How linux works на русском
How linux works на русском
Книга «Внутреннее устройство Linux»
Кому следует читать книгу
Интерес к устройству операционной системы Linux может быть вызван разными причинами. Профессионалы в сфере информационно-технологического обслуживания, а также разработчики программного обеспечения для Linux найдут в этой книге практически все, что необходимо знать, чтобы использовать операционную систему наилучшим образом. Исследователи и студенты, которым зачастую приходится подстраивать систему под себя, найдут здесь практичные объяснения того, почему все устроено именно так, а не иначе. Есть еще «затейники» — пользователи, которым нравится проводить время за компьютером ради развлечения, выгоды или и того и другого сразу. Хотите узнать, почему некоторые вещи работают, а другие — нет? Вам интересно, что произойдет, если что-либо изменить? Тогда вы относитесь к числу «затейников».
Необходимые условия
Вам не обязательно быть программистом, чтобы читать эту книгу. Понадобятся лишь основные навыки пользователя компьютера: вы должны ориентироваться в графическом интерфейсе (при установке и настройке интерфейса системы), а также иметь представление о файлах и каталогах (папках). Следует также быть готовыми к поиску дополнительной документации в вашей системе и онлайн. Как отмечалось выше, самым важным является ваша готовность и желание исследовать свой компьютер.
Как читать книгу
Когда речь идет о технических темах, донести все необходимые знания — непростая задача. С одной стороны, читатель увязает в излишних подробностях и с трудом усваивает суть, поскольку человеческий разум просто не может одновременно обработать большое количество новых понятий. С другой — отсутствие подробностей приводит к тому, что читатель получает лишь смутное представление о предмете и не готов к усвоению дальнейшего материала.
В этой книге автор упростил изложение и структурировал материал. В большинстве глав важная информация, которая необходима для дальнейшей работы, предлагается в первую очередь. По мере чтения главы вы встретите в ней и дополнительный материал. Надо ли вам сразу усваивать эти частности? В большинстве случаев автор полагает, что нет. Если ваши глаза начинают тускнеть при виде боль-шого количества подробностей, относящихся к только что изученному материалу, не раздумывая переходите к следующей главе или сделайте перерыв. Вас ожидают другие важные вещи.
Как устроена эта книга
В начале книги дается обзор системы Linux, а затем предлагается ряд практических заданий с инструментами, которые понадобятся вам для дальнейшей работы в системе. Далее вы детально изучите каждую часть системы, начиная с управления оборудованием и заканчивая конфигурацией сети, следуя обычному порядку, в котором происходит запуск системы. И наконец, вы получите представ-ление о некоторых деталях работающей системы, освоите несколько важных навыков, а также познакомитесь с инструментами, используемыми программистами.
В большинстве первых глав (кроме главы 2) активно задействовано ядро системы Linux, но по мере продвижения по книге вы будете работать и в своем пространстве пользователя. Если вы не понимаете, о чем автор сейчас говорит, не беспокойтесь, объяснения будут даны в главе 1. Материал излагается по возможности без привязки к какому-либо дистрибутиву системы. Было бы скучно описывать все варианты системы, поэтому Уорд попытался рассказать о двух основных семействах дистрибутивов: Debian (включая Ubuntu) и RHEL/Fedora/CentOS. Упор сделан на серверные версии и версии для рабочих станций. Представлены также внедренные системы, например Android и OpenWRT, но изучение отличий этих платформ предоставляется вам.
Что нового во втором издании
Первое издание этой книги касалось главным образом пользовательской стороны работы в системе Linux. Основное внимание было уделено устройству ее частей и тому, как заставить их функционировать. В то время многие элементы системы было трудно установить и корректно настроить.
Благодаря упорному труду разработчиков ПО и создателей дистрибутивов Linux ситуация изменилась. Уорд пересмотрел материал первого издания в поисках обновлений: особое внимание уделил процессу загрузки системы и тому, как она управляет оборудованием, а также удалил устаревший материал (например, подробное объяснение процесса печати), чтобы расширить рассмотрение роли ядра системы Linux в каждом дистрибутиве. Вы, вероятно, взаимодействуете с ядром гораздо чаще, чем сами об этом догадываетесь, и автор специально отметил моменты, когда это бывает.
Уорд также изменил последовательность подачи материала в книге, чтобы он соответствовал интересам и потребностям современных читателей. Единственное, что не изменилось, — это объем книги.
Автору хотелось снабдить вас сведениями, которые понадобятся для быстрого начала работы. Их усвоение потребует некоторых усилий, однако Уорд не намеревается делать из вас «тяжелоатлетов», чтобы вы смогли одолеть эту книгу. Когда вы будете понимать важнейшие моменты, изложенные здесь, для вас не составит труда отыскать подробности и разобраться в них.
Автор изъял некоторые исторические детали, которые были в первом издании, главным образом чтобы сконцентрировать ваше внимание. Если вы интересуетесь системой Linux и ее отношением к истории системы Unix, обратитесь к книге Питера Салуса (Peter H. Salus) The Daemon, the Gnu, and the Penguin (Reed Media Services, 2008) — в ней рассказано о том, как развивалось используемое нами программное обеспечение.
