Жанр: Учеба
Приемы профессиональной работы в Unix
...l). Ядро управляет процессами и руководит выполняемой работой.
Оно также является своего рода мостом между аппаратурой и внешним
миром. В данной главе мы обратим внимание на основные взаимоотношения
между ядром, процессами и аппаратурой.
В конечном итоге система должна взаимодействовать с внешними устройствами.
Наличие базовых знаний об устройствах весьма важно для полного
понимания того, как UNIX общается с внешним миром.
При работе с машиной много времени тратится на передачу данных в
машину и из нее, а это значит, что необходимо иметь дело со множеством
различных типов устройств, каждое из которых имеет свой "характер" и
особенности.
К нашему счастью, UNIX был разработан так, чтобы облегчить управление
данными и устройствами настолько, насколько это возможно. К нашему
несчастью, имеется, по всей видимости, несократимый объем знаний,
которыми мы должны овладеть обязательно. На рис. 7-1 показана общая
структура операционной системы UNIX. Мы видим, что со стороны ядра обращение
ко всем внешним периферийным устройствам выполняется как к
файлам устройств. Каждый тип устройств имеет свой собственный драйвер
и специфическую архитектуру, но обращение к каждому устройству выполняется
одинаковыми методами. Мы увидим, как использовать различные
способы доступа к устройствам и определим, какие способы наиболее эффективны.
Рис. 7-1
Модель среды системы UNIX
---------------------------------------------------------------------------
+-----------+
| |
+------------+ | Магнитная |
| Принтер | | лента |
+------------+ +-----------+
/dev/lp0 lpn /dev/rmt0 .../dev/rmtn
\ | | /
\ | | /
\ | | /
\ \ | | | | / /
+-------------------+------- /dev/fd0
fd:1,2 | +-------------+ |--- +-----------+
/dev/tty00----| | ПРОЦЕССОР | | |Гибкий диск|
+--------+ — | | ЯДРО | |--- +-----------+
| | / | +-------------+ |-------- fdn
| Экран | +-------------------+
+--------+ / / | | | \ \
+--------+ / | \
|Клавиат.| ttynn /dev/hd01 hdnn
+--------+ +----------+
fd:0 | |
| Жесткий |
| диск |
| |
+----------+
---------------------------------------------------------------------------
UNIX обращается к периферийным устройствам через "специальные
файлы". Имеется два типа специальных файлов: блочные и символьные. Оба
типа имеют свое предназначение и особенности. Блочный (например,
/dev/hd0) использует буферизацию и позволяет получить доступ к большим
объемам данных на жестком диске. Символьный (например, /dev/tty00 или
/dev/rfd0) не использует значительную буферизацию, а выполняет обмен с
устройством по одному символу за обращение. Даже несмотря на особые
свойства таких файлов, для них поддерживается все тот же механизм защиты,
что и для всех других файлов в системе.
Первая область, которую мы рассмотрим - терминальные устройства и
работа с ними. Представленные программы включают в себя средство под
названием 'c' для быстрой очистки экрана, а также пример программы,
которая считывает значения нажатых клавиш и выполняет опрос нажатия
одной клавиши. Мы также рассмотрим пример файла описания терминала
(termcap), который обеспечивает доступные определения характеристик
терминала.
Затем мы рассмотрим дисковые устройства - жесткие и гибкие диски.
Мы увидим, что имеются различные способы просмотра разделов диска с
использованием файлов устройств.
В дополнение к работе с устройствами мы рассмотрим файловые
системы на жестком диске. Всем нам известно, что система UNIX существенно
ориентирована на диски, поэтому чем больше мы знаем о файловых
системах, тем лучше для нас. Для более полного понимания разделов
диска и файловых систем мы представим три программных средства.
Средство lrgf проверяет граничные значения параметров файловой системы
путем создания файла наибольшего возможного размера в вашей системе.
Средство mntf обеспечивает удобный способ монтирования и размонтирования
гибких дисков. Наконец, средство mntlook выполняет поиск немонтированных
файловых систем, которые представляют собой потенциальную
опасность.
ТЕРМИНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Драйверы терминальных устройств являются одними из самых сложных
драйверов устройств. Причина этого заключается в том, что существует
множество уровней программного обеспечения, которые поддерживают характеристики
интерактивных терминалов. При работе терминала по последовательной
линии связи необходима мощная поддержка для того, чтобы
облегчить его использование. Различные установки, которые может иметь
терминал, программируются командами stty(1) и ioctl(2). Команда
termio(7) также описывает различные аспекты протокола работы терминала.
ПРОТОКОЛ ОПЕРАЦИЙ ВВОДА/ВЫВОДА ТЕРМИНАЛА
Протокол работы терминала представляет собой согласованный набор
сигналов, позволяющих системе правильно интерпретировать вводимые с
клавиатуры строки. Протокол необходим по четырем причинам. Первой является
поддержка входной обработки специальных символов, таких как
символы удаления и прекращения работы программы. Во-вторых, нам необходимо
поддерживать обработку выводимой информации, например, вставку
символов задержки или изменение последовательности возврат каретки/перевод
строки. Третьей причиной является поддержка режимов необработанного
и "канонического" ввода. Эти два режима позволяют пользовательским
программам получать данные или по одному символу, или по одной
строке. Последняя причина введения терминального протокола - желание
сделать так, чтобы пользователь мог сам изменять параметры конфигурации
терминала.
Содержимое терминальной подсистемы показано на рис. 7-2. Рисунок
разбит на три части: слева - область пользователя, посредине - область
ядра и справа - область устройства. Этот рисунок показывает, как передаются
данные между терминалами и программами пользователя.
Рис. 7-2.
Управление протоколом терминала
---------------------------------------------------------------------------
Область Область ядра Область
пользователя устройства
Процесс
+-------+ : :
|Текст | : +--------+ +--------+ +-------+ : dzrint()
|-------| : ttread() |канонич.| canon()|необраб.| ttin()|приемн.| : +-----+
|Данные | : /---|очередь |"-------|очередь |"------|буфер |"--|dbuf |
| | : / +--------+ +--------+ / +-------+ : | |
| +----+| : / структура структура / структура : +-----+
| |ubuf||"---/ clist clist / ccblock :
| +----+| : / :
| +----+| : +--------- / ttxput() :
| |ubuf||---- | :
| +----+| : \ +-------+ "--+ +--------+ : +-----+
|-------| : \ |выходн.| |буфер | : |dbuf |
|Стек | : \---"|очередь|-------"|передачи|-------------------"| |
| | : +-------+ ttout()+--------+ dzxint() : +-----+
+-------+ : ttwrite() структура структура :
clist ccblock /|\
|
------+
Граница драйвера
устройства
-------------------------------------------------------------------
Когда какой-либо процесс читает символы с устройства, данные начинают
двигаться от буфера драйвера устройства, который называется
dbuf. Из этого буфера данные попадают в приемный буфер, управляемый
ядром. Приемный буфер читается подпрограммой ядра с именем ttin(), и
данные помещаются в структуру clist, называемую необработанной очередью.
(Слово "необработанная" означает, что над символами пока что не
производилось никакой обработки.) В то же время символы также помещаются
в выходную очередь, что позволяет системе выполнять эхо-отображение
символов по мере их ввода.
После этого подпрограмма canon() превращает необработанную очередь
в каноническую. ("Каноническая" означает применение правил, которые
в данный момент установлены системой для выполнения специальных
функций над строкой текста, например для обработки символа удаления.)
Такая обработка позволяет преобразовать данные перед тем, как их получит
процесс пользователя. Последней подпрограммой является ttread(),
которая читает символы из канонического буфера в буфер пользовательского
процесса в области данных процесса.
Когда символы записываются из процесса пользователя на терминал,
они проделывают почти такой же маршрут в обратном направлении: от области
процесса к области драйвера устройства. Основное отличие в подпрограмме
записи заключается в том, что эти данные проходят на один буфер
меньше. От процесса пользователя символы передаются в выходную
очередь ядра подпрограммой ttwrite(), а затем в буфер передачи с помощью
подпрограммы ttout(). Из буфера передачи они пересылаются непосредственно
в приемный буфер драйвера устройства с помощью подпрограммы
dzxint().
