UNIX 入門基礎(chǔ)第1章

1、2020/7/7,第一章 UNIX操作系統(tǒng)介紹,UNIX的歷史 UNIX的商業(yè)化 UNIX的種類（Varieties） UNIX 的不同（variants） UNIX的基本概念,2020/7/7,UNIX的歷史,1雛形階段 UNIX操作系統(tǒng)是20世紀60年代末由AT&T公司貝爾實驗室的Kenneth Thompson和Dennis Ritchie于1969年實現(xiàn)的一種分時操作系統(tǒng)，最早的工作集中在文件管理和進程控制上，1970年用交叉匯編方法，將該系統(tǒng)移植到PDP-11上，并提供給公司內(nèi)部的專利部門用作文字處理。,2020/7/7,UNIX吸取了以前的一個稱作Multics系統(tǒng)的技術(shù)精華，又比

2、Multics簡單實用，開發(fā)者把其命名為UNIX，這就是UNIX內(nèi)核的雛形。,UNIX的歷史,2020/7/7,UNIX的歷史,2成型階段 UNIX設(shè)計者們繼續(xù)進行功能擴展和版本更新，1972年實現(xiàn)了極為重要的管道機制。 1973年Ritchie開發(fā)出C語言，它的出現(xiàn)是UNIX系統(tǒng)發(fā)展過程中的重要里程碑。用C語言改寫后的第3版UNIX具有高度易讀性、可移植性，為迅速推廣和普及走出了決定性的一步。,2020/7/7,UNIX的歷史,1974年，”The UNIX Time-Sharing System”一文在美國權(quán)威雜志CACM上發(fā)表，引起廣泛注意。 最早外界可獲得的UNIX是1975年的UNI

3、X第6版； 1978年的UNIX第7版，可以看作當(dāng)今UNIX的先驅(qū)，該版為今天UNIX的繁榮奠定了基礎(chǔ)，UNIX也步入了成型階段。,2020/7/7,UNIX的歷史,70年代中后期UNIX源代碼的免費擴散引起了大學(xué)和公司的興趣，大眾的參與為UNIX的改進、完善、傳播和普及起到了重要的作用。,2020/7/7,UNIX的歷史, 由大學(xué)開發(fā)的非AT&T系統(tǒng)UNIX是Berkeley分校運行在VAX-11機上的 UNIX BSD。 最著名的是4.1BSD、4.2BSD、4.3BSD和4.4BSD，這些版本中加入頁式虛存、長文件名、 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP等，在UNIX 發(fā)展中起了重要作用，已成為教學(xué)、

4、科研、商用的主流系統(tǒng)。,2020/7/7,UNIX的商業(yè)化,UNIX的廣泛流傳引起了不少計算機公司的興趣。1977年AT&T公司開始向計算機廠商提供UNIX操作系統(tǒng)的初始設(shè)備制造許可(OEM)，這使得許多OEM(例如微軟和XENIC)能夠重寫UNIX的部分內(nèi)核和外部結(jié)構(gòu)，他們開始將UNIX商品化并推出了自己的UNIX商業(yè)版本。這些商業(yè)版本都以AT&T的系統(tǒng)V或者BSD版本為基礎(chǔ)，并帶有各自的增值特征。,2020/7/7,UNIX的商業(yè)化,比較著名的有： SUN公司的SUN OS和Solaris， Microsoft公司的XENIX， Interactive公司的UNIX386/ix， DEC公

5、司的ULTRIX， IBM公司的AIX， HP公司的的HP/UX和 SCO公司的UNIX等。,2020/7/7,UNIX的商業(yè)化,AT&T公司本身則先后發(fā)展了UNIX SYSTEM 、UNIX SYSTEM ，UNIX SVR4.0、4.1ES，UNIX SVR4.2等商品化版本。 到90年代，不同的UNIX版本已超過100種。,2020/7/7,2020/7/7,UNIX標準化階段,商業(yè)集團的參與有力促進了UNIX技術(shù)的迅速發(fā)展與普及，但也導(dǎo)致了版本繁多，互不兼容的不利局面。 從80年代開始，出現(xiàn)對UNIX標準化的努力。UNIX用戶組織最早進行此項工作，后來被美國的IEEE接受和繼承，并成立