Для Хаброжителей скидка 25% по купону — Linux
А также, наш партнер Образовательный портал GeekBrains проводит на этой неделе Новогоднюю акцию. Вы можете получить профессию «Системный администратор» со скидкой 25%. Ознакомиться с профессией и оставить заявку можно по ссылке.
Основы Linux (обзор с практическим уклоном)
В последние несколько лет все больше и больше людей ищут возможность войти в ИТ или поглубже изучить Linux, повысив уровень своей квалификации. Вместе с тем полноценных обзоров с практическим уклоном по типу «все и сразу» написано не так уж и много (особенно на русском языке).
Главная задача данной статьи – указать начинающим специалистам направление развития, дать ключевые понятия для дальнейшего изучения и показать несколько простых практических приемов. По этой причине (а еще, безусловно, вследствие недостаточной квалификации автора) теоретический материал достаточно сильно упрощен.
Что такое Linux?
История и определение
В 1969 году в дочернем подразделении компании AT&T – Bell Laboratories – была выпущена операционная система Unix, которая стала основной для большого количества операционных систем того времени. UNIX была проприетарной системой, лицензия на нее стоила порядка 40 000 долларов. Таким образом, позволить себе ее покупку могли только крупные компании. Это послужило толчком для старта в 1983 году проекта GNU – GNU is Not Unix. Его основоположник, Ричард Столлман, объявил целью проекта создание свободно распространяемой операционной системы. Чуть позже Столлманом был написан знаменитый манифест GNU, который стал основой для лицензии GPL (GNU General Public License), актуальной и по сей день. К началу 1990-х годов в рамках проекта GNU было написано большинство компонентов ОС – оболочка bash, компиляторы, отладчик, текстовый редактор и др. Не хватало лишь ядра операционной системы.
В 1991 году Линус Торвальдс, будучи студентом финского университета, увлекся идеей написания ядра операционной системы для своего персонального компьютера с процессором Intel. Вдохновлением и прототипом для будущего Linux стала совместимая с Unix операционная система для персональных компьютеров Minix. Уже в августе 1991 года было написано ядро операционной системы, в нее были портированы оболочка bash и компилятор gсс из проекта GNU. По признанию самого Линуса, изначально это было не более, чем хобби, однако проект оказался весьма востребованным, к нему начали присоединяться разработчики со всего мира. Дополненная массой программ, разработанных в рамках проекта GNU, ОС Linux стала пригодна для практического использования. При этом ядро системы распространялось под лицензией GNU General Public License, что гарантировало свободное распространение кода ядра системы.
Итак, сегодня Linux (или GNU/Linux) – семейство Unix-подобных операционных систем на базе ядра Linux, включающих тот или иной набор утилит и программ проекта GNU. Linux-системы распространяются в виде различных дистрибутивов, имеющих свой набор системных и прикладных компонентов (как свободных, так и проприетарных).
Серверные дистрибутивы
Дистрибутив Linux — это операционная система, созданная на основе ядра Linux, которая включает в себя набор библиотек и утилит (пакетов), разработанных в рамках проекта GNU, а также систему управления пакетами (менеджер пакетов). В настоящее время существует более 500 различных дистрибутивов, разрабатываемых как при коммерческой поддержке (Red Hat / Fedora, SLED / OpenSUSE, Ubuntu и др.), так и исключительно усилиями добровольцев (Debian, Slackware, Gentoo, ArchLinux и др.).
Дистрибутивы делятся на несколько типов в зависимости от базового дистрибутива и системы управления пакетами. Вот несколько примеров наиболее популярных серверых дистрибутивов двух типов:
Стоит отметить, что существует великое множество различных дистрибутивов на любой вкус и цвет. Их невозможно даже сосчитать, так как практически каждый представитель сообщества может собрать свой собственный дистрибутив на основе ядра Linux.
Работа с Linux
Загрузка
Алгоритм включения сервера и загрузки Linux в большинстве случаев выглядит следующим образом:
BIOS / UEFI → MBR / GPT
Выполняется код, заложенный производителем аппаратного обеспечения. Этот код проводит тестирование системы POST (Power On Self Test) и передает управление загрузчику в MBR (Master Boot Record) / GPT (GUID Partition Table)
MBR / GPT → GRUB2 (существуют и другие загрузчики)
Загрузчик из MBR / GPT очень простой – он способен только найти на диске и запустить следующий загрузчик. Как правило это GRUB2, но существуют и другие загрузчики, например LILO (в настоящее время практически не используется)
GRUB2 → Kernel
GRUB2 расположен на разделе жесткого диска в каталоге /boot. GRUB2 загружает ядро Linux (vmlinuz)
Kernel → Init
Ядро запускает процесс инициализации операционной системы. Как правило это SystemD, но существуют и другие системы инициализации, например SystemV (в настоящее время практически не используется). Процесс инициализации запускает все остальные процессы в системе
Подключение
Командная оболочка
Подключиться к Linux для управления можно в интерфейсе командной строки (command-line interface, CLI) или в графическом интерфейсе (graphical user interface, GUI). При работе с серверной инфраструктурой в подавляющем числе случаев GUI отсутствует и взаимодействие с сервером осуществляется в CLI. При входе пользователя на сервер в CLI запускается командная оболочка (в GUI командную оболочку можно запустить через эмулятор, например Terminal). Командная оболочка (shell) – это программа, которая принимает команды с клавиатуры и передает их операционной системе для выполнения. Наиболее распространенной командной оболочкой в Linux является GNU bash (Bourne Again SHell). bash основывается на другой легковесной оболочке-предшественнике – sh (Bourne sh), созданной Стефеном Борном.