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВВОДИМЫХ СИМВОЛОВ
Бывает так, что мы хотим увидеть, какие символы вводятся с клавиатуры.
Мы могли бы для этого написать программу, но UNIX предоставляет
встроенную возможность для этой цели.
Это команда od - восьмеричный дамп (octal dump). Такое название
осталось еще с тех давних времен, когда восьмеричное исчисление широко
применялось при отладке. К счастью, результат работы команды od можно
получить в символьном, шестнадцатиричном или десятичном виде. Фокус
использования команды od для проверки входных и выходных значений заключается
в том, что od читает стандартное устройство ввода по умолчанию,
если не указан файл. Например, вызов
$ od -cx
test string
^d
^d
даст такой результат:
---------------------------------------------------------------------------
|
| 0000000 6574 7473 7320 7274 6e69 0a67
| t e s t s t r i n g \n
| 0000014
| $
|
Здесь вызов команды od делается без указания имени файла в командной
строке и с применением стандартного вывода в качестве выводного
устройства. Мы используем опцию -cx для того, чтобы байты интерпретировались
как символы ASCII, а соответствующие 16-битовые слова отображались
в шестнадцатиричном виде. По мере того, как вы набираете символы,
они отображаются на экране, а команда od сохраняет их в своем
буфере. В конце строки нажмите возврат каретки, затем CTRL-D. Ввод
CTRL-D завершает чтение символов командой od и выдает распечатку, в
которой сверху будут шестнадцатиричные значения, а снизу символы в коде
ASCII.
Обратите внимание, что два символа, выводимые для каждого шестнадцатиричного
слова, располагаются в обратном порядке по сравнению с
двумя байтами, образующими это слово. Например, слово 6574 интерпретируется
как два символа, t и e, где 65 - код ASCII для символа e, а 74
- ASCII-код для символа t. Для того чтобы выйти из команды od, введите
еще один CTRL-D для прекращения блочного чтения. Если вы хотите еще
проверять символы, продолжайте их вводить. Команда od работает
несколько загадочно. Если вы введете достаточное количество символов,
она выдаст на экран информацию по нажатию только лишь возврата каретки.
Но если вы ввели всего несколько символов, требуется нажатие как
возврата каретки, ТАК И CTRL-D для получения результата на экране.
Теперь мы можем сделать один фокус - изменить канонический способ
обработки при чтении символов командой od. Это позволит нам увидеть
эффект от различных установок протокола работы. Для этого проверьте
текущие установки вашего терминала. В версии System V используйте команду
"stty -a", а в версии Berkeley вам нужно применить команду "stty
everything". System V выдает гораздо больше параметров, чем Berkeley.
(Наиболее популярные версии UNIX'а разработаны и поддерживаются следующими
фирмами: System V - фирмой AT&T Bell Laboratories, которая в
настоящее время называется Unix System Laboratories; BSD (Berkeley
Software Distribution) - Калифорнийским университетом в Беркли; XENIX
- фирмой Microsoft.- Прим. перев.) Ниже приводится пример из XENIX:
---------------------------------------------------------------------------
|
| speed 9600 baud; line = 0;
| intr = DEL; quit = ^|; erase = ^h;
| kill = ^u; eof = ^d; eol = ^`
| parenb -parodd cs7 -cstobp hupcl cread -clocal
| -ignbrk brkint ignpar -parmrk -inpck istrip -inlcr -igncr icrnl -iuclc
| ixon ixany -ixoff
| isig icanon -xcase echo echoe echok -echonl -noflsh
| opost -olcuc onlcr -ocrnl -onocr -onlret -ofill -ofdel ff1
|
После того, как мы почешем голову, мы увидим, что текущий флаг
для канонической обработки установлен в состояние "icanon". То есть,
мы можем видеть, что он включен, поскольку нет префикса в виде знака
минус (хотя это не является строгим правилом).
