Оболочка

Операционная система 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. Существует множество оболочек, например sh, csh, ksh и bash. Все они поддерживают описанные ниже функции, поскольку про­изошли от первоначальной оболочки (sh).

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 выводданныхвфайл:

date >f1le

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

sort <filel >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 file! file2 file3 I sort >/dev/lp

предписывает программе car 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 file! file2 f1le3 | 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.

Кибернетика (наука о компьютерах), как и множество других областей знания, находится в сильной зависимости от технологий. Причиной отсутствия автомо­билей у древних римлян являлось вовсе не то, что они очень любили ходить пешком. Машин не было потому, что римляне просто не знали, как их сконструиро­вать. И персональные компьютеры существуют не потому, что миллионы людей долгое время хотели иметь свой собственный компьютер, но сдерживали это же­лание, а потому, что теперь можно относительно дешево их производить. Мы час­то забываем, как сильно влияет технология на наше видение систем, и действи­тельно полезно поразмышлять об этом время от времени.

Часто случается, что из-за изменений в технологии некоторые идеи устарева­ют. Но другие изменения в технологии могут вновь оживить их. Такое случается главным образом тогда, когда происходящие изменения имеют отношение к от­носительной производительности различных частей системы. Например, когда скорость центрального процессора начинает намного превышать быстродействие памяти, кэш становится очень важной деталью, увеличивающей скорость «медлен­ной» памяти. Если новые технологии в области памяти когда-нибудь создадут память намного более быструю, чем процессор, кэш станет не нужным. Но если затем процессоры опять станут более быстрыми, чем память, кэш появится снова. В биологии вымирание происходит навсегда, но в кибернетике иногда это бывает только на несколько лет.

Из-за такого непостоянства в данной книге время от времени мы будем рассмат­ривать «устаревшие» концепции, то есть идеи, не оптимальные для современных технологий. Но изменения в технологии могут вернуть к жизни некоторые из так называемых «устаревших понятий». По этой причине важно помять, почему кон­цепция является устаревшей и какие изменения в окружающей обстановке могут оживить ее.

Чтобы пояснить нашу точку зрения, рассмотрим несколько примеров. Ранние компьютеры имели вмонтированный В аппаратуру набор команд. Затем появилось микропрограммирование, при котором интерпретатор выполнял команды про­граммно. Аппаратное выполнение устарело. После этого были созданы RISC-компьютеры, и микропрограммирование (то есть интерпретируемое выполнение) тоже стало устаревшим понятием, поскольку исполнение команд напрямую ока­залось быстрее. Теперь мы наблюдаем возрождение интерпретации в форме алплетов Java, которые передаются по Интернету и интерпретируются по прибытии. Здесь скорость выполнения не играет решающей роли, поскольку задержки в сети настолько велики, что основное время тратится на них. Но все это тоже однажды может измениться.

Ранние компьютерные системы размещали файлы на диске, располагая их в со­седних секторах, один за другим. Хотя эта схема осуществляется очень просто, она не является гибкой, поскольку если файл увеличился в размере, уже не будет мес­та для его хранения. Концепция непрерывного размещения файлов была отверг­нута и стала устаревшей. До тех пор, пока не появились компакт-диски. Для них не существует проблемы роста файлов. Внезапно простота непрерывного разме­щения файлов оказалась гениальной идеей, и на ней сейчас базируются файловые системы компакт-дисков.

И наконец, рассмотрим динамическое связывание. Система MULTICS проек­тировалась так, чтобы она могла функционировать днем и ночью без остановок. Чтобы программно исправлять системные ошибки, необходимо было найти спо­соб, позволяющий заменять библиотечные процедуры во время их использования.