6、了標準化工作小組，著手制定基于UNIX的POSIX(易移植操作系統(tǒng)環(huán)境)標準，到90年代初已有20多個POSIX標準正式頒布與制定。,2020/7/7,UNIX標準化階段,UNIX版權(quán)擁有者AT&T公司也在進行努力，1984年頒布了UNIX SYSTEM 的界面標準，簡稱SVID。 1988年，AT&T與SUN公司宣布聯(lián)合開發(fā)UNIX SYSTEM 第4版計劃，擬在兼容各主要UNIX版本基礎(chǔ)上，使UNIX SVR4成為事實上的工業(yè)標準。此舉得到了Unisys、NCR、富士通等計算機廠商的支持，但卻遭到IBM、HP和DEC等廠商的不滿。,2020/7/7,UNIX標準化階段,他們聯(lián)合成立了開放系

7、統(tǒng)基金會(OSF)來抵制SVR4計劃，而AT&T和SUN等公司成立了UNIX國際(UI)來推動UNIX SVR4。 UNIX分裂為互為對抗的兩大集團，這種分裂與競爭一方面促進了UNIX技術(shù)的進步，但另一方面也延緩了UNIX市場的發(fā)展。,2020/7/7,UNIX標準化階段,UNIX取得成功的重要原因是系統(tǒng)的開放性，公開源代碼，可方便地向UNIX添加新功能和工具，這樣可使UINX越來越完善，成為有效的程序開發(fā)支撐平臺。,2020/7/7,UNIX發(fā)展趨勢,UNIX系統(tǒng)目前安裝數(shù)量超過500萬套，用戶數(shù)達到3000萬，已成為一種主流操作系統(tǒng)。 從總體上看，UNIX操作系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢是統(tǒng)一化、標

8、準化和不斷創(chuàng)新。,2020/7/7,UNIX發(fā)展趨勢,1993年“公共開發(fā)軟件環(huán)境(COSE)”組織成立，標志著主要UNIX廠商的聯(lián)合和UNIX系統(tǒng)統(tǒng)一化的開始。 同年，Novell公司從AT&T公司購得的UNIX商標權(quán)無償交給開放系統(tǒng)標準化組織X/OPEN，這表明UNIX商標不再受某一廠商控制。在該組織的推動下，UNIX的兩個重要標準Spec.1170(標準應(yīng)用程序界面)和CDE(標準圖形界面)己于1995年正式頒布，為UNIX的統(tǒng)一化、標準化打下了重要基礎(chǔ)。,2020/7/7,UNIX發(fā)展趨勢,計算機發(fā)展史上，沒有哪個程序設(shè)計語言像C那樣得到如此廣泛的流行，也沒有哪個操作系統(tǒng)像UNIX那樣

9、獲得普遍的青睞和應(yīng)用，對整個軟件技術(shù)和軟件產(chǎn)業(yè)都產(chǎn)生了深遠的影響， 為此，Ritchie和Thompson共同獲得了1983年度的ACM圖靈獎和軟件系統(tǒng)獎。,2020/7/7,石油系統(tǒng)應(yīng)用 SUN 地震資料處理、解釋，物探 SGI 地震資料處理、解釋，優(yōu)秀的圖形圖象處理 IBM 地震資料處理、解釋，物探,2020/7/7,Characters of the UNIX,簡單、通用的命令 命令短小、可以組合完成復(fù)雜的任務(wù) 使用管道連接命令 即一條命令的輸出作為另一條命令的輸入 通用可選擇的接口風(fēng)格 每條命令所完成的功能可被其后的選項所控制 無文件類型 UNIX不關(guān)心文件的類型。UNIX系統(tǒng)中任何程

