читает команды с терминала. Пользователь только что напечатал команду, содержащую запрос на компиляцию программы. Теперь оболочка должна создать новый процесс, который запустит компилятор. Когда процесс закончит компиляцию, он выполнит системный вызов, завершающий его собственную работу.

Если процесс может создавать несколько других процессов (называющихся дочерними процессами), а эти процессы, в свою очередь, тоже могут создать дочерние процессы, перед нами предстает дерево процессов, изображенное на рис. 1.5. Связанные процессы - это те, которые объединены для выполнения некоторой задачи, и им нужно часто передавать данные от одного к другому и синхронизировать свою деятельность. Такая связь называется межпроцессным взаимодействием и будет обсуждена в деталях в главе 2.

Рис. 1.5. Дерево процесса. Процесс А создал два дочерних процесса В и С. Процесс В создал три дочерних процесса D, Е и F

Другие системные вызовы предназначаются для запросов о предоставлении дополнительной памяти (или освобождении не использующейся памяти), ожидании завершения дочерних процессов и наложении одной программы на другую.

Время от времени необходимо передавать информацию работающему процессу так, чтобы он не простаивал в ожидании получения этой информации. Например, процесс, связанный с другим процессом на удаленном компьютере, делает это, посылая сообщения по сети. Чтобы предотвратить возможность потери сообщения или ответа на него, отправитель может потребовать от собственной операционной системы уведомления, если по истечении определенного интервала ожидания не будет получено подтверждение о получении сообщения. В этом случае он сможет повторить отправку сообщения. После установки таймера программа продолжит выполнение другой работы.

Если по истечении определенного количества секунд ответа нет, операционная система посылает процессу сигнал. Сигнал вызывает временную остановку работы процесса независимо от того, что процесс делает в данный момент; сохраняет его регистры в стеке и запускает специальную процедуру обработки сигнала (например, передающую повторно предположительно потерянное сообщение). После завершения обработки сигнала работающий процесс запускается заново в том состоянии, в котором он находился до сигнала. Сигналы являются программными аналогами аппаратных прерываний и могут быть сгенерированы по различным причинам, а не только из-за истечения какого-либо интервала времени. Многие аппаратные прерывания (например, вызванные выполнением недо-

пустимой команды или использованием неправильного адреса) также преобразуются в сигналы процессу, в котором произошла ошибка.

Каждому пользователю, которому разрешено пользоваться системой, системный администратор присваивает UID (User IDentification - идентификатор пользователя). У каждого работающего процесса есть идентификатор пользователя, запустившего его. Дочерний процесс получает тот же самый UID, что и его родитель. Пользователь с особым идентификатором UID, называемый в UNIX суперпользователем (superuser), имеет особые полномочия и может игнорировать множество правил защиты. В огромных системах только системный администратор знает пароль, необходимый для того, чтобы стать суперпользователем. Однако множество обыкновенных пользователей (особенно студенты) тратят значительное количество времени и труда на то, чтобы найти брешь в системе, которая позволит им стать суперпользователями без пароля.

1.3.2. Файлы

Другая обширная группа системных вызовов относится к файловой системе. Как было замечено ранее, основной функцией операционной системы является скрытие особенностей дисков и других устройств ввода/вывода и предоставление пользователю понятной и удобной абстрактной модели независимых от устройств файлов. Системные вызовы очевидно необходимы для создания, удаления, чтения или записи файлов. Перед тем как прочитать файл, его нужно разместить на диске и открыть, а после прочтения его нужно закрыть. Все эти функции осуществляют системные вызовы.

Предоставляя место для хранения файлов, операционные системы используют понятие каталога (directory) как способ объединения файлов в группы. Например, студент может иметь по одному каталогу для каждого изучаемого им курса (для программ, необходимых в рамках этого курса), каталог для электронной почты и еще один - для своей домашней веб-страницы. Для создания и удаления каталогов также необходимы системные вызовы. Они же обеспечивают перемещение существующего файла в каталог и удаление файла из каталога. Содержимое каталогов могут составлять файлы или другие каталоги. Эта модель создает структуру - файловую систему, - как показано на рис. 1.6.

Иерархии процессов и файлов организованы в виде деревьев, но на этом сходство заканчивается. Иерархия процессов обычно не очень глубока (в ней редко бывает больше трех уровней), тогда как файловая структура достаточно часто имеет четыре, пять или даже больше уровней в глубину. Иерархия процессов обычно живет очень недолго, как правило, несколько минут, иерархия каталогов может существовать годами. Принадлежность и защита также различны для процессов и файлов. Обычно только родительский процесс может управлять или даже просто иметь доступ к дочернему процессу, однако практически всегда существует механизм, позволяющий читать файлы и каталоги не только владельцу файла, а более широкой группе пользователей.

Каждый файл в иерархии каталогов можно определить, задав его имя пути, называемое также полным именем файла. Путь начинается из вершины структу-

ры каталогов, называемой корневым каталогом. Такое абсолютное имя пути состоит из списка каталогов, которые нужно пройти от корневого каталога к файлу, с разделением отдельных компонентов косой чертой. На рис. 1.6 путь к файлу CS101 выглядит как /Faculty/Prof.Brown/Courses/CSlOl. Первая косая черта говорит о том, что этот путь - абсолютный, то есть начинается от корневого каталога. В MS-DOS и Windows для разделения компонентов вместо символа косой черты используется обратная косая черта (\). Тогда этот путь будет выглядеть так: \Faculty\Prof.Brown\Courses\CS101. В нашей книге для записи пути мы в основном будем использовать соглашения UNIX.

Корневой каталог

Студенты

Факультет

Профессор Уайт

Рис. 1.6. Файловая система факультета университета

В каждый момент времени у каждого процесса есть текущий рабочий каталог, в котором ищутся пути файлов, не начинающиеся с косой черты. Например, если на рис. 1.6 /Faculty/Prof.Brown является рабочим каталогом, то использование пути Courses/CSlOl даст тот же самый файл, что и абсолютный путь, написанный выше. Процессы могут изменять свой рабочий каталог, используя системные вызовы.

Перед тем как прочесть или записать файл, его нужно открыть, в это же время проверяется разрешение доступа. Если доступ разрешен, система возвращает небольшое целое число, называемое дескриптором файла и используемое в последующих операциях. Если доступ запрещен, то возвращается код ошибки.