Что происходит при канонической обработке? Символ возврата на шаг
назад (backspace) является одним из важных вопросов. Когда вы вводите
символ CTRL-H, он поступает в необработанную очередь как литеральный
символ CTRL-H. Когда программа canon() читает CTRL-H, она понимает это
так: "Изменить CTRL-H на символ возврата на шаг назад, записать пробел
на место символа, затем сделать еще шаг назад." При эхо -отображении
вы получаете удаление символа на экране. Когда каноническая обработка
отключена, вы посылаете CTRL-H как обычные символы. Вот пример того,
как это выглядит:
---------------------------------------------------------------------------
|
| $ stty -icanon Отключение канонической обработки
| $ od -cx
| test string^h^h^h^h^h^hcase
| ^d...
|
| 0000000 6574 7473 7320 7274 6e69 0867 0808 0808
| t e s t s t r i n g \b \b \b \b \b
| 0000020 6308 7361 0a65 0a04 0a0a 0a0a 0a0a 0a0a
| \b c a s e \n 004 \n \n \n \n \n \n \n \n \n
|
После слова "string" вы видите группу чисел 08, которые в
ASCII-коде обозначают CTRL-H. Эти числа 08 показывают вам, что литеральные
символы CTRL-H действительно присутствуют в их "необработанной"
форме. Поскольку CTRL-H не является больше специальным символом,
команда od рассматривает его подобно любому другому символу. Здесь
возникает новая проблема: поскольку специальные символы не распознаются,
мы потеряли возможность завершить блочное чтение вводом символа
конца файла (EOF). Когда вводится CTRL-D, он понимается просто как еще
один символ. Поэтому мы должны заполнить буфер команды od, чтобы
заставить ее выполнить дамп. В нашем примере CTRL-D - это символ 004
после символов case \n.
Кстати, в системе Berkeley используются установки "обработанная"
("cooked") и "необработанная" ("raw") для stty, которые по существу
служат для тех же целей, что "canon" и "-canon" в System V.
ДИНАМИЧЕСКОЕ ПЕРЕОПРЕДЕЛЕНИЕ СИМВОЛОВ ПРЕРЫВАНИЯ
Обратите внимание, что в предыдущей распечатке команды stty -a
присутствуют определения символов "intr" и "quit". Это две функции,
которые прерывают работу ваших работающих процессов. Строки intr и
quit представляют собой особые функции, а не просто нажатие клавиши.
Эти функции можно назначить на любую клавишу клавиатуры при помощи команды
stty.
Если мы изменили значение "intr" на другой символ, то этот новый
символ прервет ваши процессы. Вы даже можете установить в качестве
клавиши прерывания обычный символ. Вот как это можно сделать:
$ stty intr x
$ this is a junk stringx
$
Когда вы вводите символ x в конце строки, то вся введенная строка
обрывается и вы получаете новый символ приглашения. Для того чтобы
вернуться к обычному режиму работы, введите в качестве символа прерывания
старый символ. Если старым символом был "delete", вы даете такую
команду:
$ stty intr DEL
Что же в этом хорошего? Это показывает, насколько гибко работает
команда stty с терминалом, и может быть использовано в качестве личной
меры безопасности, чтобы сбить с толку человека, который захотел бы
произвести какой-либо беспорядок с вашего терминала. Когда вам нужно
на минуту отойти от терминала, измените ключ прерывания на какой-либо
другой и запустите командный файл вроде такого:
while :
do
:
done
Этот бесконечный цикл будет выполняться постоянно. Если кто-нибудь
попытается прервать этот процесс, используя клавишу DEL, ничего
не произойдет. Когда вы вернетесь, нажмите новую клавишу прерывания.
Она прервет цикл, и вы получите символ приглашения.
Очень важным является также символ "eof". Он соответствует концу
файла (end of file), и обычно им является CTRL-D. Это объясняет, почему
вы выходите из системы UNIX с помощью CTRL-D. Когда вы посылаете
CTRL-D вашему регистрационному shell, вы тем самым говорите ему:
"Shell, это метка конца файла для данного сеанса работы". Поскольку
терминал рассматривается как файл, CTRL-D закрывает файл, а shell, который
работает как цикл вида "читать команды с клавиатуры, пока не
встретится EOF", завершается, тем самым посылая сигнал программе init.
