Операционная система UNIX. Руководство программиста

       

Операционная система UNIX. Руководство программиста

В 1983 году Кен Томпсон и Деннис Ритчи были удостоены Премии Тьюринга Ассоциации Пользователей Вычислительных Машин (ACM) за разработку операционной системы UNIX. В аннотации, в частности, говорилось:
Успех системы UNIX основывается на удачном выборе нескольких ключевых идей и их элегантной реализации. Благодаря системе UNIX появилось поколение разработчиков программного обеспечения с новой идеологией программирования, основой которой является многократное использование имеющихся программ.
Должны ли программисты, использующие ОС UNIX, интересоваться тем, что делали Томпсон и Ритчи? Имеет ли это сегодня какой-либо смысл? Это необходимо, поскольку понимание идеологии, заложенной в проект системы, а также знание атмосферы, в которой проходила ее реализация, способствует наиболее быстрому ее освоению.

Простая формулировка философии системы UNIX
Данное Руководство содержит информацию о программировании в среде операционной системы UNIX. Целью Руководства не является обучение написанию программ. Напротив, обсуждаются готовые тексты программ, и внимание при этом акцентируется на других видах деятельности, являющихся частью всего процесса разработки программ.

Еще о строках, столбцах и подпрограмме initscr( )
Определив размеры экрана терминала, initscr() присваивает значения переменным LINES и COLS. Эти значения берутся из переменных terminfo, называемых lines и columns. Последние, в свою очередь, извлекаются из базы данных terminfo, если не установлены значения переменных окружения $LINES и $COLUMNS.

Управление семафорами


Результат системного вызова semctl(2) в случае успешного завершения зависит от выполняемого управляющего действия. Как правило он равен 0, но четыре действия (GETVAL, GETPID, GETNCNT и GETZCNT) являются исключениями. При возникновении ошибки всегда возвращается -1. Аргументы semid и semnum определяют множество или отдельный семафор, над которым выполняется управляющее действие. В качестве аргумента semid должен выступать идентификатор множества семафоров, предварительно полученный при помощи системного вызова semget(2). Аргумент semnum задает номер семафора в множестве. Семафоры нумеруются с нуля.

Неоднозначности и конфликты
Есть ситуация, в которой приведенные выше методы разрешения конфликтов не подходят. Имеется в виду разбор арифметических выражений. Большинство конструкций, обычно используемых в арифметических выражениях, можно естественным образом описать при помощи понятия уровней старшинства (приоритетов) операций и информации о левой или правой ассоциативности. Применяя данный механизм, можно использовать неоднозначные грамматики с соответствующими правилами разрешения неоднозначностей для порождения алгоритмов разбора, которые быстрее и легче задавать, чем алгоритмы, построенные из однозначных грамматик.

Протоколы TCP-IP

Чтобы понимать сетевой обмен и круг вопросов, рассматриваемых в книге, важно представлять, что сетевые исследования и разработки прошли через три стадии развития До 1960 года, основным вопросом был "Как передавать биты по среде коммуникации эффективно и надежно?". Результаты включают разработку теории информации, теоремы Котельникова и других идей, которые в совокупности называют обработкой сигналов. От начала и до середины 60-х внимание было сконцентрировано на пакетной коммутации и основным вопросом стал: "Как передавать пакеты по среде коммуникации эффективно и надежно?" . Результатами этого этапа стали разработка технологий пакетной коммутации, локальных вычислительных сетей и статистический анализ времени передачи пакетов по сети в зависимости от загрузки. Приблизительно с середины 70-х и до нынешнего времени самым главным направлением стали сетевые архитектуры и вопрос "Как обеспечить средства взаимодействия взаимосвязанных сетей?". Результатами последнего этапа стала разработка технологий межсетевого обмена, многоуровневых моделей протоколов, дейтаграммных и потоковых транспортных средств и парадигмы взаимодействия клиент-сервер.

Введение
Одной из главных идей, лежащих в основе TCP/IP и вынесенной в название книги, является межсетевой обмен. Мощь коммуникационной системы напрямую связана с числом сущностей в этой системе. Телефонная сеть очень полезна, так как (почти) все телефоны находятся в одной сети(по крайней мере, так кажется пользователям). Системы компьютерного взаимодействия и сети в настоящее время отделены друг от друга и фрагментированы. Цель взаимного соединения и взаимодействия для создания одной мощной компьютерной коммуникационной сети являлась основной при проектировании TCP/IP.

