LXF169:Linux – что это?

Подписка на печатную версию Весь 2015 год (12 номеров) Первое полугодие (6 номеров) Второе полугодие (6 номеров)

Подписка на электронную версию Весь 2015 год (12 номеров) Первое полугодие (6 номеров) Второе полугодие (6 номеров)

Подшивки старых номеров журнала (печатные версии) Весь 2014 год (12 номеров) Первое полугодие (6 номеров) Второе полугодие (6 номеров)

Linux – что это?

Нейл Бот­вик ко­па­ет­ся в луч­шей в ми­­ре опе­ра­ци­он­ной сис­те­ме, вы­яс­няя, что же за­став­ля­ет ее ра­бо­тать.

Сло­во «Linux» — од­но из са­мых час­то встре­чаю­щих­ся в этом жур­на­ле, но что оно оз­на­ча­ет? Оно оз­на­ча­ет раз­ное для раз­ных лю­дей — от пу­ри­стов, для ко­то­рых это в пер­вую оче­редь яд­ро, до сто­ронников GNU, ко­то­рые счи­та­ют его ча­стью GNU/Linux, и но­вых поль­зо­ва­те­лей, по­ла­гаю­щих, что это вто­рое на­звание Ubuntu. На са­мом де­ле Linux — все это сра­зу, а выбор за­ви­сит от ва­шей точ­ки зрения. Стро­го го­во­ря, тер­мин “Linux”, ис­поль­зуе­мый от­дель­но, от­но­сит­ся к яд­ру опе­ра­ци­он­ной сис­те­мы, а GNU/Linux — это вся опе­ра­ци­он­ная сис­те­ма, объ­е­ди­няю­щая яд­ро Linux и ин­ст­ру­мен­ты GNU; од­но бу­дет со­вер­шен­но бес­по­лез­но без дру­го­го (или ка­кой-ли­бо его аль­тер­на­ти­вы).

Ес­ли до­ба­вить сю­да еще и при­ло­жения, и неко­то­рые ин­ст­ру­мен­ты, по­зво­ляю­щие управ­лять всем этим в це­лом, вы по­лу­чи­те ди­ст­ри­бу­тив, на­при­мер, Ubuntu.

За дол­гие го­ды мы рас­ска­за­ли прак­ти­че­­ски обо всех от­дель­но взя­тых ком­понен­тах, со­став­ляю­щих опе­ра­ци­он­ную сис­те­му, из­вест­ную нам как Linux, но они не ра­бо­та­ют по от­дель­но­сти – они долж­ны объ­е­ди­нять­ся вме­сте, и здесь мы по­пы­та­ем­ся объ­яснить, как из час­тей скла­ды­ва­ет­ся це­лое и что эти час­ти де­ла­ют.

Что та­кое ОС?

Что та­кое ди­ст­ри­бу­тив?

Опе­ра­ци­он­ную сис­те­му мож­но оп­ре­де­лить как про­грам­му, необ­хо­ди­мую для то­го, что­бы при­ло­жения ра­бо­та­ли на обо­ру­до­вании – как та­ко­вая, она со­сто­ит из несколь­ких переплетенных уровней. В са­мом серд­це ее ле­жит яд­ро, ко­то­рое взаи­мо­дей­ст­ву­ет с обо­ру­до­ванием че­рез драй­ве­ры и по­зво­ля­ет дру­гим про­грам­мам ис­поль­зо­вать это обо­ру­до­вание. По­верх него рас­по­ла­га­ют­ся раз­лич­ные слои, ра­бо­таю­щие с уст­рой­ст­ва­ми вво­да, се­те­вы­ми уст­рой­ст­ва­ми, уст­рой­ст­ва­ми зву­ка и ви­део. Обыч­но вам неза­чем об этом знать. Знания, конеч­но, бы­ва­ют по­лез­ны при возник­но­вении ка­ких-ли­бо про­блем, но да­же тогда они не так уж важ­ны, осо­бен­но ес­ли ваш ком­пь­ю­тер есть ко­му от­ре­мон­ти­ро­вать. Од­на­ко, раз уж вы чи­тае­те этот жур­нал, есть ве­ро­ят­ность, что вас ин­те­ре­су­ет про­ис­хо­дя­щее «внут­ри» Linux, и мы по­пы­та­ем­ся дать вам пред­став­ление об этом – и о том, кто за что от­ве­ча­ет.