10、序都可以對任何文件操作，但只有理解文件格式的程序才能獲得文件記錄的信息。,2020/7/7,Benefits of UNIX,2020/7/7,UNIX基本概念,程序和進程 內(nèi)核 shell 特權(quán)用戶 系統(tǒng)調(diào)用與庫函數(shù),2020/7/7,程序和進程,程序是包含計算機要執(zhí)行指令集合的文件，它可分為源程序和可執(zhí)行程序。 源程序是用程序設(shè)計語言編寫的正文形式的文件。例如用C或Fortran語言編寫的源文件exam.c或exam.fo。 源程序一般要經(jīng)過編譯器的編譯后才能直接在計算機上運行，這種經(jīng)過編譯后生成的二進制代碼文件稱為可執(zhí)行文件，即可執(zhí)行程序。UNIX系統(tǒng)還有另外一種可執(zhí)行程序，即shell

11、腳本程序，例如用sh編寫的腳本程序。腳本程序在執(zhí)行過程中需經(jīng)過其他程序(如shell程序)的解釋。,2020/7/7,在UNIX中，處在運行中的程序稱為進程。 從用戶的觀點來看，進程是程序的一次執(zhí)行，是正在運行著的程序。例如，當(dāng)我們在終端鍵人執(zhí)行某個程序的命令時便創(chuàng)建了該程序?qū)?yīng)的進程。 從UNIX系統(tǒng)內(nèi)部來看，進程是運行程序并為程序提供執(zhí)行環(huán)境的實體，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度運行的一個獨立單位。 程序和進程的區(qū)別是：程序是靜止的，它只是一個文件；進程是動態(tài)的，它具有生存周期。,程序和進程,2020/7/7,進程具有以下3個特點： 1、進程有一個控制點和自己的獨立地址空間。 進程的控制點通過程

12、序計數(shù)器跟蹤著程序的指令序列，進程的地址空間由進程可以引用或訪問的存儲單元組成。進程在其地址空間執(zhí)行程序的指令序列。 2、進程具有生存期。進程從創(chuàng)建到消亡的過程稱為進程的生存期。一個進程的生存期可以分為一組狀態(tài)，這些狀態(tài)刻畫了進程從創(chuàng)建、活動到消亡的過程。從用戶的觀點粗略地劃分，UNIX操作系統(tǒng)中進程主要有以下一些狀態(tài)：,程序和進程,2020/7/7,(1)新建 進程正在被創(chuàng)建 (2)就緒 進程正在等待被執(zhí)行 (3)運行 進程正在被執(zhí)行 (4)阻塞 進程正在等待一個事件，例如I0 (5)僵死 進程已經(jīng)結(jié)束，并等待釋放資源。是進程的最后狀態(tài),程序和進程,3、處于運行狀態(tài)的進程有兩種執(zhí)行狀態(tài)：用戶

13、態(tài)和核態(tài)。 如果進程運行中執(zhí)行的是用戶程序中的指令，則進程處于用戶態(tài)執(zhí)行。當(dāng)進程發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用時，便導(dǎo)致進程進入核態(tài)執(zhí)行。進程在核態(tài)下執(zhí)行的是操作系統(tǒng)的指令。,2020/7/7,程序和進程,2020/7/7,進程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 當(dāng)程序被提交執(zhí)行時，它首先創(chuàng)建一個處于新建狀態(tài)的進程。當(dāng)創(chuàng)建完成后，操作系統(tǒng)將這個進程放在就緒狀態(tài)的進程隊列中，進程調(diào)度程序?qū)⒃谀硞€時刻選擇這個進程運行。當(dāng)進程在CPU上實際運行時，它就處于運行狀態(tài)了。 處于阻塞狀態(tài)的進程正在等待某個事件的發(fā)生并且不會被調(diào)度執(zhí)行。通過執(zhí)行一個如sleep的命令，進程可以自愿地進入阻塞狀態(tài)。通常，進程執(zhí)行一個I/O請求時也會進入阻塞狀態(tài)直至I/