Необходимость Интернета.
Передача данных стала фундаментальной частью вычислений. Сети, разбросанные по всему миру, собирают данные о таких разных предметах, как атмосферные условия, производство продуктов и воздушных перевозках. Группы создают электронные справочные списки, которые позволяют им получать информацию, интересную всем. Любители обмениваются программами для их домашних компьютеров.

Два подхода к сетевому взаимодействию
Важно понимать, что Интернет не является новым видом физической сети. На самом деле это метод взаимного соединения физических сетей и набор соглашений для использования сетей, которые позволяют компьютерам взаимодействовать друг с другом. В то время как аппаратная технология играет небольшую роль при концептуальном проектировании, важно понимать разницу между низкоуровневыми механизмами, обеспечиваемыми самим оборудованием, и высокоуровневыми средствами, которые обеспечивает программное обеспечение протоколов Интернета.

Взаимодействие на прикладном уровне
Нашей главной целью является схема, которая скрывает детали лежащего в ее основе сетевого оборудования, в то же время обеспечивая универсальные средства взаимодействия. Основным результатом является высокоуровневая абстракция, которая обеспечивает основу для всех проектных решений. Последующие главы покажут, как мы используем эту абстракцию для построения необходимых уровней межсетевого коммуникационного математического обеспечения и как это программное обеспечение скрывает лежащие в его основе механизмы физической передачи

Универсальные идентификаторы
Предыдущая глава определила интернет TCP/IP как виртуальную сеть, созданную в результате соединения физических сетей шлюзами. Эта глава описывает адресацию, существенный компонент, который помогает программному обеспечению TCP/IP скрывать детали физических сетей и создавать впечатление об интернете как о единой сущности.

Проблема разрешения адресов
Рассмотрим две машины А и В, которые присоединены к одной физической сети. Каждая из них имеет назначенный IP-адрес Ia и Ib, а также физический адрес Pa и Pb. Нашей целью является разработка низкоуровневого программного обеспечения, которое скрывало бы физические адреса и позволяло бы программам более высокого уровня работать только с межсетевыми адресами. Тем не менее, в конечном счете взаимодействие реализуется физическими сетями, использующими какую-либо схему физических адресов.

Протокол обратного разрешения адресов(RARP)
Чтобы одна программа могла использоваться на нескольких машинах, в состав ее исполняемого образа не должен входить IP-адрес машины. В частности, разработчики пытаются не включать конкретные IP-адреса как в код начальной загрузки, так и в операционную систему, чтобы один и тот же код мог работать на нескольких машинах.

Виртуальная сеть
Эта глава рассматривает фундаментальный принцип доставки без установления соединения и обсуждает, как он реализуется с помощью Межсетевого протокола(IP), одного из двух основных протоколов, используемых при межсетевом обмене. Мы изучим формат дейтаграмм IP и увидим, как они образуют основу для всех видов межсетевого взаимодействия. Следующие две главы продолжат изучение Межсетевого Протокола, обсуждая вопросы маршрутизации дейтаграмм и обработки ошибок.

Маршрутизация в Интернете
Эта глава добавляет к описанию средства без установления соединения описание того, как шлюзы маршрутизируют IP-дейтаграммы и доставляют их к месту назначения. Можно сказать, что формат дейтаграммы из главы 7 характеризует статические аспекты Межсетевого Протокола. Описание маршрутизации в этой главе характеризует его операционные аспекты. Следующая глава завершит рассмотрение нами IP описанием того, как обрабатываются ошибки; последующие главы покажут, как другие протоколы используют его для реализации средств более высокого уровня.

Межсетевой протокол управляющих сообщений
Если шлюз не может маршрутизировать или доставить дейтаграмму, или если шлюз обнаружил необычные условия при работе, такие как переполнение сети, влияющие на его способность отправлять дейтаграммы, ему нужно сообщить первоначальному источнику, что требуется предпринять действия для решения возникшей проблемы. Эта глава рассматривает механизм, используемый шлюзами и ГВМ для передачи управляющей информации и информации об ошибках.

Необходимость нескольких протоколов
Эта глава рассмотрит общую структуру программного обеспечения, находящегося в шлюзах и ГВМ, которое решает задачу сетевого взаимодействия. Она опишет общий принцип разделения на уровни, покажет, как это разделение делает программное обеспечение Межсетевого Протокола легче для понимания и построения, и проследит путь дейтаграмм через протокольное программное обеспечение, который они проходят при передаче через интернет TCP/IP.

