представила версию System V [2] .

Простота устройства операционной системы Unix, а также тот факт, что эта система распространялась вместе со своим исходным кодом, привели к тому, что дальнейшие разработки начали проводиться в других организациях. Наиболее важным среди таких разработчиков был Калифорнийский университет в городе Беркли (University of California at Berkeley).

2

Как насчет версии System IV? Ходят слухи, что это внутренняя экспериментальная версия.

Варианты операционной системы Unix из Беркли именовались Berkeley Software Distributions (BSD). Первая версия операционной системы Unix, разработанная в Беркли в 1981 году, называлась 3BSD. Следом за ней появились выпуски серии 4BSD: 4.0BSD, 4.1BSD, 4.2BSD и 4.3BSD. В этих версиях операционной системы Unix была добавлена виртуальная память, замещение страниц по требованию (demand paging) и стек протоколов TCP/IP. Последней официальной версией ОС Unix из Беркли была 4.4BSD, выпущенная в 1993 году, которая содержала переписанную систему управления виртуальной памятью. Сейчас разработка линии BSD продолжается в операционных системах Darwin, Dragonfly BSD, FreeBSD, NetBSD и OpenBSD.

В 1980–1990-х годах многие компании, разработчики рабочих станций и серверов, предложили свои коммерческие версии операционной системы Unix. Эти операционные системы обычно базировались на реализациях AT&T или Беркли и поддерживали дополнительные профессиональные возможности, которые обеспечивала соответствующая аппаратная платформа. Среди таких систем были Tru64 компании Digital, HP-UX компании Hewlett Packard, AIX компании IBM, DYNIX/ptx компании Sequent, IRIX компании SGI, Solaris компании Sun.

Первоначальное элегантное устройство операционной системы Unix в соединении с многолетними нововведениями и улучшениями, которые за ними последовали, сделали систему Unix мощной, устойчивой и стабильной. Очень небольшое количество характеристик ОС Unix ответственны за ее устойчивость. Во-первых, операционная система Unix проста: в то время как в некоторых операционных системах реализованы тысячи системных вызовов и эти системы имеют недостаточно ясное назначение, Unix-подобные операционные системы обычно имеют только несколько сотен системных вызовов и достаточно четкий дизайн. Во-вторых, в операционной системе Unix все представляется в виде файлов [3] . Такая особенность позволяет упростить работу с данными и устройствами, а также обеспечить это посредством простых системных вызовов:

open

,

read

,

write

,

ioctl

и

close

. В-третьих, ядро и системные утилиты операционной системы Unix написаны на языке программирования С — это свойство делает Unix удивительно переносимой и доступной для широкого круга разработчиков операционной системой.

3

Да, конечно, не все, но многое представлено в виде файла. В современных операционных системах, таких как Plan9 (наследник Unix), практически все представляется в виде файлом.

Для ОС Unix характерно очень малое время создания нового процесса и уникальный системный вызов

fork

. И наконец, операционная система Unix предоставляет простые и в то же время устойчивые средства межпроцессного взаимодействия, которые, в сочетании с быстрым созданием процессов, позволяют создавать простые утилиты, которые умеют выполнять всего одну функцию, но делают это хорошо, и могут быть связаны вместе для выполнения более сложных задач.

Сегодня Unix — современная операционная система, которая поддерживает многозадачность, многопоточность, виртуальную память, замещение страниц по требованию, библиотеки совместного использования, загружаемые по требованию, и сеть TCP/IP. Многие варианты операционной системы Unix поддерживают масштабирование до сотен процессоров, в то время как другие варианты ОС Unix работают на миниатюрных устройствах в качестве встраиваемых систем. Хотя разработка Unix больше не является исследовательским проектом, все же продолжаются разработки (с целью получить дополнительные преимущества) с использованием возможностей операционной системы Unix, которая при этом остается практичной операционной системой общего назначения.