Команды можно выполнять с помощью командной строки, указав имя двоичного (бинарного, bin) исполняемого файла или сценария. По умолчанию в Linux много команд, которые позволяют перемещаться по файловой системе, устанавливать ПО, конфигурировать его и выполнять другие действия. Каждая запущенная команда является отдельным процессом. Важно отметить, что в Linux (в отличие от Windows) почти всегда учитывается регистр, включая имена файлов и каталогов, команды, аргументы и опции.
Подключаться к Linux и работать с командной оболочкой можно локально (например включив ПК дома или подойдя к серверу в центре обработки данных), однако гораздо чаще работать с системой требуется удаленно. Для этого необходимо настроить SSH и подключаться через него. SSH (Secure SHell) – это протокол, позволяющий производить удаленное управление операционной системой и туннелирование TCP-соединений (например, для копирования файлов). SSH основан на клиент-серверной архитектуре, которая организует защищенное (зашифрованное) соединение поверх небезопасных каналов связи. Серверная часть устанавливается на удаленном сервере, а клиентская на компьютере, с которого осуществляется подключение.
Существует много клиентов для удаленного подключения к серверу по SSH. Вот несколько примеров для различных операционных систем:
Windows
PuTTY – выбор новичка, PowerShell (команда ssh), Xshell – выбор автора, MobaXterm, mRemoteNG
Linux
Terminal (команда ssh) – выбор новичка и автора, Asbru Connection Manager
MacOS
Terminal (команда ssh) – выбор новичка и автора, Core Shell
Установка программ (утилит) пакетным менеджером
Зачем нужны пакетные менеджеры?
На заре развития Linux установить приложение (утилиту) можно было только путем скачивания исходного кода программы и компиляции. Это не практично и не слишком удобно для пользователей, поэтому были разработаны пакетные менеджеры. Установка приложений в них производится из пакетов – архивов с файлами скомпилированной программы. Большинство популярных дистрибутивов Linux содержат пакетные менеджеры, способные устанавливать любое программное обеспечение. Пакетные менеджеры имеют свой список репозиториев – серверов с базой пакетов. Во время установки алгоритм менеджера находит необходимый пакет в базе и производит автоматическое скачивание, установку и настройку.
DEB (.deb)
ОС – DEB-based, например Debian, Ubuntu, AstraLinux
Система управления пакетами – DPKG (работает только с локальными пакетами)
Пакетный менеджер – apt
RPM (.rpm)
ОС – RPM-based, например RedHat Enterprise Linux, Fedora, CentOS
Система управления пакетами – RPM (работает только с локальными пакетами)
Пакетный менеджер – yum (в последних дистрибутивах заменен на dnf)
Практика
На практике пользователю необходимо уметь взаимодействовать с пакетными менеджерами – устанавливать и удалять пакеты.
Ниже приведены несколько примеров команд:
При необходимости уточняйте описание утилит и ключей выполнения в Интернете или в руководстве man.
Структура файловой системы и работа с файлами
Типы файлов
Все объекты в Linux являются файлами. Существуют следующие типы файлов:
Обычные файлы —
Символьные и двоичные данные (текст, картинки, программы и др.)
Каталог (директория) d
Список ссылок на файлы или другие каталоги
Символьные ссылки l
Ссылки на другие файлы по имени
Блочные устройства b, символьные устройства c
Интерфейсы для взаимодействия с аппаратным обеспечением (диски, терминалы, клавиатуры, принтеры и др.). Когда происходит обращение к файлу устройства, ядро операционной системы передает запрос драйверу этого устройства
Сокеты s и каналы p
Интерфейсы для взаимодействия процессов
Структура файловой системы
Структура файловой системы представляет собой дерево, корнем которой является каталог /.
Рассмотрим подробно структуру и назначение каталогов:
/bin (binaries) – исполняемые файлы самых необходимых утилит. Может быть символьной ссылкой на /usr/bin
/boot – файлы, необходимые для самого первого этапа загрузки – загрузки ядра (и обычно само ядро)
/dev (devices) – блочные и символьные файлы устройств (диски, терминалы, клавиатуры, принтеры и др.)