Программа init порождает команду getty по данной терминальной линии,
которая выводит на экран приглашение "login:" для ожидания команды от
следующего пользователя. Если вы измените символ конца файла, вы больше
не сможете выйти из shell по CTRL-D. Он будет выводиться на экран
точно так же, как любой другой символ. Вот пример таких действий:
$ stty eof x
$ x
login:
Теперь признаком конца файла является обычный символ x. Когда вы
вводите символ x, это равносильно вводу CTRL-D, и вы выходите из
системы. Очевидно, такие манипуляции нежелательны, однако это позволяет
показать ту большую степень гибкости, которую использует UNIX при
присвоении различных функций разным символам.
ФАЙЛЫ ТЕРМИНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Физически адресация терминалов производится посредством файлов
устройств в каталоге /dev. Когда вы регистрируетесь в системе, вам
присваивается определенный номер терминала, например tty01. Этот номер
терминала в действительности является файлом /dev/tty01. Если вы вызовете
команду tty UNIX, она выведет полное маршрутное имя файла того
терминального устройства, за которым вы работаете.
Файлы терминальных устройств выглядят так же, как обычные файлы,
за исключением того, что команда "ls -l" показывает, как называются
старший и младший номера устройства, которые не являются частью обычных
файлов. Старший номер является индексом в таблице cdevsw[], которая
содержит адрес драйвера устройства, используемого ядром для данного
типа устройства. Младший номер идентифицирует конкретное физическое
устройство. Эти номера появляются в последовательном порядке для всех
устройств, использующих один и тот же драйвер. Так выглядит типичный
список файлов устройств в системе XENIX:
---------------------------------------------------------------------------
|
| crw--w--w- 1 russ tricks 0, 0 Jun 22 02:34 /dev/console
| crw--w--w- 1 russ tricks 0, 1 Jun 22 00:41 /dev/tty02
| crw--w--w- 1 root tricks 0, 2 Jun 21 17:56 /dev/tty03
| crw--w--w- 1 root tricks 0, 3 Jun 21 05:47 /dev/tty04
| crw-rw-rw- 1 root root 0, 4 Feb 18 17:09 /dev/tty05
| crw-rw-rw- 1 root root 0, 5 Feb 18 17:09 /dev/tty06
| crw-rw-rw- 2 root root 5, 0 Jun 21 20:23 /dev/tty11
| crw--w--w- 2 root tricks 5, 8 Jun 22 02:20 /dev/tty12
| crw-rw-rw- 2 root root 5,128 Feb 18 17:09 /dev/tty13
| crw-rw-rw- 2 root root 5,136 Feb 18 17:09 /dev/tty14
|
По символу 'c' в первом столбце мы видим, что это символьные устройства,
а биты прав доступа показывают, кто имеет доступ к этим файлам.
Первый столбец чисел (0 или 5) является старшим номером. Младшие
номера в следующем столбце обычно следуют в последовательном порядке,
но не всегда (как видно в данном примере).
В дополнение к использованию абсолютного номера вашего терминала,
одно из устройств используется в качестве "логического", или "родового"
адреса вашего терминала. Оно использует другой драйвер устройства,
называется /dev/tty и применяется в случаях, когда стандартный ввод и
стандартный вывод переадресовываются в другие файлы, а прикладной
программе необходимо читать с клавиатуры или писать на экран. При помощи
доступа к файлу /dev/tty образуется связь с самим терминалом. Выбор
использования устройства с именем tty вместо устройства tty01
главным образом зависит от того, какая стоит задача. Если вам необходимо
иметь независимую от типа терминала программу, используйте
/dev/tty.
