Другое важное понятие в UNIX - это установленная (смонтированная) файловая система. Почти все персональные компьютеры имеют один или два дисковода для гибких дисков, куда можно вставить и откуда можно вынуть диск. Чтобы предоставить возможность общения со сменными носителями (включая компакт-диски), UNIX позволяет присоединять файловую систему сменного диска к главному дереву. Рассмотрим ситуацию на рис. 1.7, а. Перед вызовом системной процедуры mount корневая файловая система на жестком диске и вторая файловая система на гибком диске существуют раздельно и никак не связаны между собой.

Корень

Диск О

aj х/

Рис. 1.7. а - перед установкой файлы на диске О недоступны; б - после монтирования они становятся частью общей файловой структуры

Однако файлы на гибком диске нельзя использовать, потому что для них невозможно определить путь. UNIX не позволяет присоединять к началу пути название диска или его номер, так как это привело бы к жесткой зависимости от устройств, которой операционная система должна избегать. Вместо этого системный вызов inount позволяет присоединять файловую систему на гибком диске к корневой файловой системе в том месте, где этого захочет программа. На рис. 1.7, б файловая система гибкого диска была установлена в каталог Ь, таким образом, обеспечен доступ к файлам по путям /Ь/х/ и /Ь/у. Если каталог b содержал какие-либо файлы, они будут недоступны, пока смонтирован гибкий диск, так как теперь/Ь ссылается на корневой каталог гибкого диска. (Невозможность доступа к этим файлам не так страшна, как кажется с первого взгляда: файловые системы почти всегда устанавливаются в пустые каталоги.) Если система содержит несколько жестких дисков, они все могут быть встроены в одно дерево таким же образом.

Еще одно важное понятие в UNIX - это специальный файл. Специальные файлы служат для того, чтобы устройства ввода/вывода выглядели как файлы. При этом можно прочесть информацию из специальных файлов или записать ее туда с помощью тех же самых системных вызовов, что используются для чтения и записи файлов. Существует два вида специальных файлов: блочные специальные файлы и символьные специальные файлы. Блочные специальные файлы используются для моделирования устройств, состоящих из набора произвольно адресуемых блоков, таких как диски. Открывая блочный специальный файл

и читая, скажем, блок 4, программа может напрямую получить доступ к четвертому блоку на устройстве, без обращения к содержащейся на нем файловой системе. Таким же образом символьные специальные файлы используются для моделирования принтеров, модемов и других устройств, которые принимают или выдают поток символов. По соглашению специальные файлы хранятся в каталоге /dev. Например, /dev/lp может быть строковым принтером.

И последнее понятие, которое мы обсудим во введении, - это каналы (pipe), имеющие отношение и к процессам и к файлам. Канал (также иногда называемый трубой) представляет собой псевдофайл, который можно использовать для связи двух процессов, как показано на рис. 1.8. Если процессы АиВ захотят пообщаться с помощью канала, они должны установить его заранее. Когда процесс А хочет отправить данные процессу В, он пишет их в канал, как если бы это был выходной файл. Процесс В может прочесть данные, читая их из канала, как если бы он был файлом с входными данными. Таким образом, соединение между процессами в UNIX выглядит очень похожим на обычное чтение и запись файлов. Более того, только сделав специальный системный вызов, процесс может обнаружить, что выходной файл, в который он пишет данные, не реальный файл, а канал.

Процесс Процесс

0Канал

Рис. 1.8. Два процесса, соединенные каналом

1.3.3. Оболочка

Операционная система MINIX представляет собой программу, выполняющую системные вызовы. Редакторы, компиляторы, ассемблеры, компоновщики и командные интерпретаторы не являются частью операционной системы, несмотря на их большую важность и полезность. Поскольку есть риск запутаться в этих вещах, в данном разделе мы кратко рассмотрим только командный интерпретатор UNIX, называемый оболочкой (shell). Хотя она не входит в операционную систему, но во всю пользуется многими функциями операционной системы и поэтому является хорошим примером того, как могут применяться системные вызовы. Кроме этого, оболочка предоставляет основной интерфейс между пользователем, сидящим за своим терминалом, и операционной системой, если, конечно, пользователь не использует графический интерфейс.

Когда какой-либо пользователь входит в систему, запускается оболочка. Стандартным входным и выходным устройством для оболочки является терминал (монитор с клавиатурой). Оболочка начинает работу с печати приглашения (prompt) - знака доллара, говорящего пользователю, что оболочка ожидает ввода команды. Если теперь пользователь напечатает, например,

date

оболочка создаст дочерний процесс и запустит программу date. Пока дочерний процесс работает, оболочка ожидает его завершения. После завершения дочернего процесса оболочка опять печатает приглашение и пытается прочесть следующую входную строку. Пользователь может перенаправить стандартный вывод данных в файл:

date >file

Таким же образом можно переопределить устройство, с которого читаются входные данные, как показано ниже:

sort <fnel >file2

Эта команда предписывает программе сортировки считать данные из файла 1 и вывести результат в файл 2.

Выходные данные одной программы можно использовать в качестве входных данных для другой, соединив их каналом. Так, команда

cat filel file2 ГПеЗ sort >/dev/lp

предписывает профамме cat объединить (concatenate) три файла и послать выходные данные программе sort, которая расставит все строки в алфавитном порядке. Результат работы sort перенаправляется в файл /dev/lp, обычно обозначающий принтер.

Если пользователь наберет знак & после команды, оболочка не будет ждать окончания ее выполнения. В этом случае она немедленно напишет новое приглашение. То есть в результате команды

cat f1le1 f1le2 file3 sort >/dev/lp &

сортировка запустится как фоновое задание, разрешая пользователю продолжать нормальную работу во время выполнения сортировки. Оболочка имеет множество других интересных особенностей, для обсуждения которых у нас здесь, к сожалению, недостаточно места. Но большинство книг по UNIX описывают оболочки довольно подробно.

1.4. Системные вызовы

Вооружившись общим пониманием того, как MINIX работает с процессами и файлами, можно приступить к изучению интерфейса между операционной системой и пользовательскими профаммами, то есть системных вызовов. Несмотря на то что это обсуждение затрагивает конкретно стандарт POSIX (международный стандарт 9945-1) и MINIX, у большинства других современных операционных систем есть системные вызовы, выполняющие те же самые функции, хотя детали могут быть различны. Так как фактический механизм обращения к системным функциям является в высокой степени машинно-зависимым и часто должен реализовываться на ассемблере, существуют библиотеки процедур, делающие возможным обращение к системным процедурам из программ на С и на других языках с тем же успехом.