/etc (etcetera) – конфигурационные файлы системы и различных программ
/home – домашние каталоги пользователей для хранения «личных» файлов
/lib (libraries) – файлы библиотек (стандартных функций, необходимых многим программам), необходимых для работы утилит. Может быть символьной ссылкой на /usr/bin
/mnt (mount) – каталог для подключения файловых систем (съемных носителей и др.)
/opt (optional) – каталог для дополнительных программ (проприетарных драйверов, агентов мониторинга и др.)
/proc (process) – файлы в оперативной памяти, в которых содержится информация о выполняемых в системе процессах
/root – домашний каталог пользователя root
/sbin (system binaries) – файлы системных утилит, необходимые для загрузки, резервного копирования и восстановления системы. Может быть символьной ссылкой на /usr/sbin
/sys (system) – виртуальная файловая система sysfs, которая содержит информацию об аппаратном обеспечении (ЦПУ, ОЗУ, дисках, сетевых устройствах), драйверах, ядре системы и др.
/tmp – каталог для временных файлов, обычно зачищается при каждой загрузке системы
/usr – пользовательский каталог, который содержит каталоги исполняемых файлов и конфигурационных файлов
/var (variable) – файлы, создаваемые или используемые различными программами (логи, очереди, идентификаторы процессов, БД и др.)
Права доступа
В Linux права доступа к файлам (в том числе к каталогам) задаются для трех видов пользователей – владельца, группы владельца и остальных. Также есть три типа доступа к файлу – чтение r (Read), запись w (Write) и исполнение x (eXecution), которые задаются для каждого из видов пользователей. Прочерк — означает отсутствие доступа.
Таким образом, права доступа к файлу выглядят следующим образом:
права для владельца (u, user) – read, write, execution
права для группы владельца (g, group) – read, write, execution
права для остальных пользователей (o, other) – read, write, execution
Практика
На практике пользователю необходимо осуществлять навигацию по системе, просматривать, создавать, редактировать и удалять файлы, настраивать права доступа.
Ниже приведены несколько примеров наиболее часто используемых команд:
При необходимости уточняйте описание утилит и ключей выполнения в Интернете или в руководстве man.
Процессы и потребление ресурсов сервера
Процессы
Если предельно упростить, то процесс – это любая программа, которая выполняется в системе. В ходе работы с системой может быть запущено множество программ, которые, в свою очередь, могут запустить множество процессов. Простейший пример процесса – командная оболочка bash. Каждому процессу в Linux присваивается уникальный идентификатор процесса (PID), который используется ядром для управления процессом до завершения программы или команды, с которой он связан.
Процесс может находиться в следующих статусах:
Выполнение (R, Running)
Выполнение или ожидание ЦПУ для выполнения
Сон (S, Sleep)
Прерываемое программно ожидание
Непрерываемый сон (D, Direct)
Ожидание «прямого» сигнала от аппаратной части для прерывания
Приостановлен (T, Tracing)
Отладка
Зомби (Z, Zombie)
Выполнение завершено, однако ресурсы не освобождены
Почти любой процесс (кроме процесса в статусе D) может быть принудительно прерван администратором в случае необходимости («убит»). Это не всегда безопасно, однако возможно.
Запущенные процессы требуют использования аппаратных ресурсов сервера – ЦПУ, ОЗУ, дисков, сетевых интерфейсов.
Практика
На практике пользователю необходимо просматривать списки процессов и останавливать процессы, а также просматривать имеющиеся и потребляемые ресурсы сервера в системе.
Ниже приведены несколько примеров наиболее часто используемых команд:
При необходимости уточняйте описание утилит и ключей выполнения в Интернете или в руководстве man.
Программный комплекс systemd
Зачем нужен systemd?
SystemD – это программный комплекс, состоящий из системных компонентов Linux. Основным компонентом является система инициализации системы SystemD, которая пришла на смену SystemV в большинстве современных дистрибутивов. Ядро Linux запускает процесс systemd, который, в свою очередь, запускает все остальные процессы системы.
SystemD предоставляет следующий функционал:
Запуск служб при старте системы (по возможности параллельно) по различным таргетам (target, аналог уровней загрузки в SystemV)
Обеспечивается обратная совместимость с системами инициализации SystemV и LSB
Контроль состояния запущенных служб
Управление устройствами, входом в систему, сетевыми подключениями, ведение журнала событий
Интерфейсы для реализации функциональных возможностей ядра – cgroups, autofs, kdbus
Набор утилит для управления системой – systemctl, journalctl и др.
Что такое systemd unit?
Описание юнита состоих из нескольких секций:
Unit
Description (краткое описание), After (ожидание запуска), Requires (обязательная зависимость) и др.
Service
Type (тип) – по умолчанию Simple, ExecStart (команда для запуска), ExecStop (команда для остановки) и др.
Install
WantedBy (таргет или уровень запуска, на котором юнит должен запуститься)
Файлы systemd unit располагаются в следующих каталогах:
/etc/systemd/system – юниты, создаваемые администраторами
/usr/lib/systemd/system – юниты из установленых пакетов
/run/systemd/system – юниты, создаваемые во время работы системы (в runtime)
Редактировать и создавать юниты можно с помощью текстового редактора (например vi или nano).