Ди­ст­ри­бу­тив Linux – это спо­соб рас­про­странения осно­ван­ной на Linux опе­ра­ци­он­ной сис­те­мы и со­пут­ст­вую­щих про­грамм. В са­мом на­ча­ле это бы­ли про­сто фай­лы, необходимые для ОС, плюс спо­соб их уста­нов­ки на ком­пь­ю­тер. По­сте­пен­но ди­ст­ри­бу­ти­ву на­ча­ли тре­бо­вать­ся менед­же­ры па­ке­тов, ин­ст­ру­мен­ты об­нов­ления, на­строй­ка GUI и мно­же­ст­во иных удобств. Тем не менее, при появившихся дру­же­лю­бии к поль­зо­ва­те­лю и внешнем лоске (или не появившихся, ес­ли ваш дистрибутив – Gentoo) все ди­ст­ри­бу­ти­вы по-прежнему пред­став­ля­ют со­бой Linux.

Яд­ро

Нерв­ный центр в серд­цевине ва­шей опе­ра­ци­он­ной сис­те­мы Linux.

Яд­ро — это бью­щее­ся серд­це сис­те­мы, но что оно та­кое? Яд­ро — это про­грамм­ный ин­тер­фейс к обо­ру­до­ванию ком­пь­ю­те­ра. Оно об­ща­ет­ся с CPU, па­мя­тью и про­чи­ми уст­рой­ст­ва­ми от имени лю­бой про­грам­мы, уста­нов­лен­ной на ком­пь­ю­те­ре. И как та­ко­вое, яв­ля­ет­ся са­мым низ­ко­уровневым ком­понен­том сре­ди про­грамм — и са­мым важ­ным. Ес­ли в яд­ре есть про­бле­ма, эта про­бле­ма от­ра­жа­ет­ся на лю­бой про­грам­ме, ра­бо­таю­щей на ком­пь­ю­те­ре.

Яд­ро Linux мо­но­лит­но, т. е. все основ­ные сер­ви­сы ОС ра­бо­та­ют в нем. Аль­тер­на­тив­ный под­ход – мик­ро­яд­ро, где боль­шая часть ра­бо­ты де­ла­ет­ся внешними про­цес­са­ми, а яд­ро занима­ет­ся все­го лишь ко­ор­диниро­ванием.

Чис­то мо­но­лит­ное яд­ро непло­хо ра­бо­та­ло рань­ше, когда поль­зо­ва­те­ли ком­пи­ли­ро­ва­ли яд­ро под свое обо­ру­до­вание; но сей­час та­кое ко­ли­че­­ст­во ком­би­на­ций обо­ру­до­вания, что встраи­вание их всех в яд­ро при­ве­дет к по­яв­лению неподъемного фай­ла. По­это­му яд­ро Linux ста­ло мо­дуль­ным: клю­че­вые функ­ции на­хо­дят­ся в фай­ле яд­ра (его мож­но уви­деть в /boot как vmlinuz-version), а оп­цио­наль­ные драй­ве­ры встрое­ны в ви­де от­дель­ных мо­ду­лей в /lib/modules (фай­лы .ko в этой ди­рек­то­рии).

На­при­мер, 64-бит­ное яд­ро Ubuntu 12.10 име­ет раз­мер 5 MБ, и есть еще 3700 мо­ду­лей, занимаю­щих бо­лее 100 MБ. На кон­крет­ной ма­шине нуж­на толь­ко часть из них, и бы­ло бы су­щим бе­зу­ми­ем пы­тать­ся за­гру­зить их все с основ­ным ядром. Вме­сто это­го яд­ро оп­ре­де­ля­ет ис­поль­зуе­мое обо­ру­до­вание и за­гру­жа­ет со­от­вет­ст­вую­щие мо­ду­ли, ко­то­рые ста­но­вят­ся ча­стью яд­ра в па­мя­ти, так что в за­гру­жен­ном ви­де оно по-прежнему оста­ет­ся мо­но­лит­ным, да­же когда рас­пре­де­ля­ет­ся по ты­ся­чам фай­лов. Это по­зво­ля­ет сис­те­ме реа­ги­ро­вать на из­менение обо­ру­до­вания. Ес­ли под­клю­чить уст­рой­ст­во USB, за­гру­зят­ся мо­дуль usb-storage и мо­дуль фай­ло­вой сис­те­мы, необ­хо­ди­мый для то­го, что­бы его под­мон­ти­ро­вать. Вот по­че­му при до­бав­лении обо­ру­до­вания так ред­ко при­хо­дит­ся уста­нав­ли­вать но­вые драй­ве­ры: все они уже есть, и про­сто ждут, когда вы ку­пи­те и под­клю­чи­те но­вые иг­руш­ки. Ком­пь­ю­те­ры, ра­бо­таю­щие на спе­циа­ли­зи­ро­ван­ном обо­ру­до­вании, ко­то­рое не из­ме­ня­ет­ся, на­при­мер, сер­ве­ры, обыч­но име­ют яд­ро с уже ском­пи­ли­ро­ван­ны­ми необ­хо­ди­мы­ми драй­ве­ра­ми и от­клю­чен­ной за­груз­кой мо­ду­лей, что до­бав­ля­ет неболь­шую до­лю безо­пас­но­сти.