Определение окончательного места назначения.
Эта глава дополняет описание стека протоколов TCP/IP и описывает механизм, котоpый позволяет различать несколько получателей на данном хост-компьютере, позволяя нескольким работающим на одном компьютере программам посылать и получать дейтаграммы независимо дpуг от дpуга.

Ipsysctl tutorial 1.0.4

Этот документ предназначен для всех, кто стремится расширить свои познания как операционной системы Linux в целом, так и TCP/IP в частности. Для понимания этого документа вы должны обладать хорошими знаниями о TCP/IP, вы должны знать -- что такое заголовок пакета и из каких частей он состоит. Вам так же понадобится понимание принципов маршрутизации и основы построения сетей на базе TCP/IP.
Этот документ не предназначен для новичков в Linux, но едва ли это будет серьезным ограничением, если вы испытываете определенные потребности в изучении приводимого здесь материала. Одно лишь замечание -- перед внесением изменений в настройки убедитесь на 100% в том, что достаточно четко представляете себе, что именно вы делаете, поскольку некоторые изменения могут привести к весьма неожиданным результатам.
Этот документ рекомендуется всем, кто интересуется компьютерами и компьютерными сетями. Здесь вы найдете основые сведения о различных переменных, доступных через интерфейс ipsysctl, это поможет вам продвинуться вперед в понимании того, для чего предназначена каждая из них.

Предисловие
Я приступил к работе над этим документом в надежде на то, что он поможет вам понять настройки IP (от англ. Internet Protocol -- Межсетевой Протокол, прим. перев), предоставляемые ядром Linux 2.4. Этим руководством я надеюсь дать необходимые знания, которые помогут вам изменять настройки ядра "на лету". Часть настроек может быть использована для увеличения производительности, а так же для повышения уровня безопасности. В этом документе не будут обсуждаться все возможности, которые заключает в себе механизм управления системой -- sysctl, здесь мы сосредоточим все свое внимание на управлении сетевой подсистемой.

Виртуальные файловые системы
Файловая система /proc -- это виртуальная файловая система, которой не существует в действительности, иначе как в "голове" ядра. Файловая системв /proc -- это особенность ядра Linux. Она может присутствовать и в других операционных системах, но с иной функциональностью и другим предназначением.

Как произвести запись в переменные
Информация в переменные ipsysctl может заноситься двумя способами, которые обусловливают два совершенно различных метода. Первый из них -- с помощью команды sysctl, которая имеется в большинстве современных дистрибутивов. Второй способ -- посредством файловой системы /proc, которая должна иметься в любом дистрибутиве Linux, в котором ядро собрано с поддержкой этой файловой системы.

Переменные IPv4
В этой главе будут рассмотрены все переменные IPv4, которые доступны через интерфейс sysctl или /proc. Здесь вы найдете описание каждой переменной, за что она отвечает, значение по-умолчанию и, если это возможно, набор допустимых значений. Мы не будем углубляться в дискуссию -- почему та или иная переменная должна быть изменена, если на это не будет особых причин. Структура этой главы отражает структуру каталога ipv4

Тики
"Тики" -- это отрезки времени, используемые ядром Linux. Это понятие базируется на константе HZ, определение которой вы найдете в /usr/include/asm/param.h. Величина этой константы различна для разных аппаратных платформ. Так например, для архитектуры i386 один "тик" равен 1/100 секунды, а для платформа Alpha -- 1/1024 секунды. Полный список соответствий аппаратных платформ и количество "тиков", укладывающихся в 1 секунду, приведен ниже.

Введение в IP сети

Трафик в сети складывается случайным образом, однако в нем отражены и некоторые закономерности. Как правило, некоторые пользователи, работающие над общей задачей, (например, сотрудники одного отдела) чаще всего обращаются с запросами либо друг к другу, либо к общему серверу, и только иногда они испытывают необходимость доступа к ресурсам компьютеров другого отдела. Желательно, чтобы структура сети соответствовала структуре информационных потоков. В зависимости от сетевого трафика компьютеры в сети могут быть разделены на группы (сегменты сети). Компьютеры объединяются в группу, если большая часть порождаемых ими сообщений, адресована компьютерам этой же группы.
Для разделения сети на сегменты используются мосты и коммутаторы. Они экранируют локальный трафик внутри сегмента, не передавая за его пределы никаких кадров, кроме тех, которые адресованы компьютерам, находящимся в других сегментах. Тем самым, сеть распадается на отдельные подсети. Это позволяет более рационально выбирать пропускную способность имеющихся линий связи, учитывая интенсивность трафика внутри каждой группы, а также активность обмена данными между группами.

Сетевой уровень и модель OSI