Примеры systemd unit – NGINX, Apache
Практика
На практике пользователю необходимо просматривать различные systemd unit, просматривать их содержимое и управлять сервисами, а также читать журналы логов.
Ниже приведены несколько примеров наиболее часто используемых команд:
При необходимости уточняйте описание утилит и ключей выполнения в Интернете или в руководстве man.
На практике пользователю необходимо уметь просматривать сетевые настройки сервера, а также уметь проводить простейшую диагностику сетевых проблем.
Ниже приведены несколько примеров наиболее часто используемых команд:
При необходимости уточняйте описание утилит и ключей выполнения в Интернете или в руководстве man.
Анатомия GNU/Linux
Какое-то время назад на Хабре была небольшая волна постов на тему «Почему я [не] выбрал Linux». Как порядочный фанатик я стриггерился, однако решил, что продуктивнее что-нибудь рассказать о своей любимой системе, чем ломать копии в комментариях.
У меня сложилось впечатление, что многие пользователи GNU/Linux слабо представляют, из чего сделана эта операционная система, поэтому утверждают, что она сляпана из попавшихся под руку кусков. В то же время, архитектура большинства дистрибутивов является устоявшейся и регламентируется рядом стандартов, включая стандарт графического окружения freedesktop.org и Linux Standard Base, расширяющий стандарты Unix. Мне при знакомстве с GNU/Linux несколько лет назад для погружения не хватало простой анатомической карты типичного дистрибутива, поэтому я попробую рассказать об этом сам.
Загрузчик
Сеанс операционной системы начинается с загрузчика, как театр с вешалки. Дефолтным загрузчиком сегодня является GNU GRUB, известный так же как GRUB 2. По-прежнему доступна первая ветка, называемая теперь «GRUB Legacy». Другой загрузчик с давней историей — Syslinux.
Задача загрузчика — инициализировать ядро Linux. Для этого, в общем случае, нужно знать, где ядро лежит, и уметь прочитать это место (раздел Ext4, скажем). Ядру в помощь загрузчик обычно так же подтягивает начальный образ загрузки, о котором скажем позже. GRUB умеет много прочего, типа построения весьма сложных меню и чейнлоадинга других загрузчиков (Windows Boot Manager например). GRUB имеет конфигурационный синтаксис, отдалённо напоминающий шелл, и расширяется модулями.
GRUB велик и могуч, порой даже слишком, и встраиваемые системы часто используют компактный Das U-Boot.
В рамках одного дистрибутива может поддерживаться несколько вариантов ядра, например:
mainline («основное»);
LTS (с расширенной поддержкой);
rt (патченное для поддержки исполнения в режиме реального времени);
с различными патчами для повышения производительности или защищённости (zen, hardened etc);
libre (почищенное от проприетарных блобов ядро, ожидаемо поддерживающее мало оборудования).
совсем экзотичные варианты с не-Linux ядром типа Debian GNU/Hurd (с ядром GNU Hurd) и Debian GNU/kFreeBSD (с ядром FreeBSD соответственно). Это уже, конечно, не GNU/Linux.
Начальный образ загрузки
Начальный образ загрузки известен так же как initrd и initramfs. Представляет собой архив с образом файловой системы, развёртываемой в оперативную память в начале процесса загрузки. Несёт в себе различные драйверы и скрипты, позволяющие инициализировать оборудование и смонтировать файловые системы.
Содержимое начального образа загрузки зависит от версии ядра и потребностей пользователя (кто-то использует ZFS, а у кого-то корень зашифрован LUKS). Поэтому образ не поставляется в дистрибутивах. В дистрибутивах поставляются фреймворки для создания начальных образов по мере необходимости. Так, обычно создание свежего образа инициируется при обновлении ядра. Вот несколько популярных фреймворков:
initramfs-tools — детище Debian.
Dracut (произносится созвучно с сушёной кошкой) — в RHEL и производных (CentOS, Scientific Linux etc.). Наиболее гибкий и современный инструмент из перечисленных, если спросите меня.
mkinitcpio поставляется в Archlinux, хотя мейнтейнеры подумывают о Dracut, который уже включён в репозиторий и установочные образы.
make-initrd — свой путь у замечательного отечественного дистрибутива Alt Linux.
Тут же упомянем Plymouth, размещаемый в начальном образе. Это заставка (сплэш-скрин), позволяющая заменить вывод ядра при загрузке на произвольную анимированную картинку, например логотип дистрибутива, что принято в «дружелюбных к пользователю»™ дистрибутивах типа Ubuntu и Fedora.
Командная оболочка
Наиболее распространены сегодня следующие оболочки:
Bourne shell (sh) — «тот самый шелл», сложно найти дистрибутив без него.
Bourne again shell (bash) — принят по умолчанию в качестве пользователькой оболочки в большинстве GNU/Linux дистрибутивов и предлагает ряд удобств по сравнению с sh.