14、O操作完成。當(dāng)I/O完成時，硬件會中斷CPU，操作系統(tǒng)的中斷處理程序?qū)拘言撨M程使它進入就緒狀態(tài)并等待重新被調(diào)度運行。 最后，當(dāng)該進程完成時，它發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用exit而進入僵死狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)釋放了該進程占用的所有資源后，該進程便消亡了。,程序和進程,2020/7/7,內(nèi)核,內(nèi)核，是一個操作系統(tǒng)的核心。它負責(zé)管理系統(tǒng)的進程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。 操作系統(tǒng)內(nèi)核是指大多數(shù)操作系統(tǒng)的核心部分。它由操作系統(tǒng)中用于管理存儲器、文件、外設(shè)和系統(tǒng)資源的那些部分組成。操作系統(tǒng)內(nèi)核通常運行進程，并提供進程間的通信。它的一些核心功能包括：事件的調(diào)度和同步。進程間的通信（消息傳遞

15、）。存儲器管理。進程管理。輸入輸出例程的管理。,2020/7/7,內(nèi)核,操作系統(tǒng)，在UNIX術(shù)語中稱為“UNIX內(nèi)核” UNIX內(nèi)核是一個底層的、直接運行于硬件的程序，它控制著硬件，并創(chuàng)建、銷毀和控制所有進程。 典型地，它駐存在名為vmunix或unix(視unix廠商而定)的磁盤文件中。 當(dāng)系統(tǒng)啟動時，一個稱為“自舉”(bootstrapping)的特殊過程會將UNIX內(nèi)核從磁盤加載至內(nèi)存并啟動它運行。內(nèi)核初始化整個系統(tǒng)、設(shè)置進程運行的環(huán)境，然后創(chuàng)建幾個初始進程。這些進程隨后將創(chuàng)建其他進程。一旦加載，內(nèi)核便駐存在內(nèi)存直到系統(tǒng)關(guān)機。在此期間，它管理著所有進程并為它們提供各種服務(wù)。,2020/7

16、/7,UNIX系統(tǒng)的內(nèi)核主要完成什么功能？ UNIX系統(tǒng)的內(nèi)核負責(zé)計算機系統(tǒng)中的資源管理和 進程調(diào)度分配，其中包括中斷處理、存儲器管 理、進程管理、I/O文件管理等多種基本程序， 它在整個系統(tǒng)中是一個核心機構(gòu)，為系統(tǒng)的運行 提供最基礎(chǔ)的支持。也可以說UNIX的內(nèi)核是計算 機硬件的第一次延伸，在內(nèi)核中通常是通過原語 操作實現(xiàn)各種控制和功能的管理，而對用戶提供 一種接口進行服務(wù)。,2020/7/7,從更廣的角度來看，操作系統(tǒng)不僅僅是這個內(nèi)核，它還有其他許多程序和例程，它們一起提供一個有用的工作環(huán)境。圖1-2給出的是UNIX系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。 從中可看出，UNIX系統(tǒng)是層次模塊結(jié)構(gòu)的。處在最內(nèi)層的是U

17、NIX內(nèi)核，內(nèi)核直接與硬件交互，向外提供UNIX系統(tǒng)調(diào)用界面，如read、write等。外層的程序，如shell、date、1s和who之類的實用程序，通過引用系統(tǒng)調(diào)用請求內(nèi)核完成各種操作，并在內(nèi)核與調(diào)用程序之間交換數(shù)據(jù)。其他應(yīng)用程序則在較低層的程序和工具的基礎(chǔ)上構(gòu)筑而成。,內(nèi)核,2020/7/7,2020/7/7,顯然，單獨一個核的功能是有限的，完整、友好的操作系統(tǒng)必須有內(nèi)核外層的實用程序的支持。但是，內(nèi)核在許多方面是特殊的，它定義了程序設(shè)計與系統(tǒng)的界面，是唯一的一個必不可少的程序，沒有它任何程序都不能運行。盡管同時可有幾個shell或編譯程序可以運行，但一次只能裝入一個核。,內(nèi)核,2020