ПРАВА ДОСТУПА К ТЕРМИНАЛУ
Поскольку терминальное устройство является файлом, оно имеет режимы
прав доступа точно так же, как и все другие файлы. Эти режимы
представляют собой защиту доступа к вашему терминалу. Если все пользователи
имеют право записи на ваш терминал (это обозначается как
rw--w--w-), то они могут записать на ваш экран все, что угодно, и вы
никогда не узнаете, кто это сделал. Если вы хотите предупредить это,
то выполните команду "chmod 600 `tty`", где символы ударения и обозначение
tty соответствуют маршрутному имени вашего терминального файла.
Более простой в использовании является команда UNIX'а mesg. Команда
"mesg n" запрещает запись извне на ваш терминал. Ваши собственные процессы
по-прежнему имеют доступ на запись.
Права доступа к терминалу связаны также с проблемой безопасности,
которую мы рассмотрим в главе 9. Пока что отметим, что всякий раз,
когда вы открываете файл (то ли для чтения, то ли для записи), вам
возвращается дескриптор файла. Затем вы можете использовать этот дескриптор
файла в системном вызове ioctl. Получение этого дескриптора
файла подобно получению ключа к терминальному интерфейсу определенного
пользователя. Любые изменения, производимые с помощью ioctl с данным
дескриптором файла, вызывают немедленный эффект, и нарушитель защиты
может читать все, что записывается или считывается с вашего терминала
или даже заставить ваш терминал выполнять команды, которые присваивают
себе неразрешенные права! Пользователь, который работает с этим терминалом,
может никогда не узнать, что же произошло или кто это сделал.
Другим примером подобного рода является команда write(1). Она
используется для установки связи по линии в реальном режиме времени,
или "болтовни". Она общается с терминалом путем выполнения записи в
файл устройства. Измените биты прав доступа, выключив их командой
"mesg n", и никто не сможет выполнить команду write с вашим терминалом.
Таким способом вы можете "снять трубку телефона", когда вы хотите,
чтобы вам не мешали. Вместе с тем кто-нибудь мог бы сделать такое:
$ while :
" do
" clear " /dev/tty00
" done &
При этом создается фоновый бесконечный процесс (пока он не будет прекращен
командой kill или выходом из системы), который посылает пользователю
терминала tty00 символы очистки экрана. Как только этот пользователь
что-нибудь набирает на экране, он тут же очищается. Большинство
пользователей не могут даже понять, что происходит. Если это случится
с вами, попытайтесь отключить права доступа к вашему терминалу. Если
же тот, кто это делает, является суперпользователем (root), то никакие
права доступа не смогут остановить его, поскольку суперпользователь не
имеет ограничений по правам доступа к файлам. В этом случае возникает
проблема для системного администратора!
Еще одна странная вещь наблюдается в случае, когда кто-либо посылает
что-то на ваш терминал командой write, а вы отключаете права
доступа. Команда write по-прежнему имеет доступ к вашему терминалу,
пока она не закроет устройство. После закрытия она больше не имеет
прав для открытия устройства. Представляется странным факт, что после
получения доступа к терминалу последующее запрещение права доступа не
оказывает никакого воздействия до тех пор, пока вы не прекратите работу
с терминалом.
ОТМЕТКИ О ВРЕМЕНИ ДОСТУПА К ТЕРМИНАЛУ
Еще одним атрибутом терминалов, который вызван тем, что терминалы
- это файлы, являются даты модификации, доступа и обновления. Каждый
файл в системе имеет эти три даты, которые содержатся в его индексном
дескрипторе (в секундах) в виде ДЛИННЫХ (long) чисел.
Эти даты могут содержать некоторую интересную информацию. Как было
отмечено при описании командного файла activ в предыдущей главе,
дата модификации представляет собой последний момент времени, когда
пользователь что-то набирал на своей клавиатуре. Другие даты тоже
кое-что означают, но они не так часто используются.
ОБРАБОТКА ТЕРМИНАЛОМ ВВОДИМОЙ ИНФОРМАЦИИ
Как уже обсуждалось ранее, по умолчанию драйвер терминала работает
в каноническом режиме, т.е. в режиме построчной обработки. Когда вы
вводите символы, драйвер ожидает, пока вы наж
...Поділитися у соцмережах