Debian Almquist shell (dash) — компактная облочка, совместимая с sh. Традиционно используется в Debian, где /usr/bin/sh на неё ссылается.
Z shell (zsh) — похож на bash, но предлагает оригинальные фишечки для интерактивного ввода. Редко идёт из коробки, но обычно поставляется в репозитории.
Графический сервер
Демон, отвечающий за отрисовку окошек. Золотой стандарт графического сервера — X Window System с нами аж с 1984 года. Это именно стандарт, архитектура и набор протоколов. Реализаций за прошедшие годы была уйма, в каждой собственнической Unix-системе была своя. В GNU/Linux (и BSD) долгое время применялся Xfree86. Теперь с нами X.Org Server, или просто Xorg, он отпочковался от XFree86.
X Window System — мощная и богатая система, так, одна из возможностей — сетевая прозрачность. Вы можете запустить на своём хосте графическое приложение с другой машины, даже когда на той машине графический сервер не запущен. При помощи SSH это можно сделать, например, так (может потребоваться небольшая донастройка sshd):
Надо сказать, терминология X Window System контринтуитивна: клиентом называется графическое приложение, а сервером — отрисовывающее. На этот счёт прошлись в классической монографии «The UNIX-HATERS Handbook».
Другая возможность X, отрисовка графических примитивов и текстовых глифов, использовалась в старые времена, когда мужчины были мужчинами и рисовали окошки сами, без тулкитов.
В окружениях рабочих столов активно используется X keyboard extension, расширение, отображающее нажатие клавиш на различные раскладки.
«Иксам» пророчат скорую кончину. Именно обширность и сложность стандарта побудила разработчиков СПО начать работу над новым стандартом — протоколом Wayland. Wayland достиг определённой стадии зрелости и с переменным успехом внедряется дистрибутивами как графический сервер по умолчанию. Тем не менее, проект Wayland начат в 2008 году, а стандарт X ещё не спешит уходить с голубых экранов.
Оконный менеджер Weston
После старта графический сервер обслуживает иерархию окон. Существует понятие «корневое окно» (root window), оно, в свою очередь, «владеет» окнами панелей, приложений. Окна приложений «владеют» своими модальными окнами. Обычно обои рабочего стола отрисовываются в корневом окне.
Дисплейный менеджер
Не вполне интуитивно названные, дисплейные менеджеры (DM) рисуют для нас приветливое окошко входа в систему. Обычно, помимо ввода логина и пароля, они позволяют выбрать сессию (при наличии выбора в вашей системе) и задать язык сеанса. Дисплейные менеджеры делают плюс-минус одну и ту же нехитрую работу, их многообразие оправдано консистентностью с различными средами рабочего стола (что зависит, по большей части, от графического тулкита и утилит настройки). Можно жить без дисплейного сервера, как в старые добрые времена. Для этого потребуется настроить ваш
Жизнь без DM 
Жизнь c SDDM
Типичные представители дисплейных менеджеров:
GDM из набора GNOME;
SDDM из комплекта KDE;
LightDM — универсальный вариант;
FlyDM — из поставки Astra Linux.
Окружение рабочего стола
Окружения рабочего стола (DE) состоит из ряда стандартных компонентов, таких, как:
панель с треем и меню запуска приложений;
хранитель экрана, он же блокировщик экрана;
браузер, которым никто не пользуется;
почтовый клиент (у зажиточных окружений);
Два могучих окружения, GNOME и KDE, сражаются за сердца простых пользователей, а остальные массовые десктопы им завидуют нередко пользуются их наработками. Некоторые хардкорные пользователи предпочитают собирать окружение рабочего стола самостоятельно на базе оконных менеджеров типа Awesome и i3.
Оконный менеджер Window Maker
На скриншоте оконный менеджер Window Maker из состава GNUstep. GNUstep воспроизводит окружение NeXTSTEP. Поставляется в репозиториях большинства дистрибутивов.
Графические тулкиты
Графический тулкит — библиотека или фреймворк, упрощающая рисование формочек и кнопочек, причём в едином стиле. То, чем занимается Windows Forms на ОС другого производителя, а так же занимался некогда полулярный Motif на старых юниксах (Open Motif доступен поныне).
Флагманами в этой категории долгое время были и остаются GTK и Qt. GTK родился как тулкит для свободного графического редактора GIMP и позже переполз под крыло GNOME. Написан на чистом C с классами, имеет официальные байндинги к Python и C++, а ещё породил целый язык общего назначения Vala. Qt — изначально коммерческий проприетарный тулкит, сейчас является свободным ПО (но по-прежнему коммерческим). Написан на C++ с размахом, заменяя стандартную библиотеку и кучу других библиотек и предлагая метаобъектный компилятор (кодогенератор). Имеет байндинги к куче языков. KDE гордо зиждется на этом великолепии.
Графическое API
Mesa — это каркас для видеовывода. Меза предоставляет API OpenGL и, с не столь давних пор, Vulkan (и несколько других API типа VDPAU и VAAPI). Можно сказать, что Mesa берёт на себя вопросы графики, которыми обычно занимается DirectX в ОС другого производителя.