18、/7/7,shell,shell是UNIX系統(tǒng)中的一個命令解釋程序，它處在用戶和UNIX系統(tǒng)之間，起著協(xié)調(diào)用戶與系統(tǒng)間的一致性、在用戶與系統(tǒng)之間進行交互的作用。 shell在UNIX系統(tǒng)中的地位和作用如圖1-3所示。 shell在UNIX中的主要作用是:用戶環(huán)境設(shè)置、用戶命令解釋執(zhí)行和shell程序設(shè)計。,2020/7/7,2020/7/7,一旦我們注冊成功，系統(tǒng)就將為我們創(chuàng)建一個進程執(zhí)行shell命令解釋程序，這個shell稱為注冊shell，它負責(zé)讀入并執(zhí)行我們輸入的命令。 通常shell可以接收兩種形式的輸入：來自終端的單條命令或者是來自一個文件的批處理命令，這種文件也稱為腳本文件或命令

19、文件。 shell接收的命令有一些是內(nèi)部命令，如cd命令，這些命令執(zhí)行的是由shell內(nèi)部實現(xiàn)的實用程序，另外的則執(zhí)行其他的實用程序，這些命令由shell將控制轉(zhuǎn)交給對應(yīng)的實用程序并啟動它們執(zhí)行。,shell,2020/7/7,簡單地說，SHELL是用戶和內(nèi)核之間的接口。它具有以下功能： 作為命令的解釋翻譯器。 功能強大的語言，自己編寫一個SHELL程序，不用編譯器直接運行。 各種操作系統(tǒng)都有自己的SHELL。 如對DOS，其SHELL是文件。對不同的DOS版本其不同。,shell,2020/7/7,UNIX系統(tǒng)有多種不同的shell，最常用的有： sh：Bourne Shell，也稱為標準s

20、hell。它以其創(chuàng)建者Steve Bourne的名字命名，是UNIX shell中最老的，并且?guī)缀跛蠻NIX系統(tǒng)都提供它。它稍有點原始并且缺乏作業(yè)控制能力，不過它非常適合于shell程序設(shè)計和編寫命令文件。 /bin/sh csh：C shell，它是美國加州大學(xué)伯克利分校作為其BSD UNIX的一部分而開發(fā)的，并且一直是使用最廣泛的交互shell。 C shell有許多Bourne Shell沒有的特點，其中包括作業(yè)控制和歷史機制。 /bin/csh ksh：Korn shell，它以其創(chuàng)建者David Korn而命名。 Korn shell與Bourne Shell兼容，但它還有許多C

21、shell的特征和另外新的特征，如歷史編輯：回憶以前輸入的命令并在執(zhí)行之前編輯它們。它比C shell更為可靠。 /bin/ksh 當(dāng)一個系統(tǒng)同時存在多種shell時，系統(tǒng)從/etc/passwd文件中注冊賬號登記項的最后一個字段可以知道應(yīng)當(dāng)使用哪一種shell作為用戶的缺省shell。,shell,2020/7/7,特權(quán)用戶,在UNIX中，每一個用戶有一個賬號，該賬號具有一個注冊名和一個唯一的用戶ID。 根用戶的用戶名是root，其用戶ID是0。 UNIX內(nèi)核識別用戶ID為0的用戶并允許他不受限制地做任何事情，他可以超越系統(tǒng)施加的所有文件訪問和執(zhí)行權(quán)限，能夠創(chuàng)建、修改甚至刪除由系統(tǒng)管理的任何

22、文件。更重要的是，特權(quán)用戶具有控制整個系統(tǒng)的權(quán)利，如關(guān)閉系統(tǒng)，甚至不經(jīng)意地用一條簡單的命令破壞整個系統(tǒng)! 特權(quán)用戶具有維護系統(tǒng)安全、配置系統(tǒng)、增加和刪除用戶以及對系統(tǒng)進行正常的備份等責(zé)任。 通常，該用戶負責(zé)監(jiān)管UNIX的運行，他應(yīng)當(dāng)熟悉基本的UNIX操作系統(tǒng)管理過程。 除了特權(quán)用戶之外，UNIX內(nèi)核不區(qū)分其他任何用戶，所有其他用戶都視為是相同的，并且只能夠做許可權(quán)限之內(nèi)的事情。,2020/7/7,常見系統(tǒng)的缺省特權(quán)用戶 UNIX root Windows NT/2000 administrator Novell netware 3.x: supervisor 4.x, 5.x: admin,特權(quán)用戶,2020/7/7,系統(tǒng)調(diào)用與庫