Ес­ли вы ком­пи­ли­руе­те свое яд­ро, хо­ро­шо бы взять за пра­ви­ло встраи­вать в него драй­ве­ры для тех уст­ройств, ко­то­рые всегда ис­поль­зу­ют­ся, на­при­мер, для се­те­во­го ин­тер­фей­са и фай­ло­вых сис­тем же­ст­ко­го дис­ка, а для все­го осталь­но­го соз­дать мо­ду­ли.

И еще мо­ду­ли

Ог­ром­ное ко­ли­че­­ст­во мо­ду­лей, боль­шин­ст­во из ко­то­рых – драй­ве­ры уст­ройств, ста­ло од­ной из силь­ных сто­рон Linux: по умол­чанию под­дер­жа­но столь­ко уст­ройств, что драй­ве­ры ка­чать и уста­нав­ли­вать от­ку­да-то еще со­вер­шен­но неза­чем. Но неко­то­рые уст­рой­ст­ва по­ка не ох­ва­че­ны встро­ен­ны­ми в яд­ро мо­ду­ля­ми, обыч­но по при­чине то­го, что код еще очень нов или его ли­цен­зия не по­зво­ля­ет вклю­чать его в яд­ро (да, ZFS, это про те­бя).

Са­мый из­вест­ный при­мер – драй­ве­ры для карт Nvidia. Обыч­но име­нуе­мые сто­ронними мо­ду­ля­ми, хо­тя Ubuntu так­же ис­поль­зу­ет тер­мин «ог­раничен­ные драй­ве­ры», они уста­нав­ли­ва­ют­ся из ва­ше­го менед­же­ра па­ке­тов, ес­ли их под­дер­жи­ва­ет ваш ди­ст­ри­бу­тив. В ином слу­чае их при­дет­ся ком­пи­ли­ро­вать из ис­ходника, что нуж­но бу­дет про­де­лы­вать ре­гу­ляр­но, при ка­ж­дом об­нов­лении яд­ра, по­сколь­ку они при­вя­за­ны к яд­ру, для ко­то­ро­го ком­пи­ли­ро­ва­лись.

Пред­принима­лись некие по­пыт­ки ав­то­ма­ти­зи­ро­вать этот про­цесс, на­при­мер, DKMS (Dynamic Kernel Module Support – ди­на­ми­че­­ская под­держ­ка мо­ду­лей яд­ра), когда при уста­нов­ке яд­ра ав­то­ма­ти­че­­ски пе­ре­ком­пи­ли­ру­ют­ся все сто­ронние мо­ду­ли, де­лая про­цесс об­нов­ления яд­ра поч­ти та­ким же без­бо­лезнен­ным, как про­цесс об­нов­ления поль­зо­ва­тель­ских при­ло­жений.

Го­во­ря о яд­ре, обя­за­тель­но жонг­ли­ру­ют та­ки­ми по­ня­тия­ми, как «об­ласть яд­ра» и «поль­зо­ва­тель­ская об­ласть». Об­ласть яд­ра – это па­мять, доступ к ко­то­рой есть толь­ко у яд­ра; ни од­на поль­зо­ва­тель­ская про­грам­ма (то есть нечто по­ми­мо яд­ра и его мо­ду­лей) не мо­жет ниче­го здесь за­пи­сы­вать, по­это­му сто­рон­няя про­грам­ма не мо­жет по­вре­дить ра­бо­те яд­ра. А поль­зо­ва­тель­ская об­ласть – это об­ласть, доступ к ко­то­рой мо­жет по­лу­чить лю­бая про­грам­ма с со­от­вет­ст­вую­щи­ми при­ви­ле­гия­ми. Это спо­соб­ст­ву­ет ста­биль­но­сти и безо­пас­но­сти Linux, по­сколь­ку ни од­на про­грам­ма, да­же ра­бо­таю­щая от имени су­пер­поль­зо­ва­те­ля-root, не мо­жет на­пря­мую раз­ру­шить яд­ро.

По­ря­док за­груз­ки

Та­ин­ст­вен­ное че­ре­дование вспы­шек и зву­ков при за­пуске.