Безопасность
Обширная часть системы, и я недостаточно компетентен, чтобы в неё углубляться, тем не менее, обзорно рассмотрим.
PAM — Pluggable Authentication Modules — модульная система авторизации. Отвечает, как понятно из названия, за авторизацию пользователей в системе, причём разными способами. Через PAM авторизуются в том числе доменные пользователи, в таком случае PAM действует в связке с имплементацией Kerberos (обычно MIT’овский krb5), поскольку сам по себе PAM не работает с удалёнными клиентами. Модули представляют собой разделяемые библиотеки (исполняемые файлы с суффиксом so ) и позволяют делать интересные штуки при входе пользователя. Например, можно создавать домашнюю директорию при первом входе ( pam_mkhomedir.so ) или монтировать файловые системы ( pam_mount.so ).
Классическая утилита su и более молодая sudo предназначены для исполнения комманд от имени другого пользователя (по умолчанию root ). Наиболее значимая разница — su требует пароль пользователя, из-под которого вы хотите работать, а sudo — ваш пароль. sudo гибко настраивается, позволяя запускать только определённые команды определённым пользователям из-под других определённых пользователей, как-то так.
Менеджер авторизации Polkit позволяет непривилегированным процессам взаимодействовать с привилегированными. По сути он похож на sudo, но обладает превосходящей гибкостью и предназначен в первую очередь для приложений, в то время как sudo — утилита для пользователя. Правила пишутся, внезапно, на JavaScript’е.
Linux Security Modules (LSM) — фреймворк внутри ядра Linux, позволяющий накладывать на систему дополнительные моде́ли безопасности. Это достигается при помощи мо́дулей безопасности, не путать с модулями ядра. Наиболее популярные модули безопасности — SELinux и AppArmor. Первый явлен миру АНБ и развивается Red Hat, второй рождён в рамках ОС Immunix и сегодня развивается Canonical Ltd. Соответственно, SELinux поставляется в RHEL и производных, а AppArmor — в Ubuntu. Оба модуля имеют сходное назначение и привносят в систему мандатное управление доступом. Оба модуля повышают безопасность системы, не позволяя приложениям делать то, что от них не ожидается. Так, сконфигурированные модули безопасности не дадут веб-серверу шариться по диску вне нескольких ожидаемых директорий. Обратной стороной является необходимость конфигурировать систему безопасности для каждого мало-мальски нестандартно настроенного приложения. Не у многих на это хватает энтузиазма, так что обычно модуль безопасности просто переключается в разрешающий режим.
Антивирусные программы для GNU/Linux существуют, но мне не встречались дистрибутивы, где бы они шли из коробки, кроме специализированных решений для сканирования системы.
Подсистема печати
CUPS — «общая система печати UNIX», рождённая компанией Apple. Система модульная, поддерживает огромное количество устройств и, насколько мне известно, на сегодня не имеет альтернатив. А ещё CUPS имеет веб-интерфейс (по умолчанию на localhost:631).
Морда CUPS
Звуковая подсистема
Продолжительное время основной звуковой подсистемой ядра является ALSA. Некоторые пользователи ошибочно считают, что PulseAudio заменил ALSA. Это не так, PulseAudio — это звуковой сервер, являющийся лишь слоем абстракции, упрощающим управление аудиопотоками. Другим аудиосервером является JACK, который предназначен для профессиональной работы с аудио. Он не столь удобен для пользователя, но обеспечивает низкие задержки и предоставляет гибкую маршрутизацию MIDI-потоков.
Red Hat готовит нам PipeWire на замену PulseAudio и JACK. Следим за событиями.
Межпроцессное взаимодействие
Здесь речь не про низкоуровневые POSIX-штуки типа разделяемой памяти и сокеты. За свой век GNU/Linux повидал несколько подсистем, призванных упростить межпроцессное взаимодействие (IPC) десктоп-приложений. Сейчас правит бал шина сообщений D-Bus, а об остальных позабыли. Для чего это нужно? Например, некая служба посылает в шину сообщение об изменении своего состояния, а апплет панели слушает его и изменяет свой индикатор. Так обычно работают апплеты громкости и клавиатурной раскладки.
Работоспособность WiFi-устройств, как правило, обеспечивает демон WPA supplicant, у которого есть конкурент iwd, написанный ни много ни мало, компанией Intel.
Тут же хочется упомянуть демон Bluez, обеспечивающий работу с Bluetooth-устройствами.
Межсетевой экран
Слава iptables гремит далеко за узким кругом бородатых админов. Это не фильтр сам по себе, а лишь набор утилит в пространстве пользователя, работающий с подсистемой Linux Netfilter. Недавно (в историческом масштабе) добавилась подсистема ядра nftables и соответствующая пользовательская утилита nft. Это было сделано, в первую очередь, для унификации интерфейсов таблиц маршрутизации IPv4, IPv6, ARP и софтовых L2-коммутаторов. В современных дистрибутивах команды iptables являются лишь обёрткой для nftables и не рекомендуются к использованию. В целом, конфиг nft выглядит опрятнее дампа iptables.