Боль­шин­ст­во ди­ст­ри­бу­ти­вов при за­груз­ке сра­зу прикрываются за­став­кой, и мы не мо­жем на­блю­дать за про­ис­хо­дя­щим. А про­ис­хо­дит-то мно­го че­го — как до по­яв­ления за­став­ки, так и по­сле. Пер­вым за­гру­жа­ет­ся BIOS с ма­те­рин­ской пла­ты. Она ищет уст­рой­ст­во за­груз­ки и за­гру­жа­ет с него код.

Ес­ли же­ст­кий диск ис­поль­зу­ет тра­ди­ци­он­ную сис­те­му де­ления на раз­де­лы DOS, она со­дер­жит­ся в Master Boot Record (MBR) дис­ка – все­го 512 байт. 64 бай­та ис­поль­зу­ют­ся для хранения таб­ли­цы раз­де­лов для дис­ка (вот по­че­му доступ­ны толь­ко че­ты­ре пер­вич­ных раз­де­ла), а осталь­ные 446 байт оста­ют­ся для ко­да про­грам­мы-за­груз­чи­ка (обыч­но это Grub). В 446 байт осо­бо мно­го функ­ций не впих­нуть, по­это­му все, что де­ла­ет этот код – за­гру­жа­ет оста­ток за­гру­зоч­но­го ко­да от­ку­да-то еще с дис­ка, из того мес­та, которое уста­нав­ли­вае­тся при за­дании ко­да MBR за­груз­чи­ком.

В по­ис­ках спи­ска оп­ций за­груз­ки за­груз­чик счи­ты­ва­ет свой файл кон­фи­гу­ра­ции – обыч­но это /boot/grub2/grub.cfg – и ли­бо ото­бра­жа­ет ме­ню, ли­бо пе­ре­хо­дит пря­ми­ком к за­груз­ке по умол­чанию. На дан­ной ста­дии Linux никак не за­дей­ст­во­ван: ра­бо­та­ет толь­ко код за­груз­чи­ка. Файл кон­фи­гу­ра­ции вы­да­ет за­груз­чи­ку адрес яд­ра Linux и всех необ­хо­ди­мых фай­лов initramfs, а так­же лю­бые дру­гие на­строй­ки, та­кие, как раз­дел root и то, на­до ли скры­вать это все за за­став­кой. Для же­лаю­щих ви­деть, что про­ис­хо­дит на­чи­ная с это­го мо­мен­та и даль­ше, в боль­шин­ст­ве ди­ст­ри­бу­ти­вов за­став­ку мож­но убрать, на­жав кноп­ку Е для ре­дак­ти­ро­вания пунк­тов ме­ню Grub, уда­лив оп­ции за­став­ки и за­глу­шения зву­ков и на­жав F10 для про­дол­жения за­груз­ки.

За­чем ну­жен ramdisk?

Боль­шин­ст­во ди­ст­ри­бу­ти­вов ис­поль­зу­ют файл initramfs – глав­ным об­ра­зом, по той при­чине, что оп­ре­де­лен­ные драй­ве­ры, в ча­ст­но­сти, нуж­ные для за­груз­ки дис­ка (на­при­мер, кон­трол­ле­ры SATA и код фай­ло­вой сис­те­мы), на­до за­гру­жать вме­сте с ядром. Для обыч­но­го ди­ст­ри­бу­ти­ва встраи­вание всех воз­мож­ных оп­ций в яд­ро раз­ду­ет его на­столь­ко, что оно ока­жет­ся нера­бо­то­спо­соб­ным, по­это­му все встраи­ва­ет­ся в ви­де мо­ду­лей, и те, что нуж­ны для за­груз­ки, вклю­ча­ют­ся в initramfs. Это тип ramdisk’а, за­гру­жае­мо­го про­грам­мой за­груз­ки вме­сте с ядром (ис­поль­зуя про­це­ду­ру BIOS, что­бы счи­тать его с дис­ка), со­дер­жа­щий все фай­лы, необ­хо­ди­мые для то­го, что­бы под­мон­ти­ро­вать раз­дел root. Здесь по­мо­га­ет функ­ция рас­по­зна­вания ядром уст­ройств, ре­шая, ка­кие мо­ду­ли за­гру­жать, и за­тем управ­ление пе­ре­да­ет­ся же­ст­ко­му дис­ку. Так­же initramfs ис­поль­зу­ет­ся для вывода на экран за­ста­вок, по­это­му они и по­яв­ля­ют­ся в са­мом на­ча­ле про­цес­са за­груз­ки.

По­сле мон­ти­ро­вания раз­де­ла root, на­пря­мую или че­рез initramfs, все­рь­ез за­пуска­ет­ся по­сле­до­ва­тель­ность инициа­ли­за­ции. Тра­ди­ци­он­но она на­чи­на­ет­ся с за­пуска /sbin/init, ко­то­рая за­тем за­пуска­ет все осталь­ное, под кон­тро­лем /etc/inittab, и от­ве­ча­ет за спи­сок со­об­щений при за­пуске сер­ви­сов, ко­то­рые вы ви­ди­те на кон­со­ли, ес­ли у вас нет за­став­ки. Так­же это по­зво­ля­ет уви­деть, в ка­ком мес­те про­цесс за­груз­ки под­вис или за­нял боль­ше по­ло­жен­но­го вре­мени, ес­ли у вас возник­ли та­кие про­бле­мы.

Но­вые оп­ции

Вре­мя идет, и все эти сис­те­мы под­вер­га­ют­ся из­менениям. На са­мом по­следнем обо­ру­до­вании BIOS за­ме­ня­ет­ся на UEFI, хо­тя ес­ли вы уста­но­ви­ли про­грам­му за­груз­ки, разницы вы не по­чув­ст­вуе­те. Есть так­же по­пыт­ки за­менить тра­ди­ци­он­ную сис­те­му SysVinit, ко­то­рая су­ще­ст­ву­ет уже мно­го лет. Ubuntu ввел Upstart, а Red Hat и Fedora пред­по­чи­та­ют systemd.

Все они де­ла­ют при­мер­но од­но и то же – за­пуска­ют за­да­чи, необ­хо­ди­мые, что­бы за­ра­бо­та­ла ОС. От­ли­ча­ют­ся толь­ко ме­то­ды. Ос­нов­ное раз­ли­чие в том, что SysVinit по­сле­до­ва­тель­на: ка­ж­дый сле­дую­щий сер­вис до­жи­да­ет­ся за­вер­шения за­пуска пре­ды­ду­ще­го. Мед­лен­но за­пускае­мый сер­вис тор­мо­зит все осталь­ные. Upstart и systemd за­пуска­ют сер­ви­сы па­рал­лель­но, из­бе­гая по­доб­ных уз­ких мест. Конеч­но, есть те, кто счи­та­ет, что Linux на­столь­ко ста­би­лен, что вре­мя за­груз­ки не столь важ­но – ес­ли вы вме­сто вы­клю­чения ма­ши­ны мо­же­те уй­ти в спя­щий ре­жим, пе­ре­за­груз­ка ста­но­вит­ся весь­ма ред­ким слу­ча­ем.

> Прости, Ричард, но мы не будем все время говорить «GNU слэш».

> Уб­рав за­став­ку, вы уви­ди­те про­цесс за­груз­ки во всей кра­се, в том чис­ле и со­стоя­ние за­пус­кае­мых про­цес­сов.

• Метамодернизм в позднем творчестве В.Г. Сорокина
• ЛитРПГ - последняя отрыжка постмодерна
• "Ричард III и семиотика"
• 3D-визуализация обложки Ridero создаем обложку книги при работе над самиздатом.
• Архитектура метамодерна - говоря о современном искусстве, невозможно не поговорить об архитектуре. В данной статье будет отмечено несколько интересных принципов, характерных для построек "новой волны", столь притягательных и скандальных.
• Литература
• Метамодерн
• Рокер-Прометей против изначального зла в «Песне про советскую милицию» Вени Дркина, Автор: Нина Ищенко, к.ф.н, член Союза Писателей ЛНР - перепубликация из журнала "Топос".
• Как избавиться от комаров? Лучшие типы ловушек.
• Что делать если роблокс вылетает на windows
• Что делать, если ребенок смотрит порно?
• Почему собака прыгает на людей при встрече?
• Какое масло лить в Задний дифференциал (мост) Visco diff 38434AA050
• О чем может рассказать хвост вашей кошки?
• Верветки
• Отчетность бюджетных учреждений при закупках по Закону № 223-ФЗ
• Срок исковой давности как правильно рассчитать
• Дмитрий Патрушев минсельхоз будет ли преемником Путина
• Кто такой Владислав Поздняков? Что такое "Мужское Государство" и почему его признали экстремистским в России?
• Как правильно выбрать машинное масло в Димитровграде?
• Как стать богатым и знаменитым в России?
• Почему фильм "Пипец" (Kick-Ass) стал популярен по всему миру?
• Как стать мудрецом?
• Как правильно установить FreeBSD
• Как стать таким как Путин?
• Где лучше жить - в Димитровграде или в Ульяновске?
• Почему город Димитровград так называется?
• Что такое метамодерн?
• ВАЖНО! Временное ограничение движения автотранспортных средств в Димитровграде
• Тарифы на электроэнергию для майнеров предложено повысить