Существует пачка высокоуровневых фаерволлов-обёрток над nftables (в том числе графических), так в RHEL и производых из коробки идёт firewalld, а в Ubuntu — UFW.
Пакетный менеджер
Пакетный менеджер — это сердце дистрибутива. Наиболее именитые и с длинной историей — это RPM из мира Red Hat и dpkg из семества Debian. Пример более современного — pacman из Arch Linux. Старожилы RPM и dpkg работают только с локальными пакетами: они их распаковывают, устанавливают и проверяют, что все зависимости удовлетворены. Работой с репозиториями занимаются другие утилиты, являющиеся как бы фронтендом к самому пакетному менеджеру. В RHEL ранее поставлялась утилита yum, на замену которой пришла dnf, в Debian раньше были apt-get и apt-cache, затем их увязали в одну команду apt. Более молодой pacman не имеет видимого пользователю разделения на несколько утилит и предлагает очень простой формат пакетов, которые можно собирать буквально на коленке. Есть и множество других, со своими особенностями. Например nix, который позволяет иметь в системе несколько версий одного пакета.
Новое в исторических масштабах явление — кросс-дистрибутивные системы поставки приложений. Появились в попытке преодолеть ад зависимостей, облегчить труд разработчиков и мейнтейнеров (избавив их от необходимости создавать десятки пакетов под разные версии и ветки GNU/Linux). Наиболее популярные проекты: Flatpack от Gnome, Snap от Canonical и AppImage сам по себе. Они несколько отличаются подходами, но в общем случае обеспечивают установку приложений со всем рантаймом и некоторой степенью изоляции от системы. Штуки удобные, однако подход несколько напоминает традиции тащить все зависимости с устанавливаемой программой в популярной ОС другого производителя. Простоты и порядка в систему не добавляют.
Для перечисленного добра есть красивые обёртки в виде магазинов приложений, два самых ходовых — GNOME Software и KDE Discover.
KDE Discover 
GNOME Software с фирменной кнопочкой в заголовке окна
Заключение
Краткая результирующая диаграмма:
Современный GNU/Linux в представлении художника
Если присмотреться к перечисленным составляющим GNU/Linux, можно заметить, что львиная доля технологий привносится несколькими крупными организациями. К ним относятся:
проект GNU под эгидой Free Software Foundation;
Red Hat, производитель коммерческого дистрибутива, недавно вошедший в состав IBM;
сообщество kernel.org при поддержке Linux Foundation.
В интернете ради флейма часто вкидывают, мол, поглядите — эти ваши линуксы делают клятые корпорации, где ваше хвалёное сообщество? Я думаю, не стоит противопоставлять отдельных энтузиастов и организации: все они вращают колесо open source. В конце концов, в больших организациях трудятся обычные люди. В итоге мы имеем очень динамичную систему, в которой не без причины компоненты сменяются один за другим, всё это куда-то движется, и, в общем-то, год от года хорошеет. Я надеюсь, в этом очерке удалось дать представление об анатомии GNU/Linux, а может быть и заинтересовать кого-нибудь закопаться поглубже.
Большое спасибо @ajijiadduh, который отловил огромное количество опечаток сразу после публикации, и всем прочим пользователям, указавшим на ошибки.
Правки и предложения вы можете присылать по адресу https://gitlab.com/bergentroll/gnu-linux-anatomy.
Copyright © 2020 Антон «bergentroll» Карманов.
Вышло второе, переработанное издание книги «How Linux Works»
Издательство No Starch Press, известное такими популярными книгами, как «Land Of Lisp» и «Learn You a Haskell for Great Good!» представило второе, переработанное, издание книги «How Linux Works», рассказывающей об устройстве (от загрузчиков до user-space) и принципах работы GNU/Linux, а также содержащей руководства по написанию shell-скриптов, сборке программ из исходных кодов и настройке сети.
Краткое (полное доступно в этом PDF-файле) содержание книги:
Не думаешь книгу, или на худой конец брошюрку накатать?
Очень интересно. Почитал бы на русском конечно.
А это вообще хороший совет. Безотносительно к линуксу.
А зачем хомячку из Урюпинска Линукс?
А зачем вообще человеку компьютер?
Она в твердом переплете? Думаю одному падавану подарить на новый год.
Сколько этих книг уже написано, в которых только в общих словах описывается элементарщина. Каждый второй чудак, который месяц посидел на Linux и усвоил базовые навыки владения системой, считает себя обязанным написать книгу и донести, так сказать, до «быдла» тайные знания.
Так книжка, оказывается, платная. На EDX есть нормальный интерактивный курс по Linux. Платишь только за сертификат, если он тебе на стенку нужен.
Там одна страница с лого нвидия будет. У него же головного мозга.
Вы уж не обобщайте.
Не буду читать. Раз они о маргинальщину замарались в прошлом, то ничего стоящего от них ожидать не приходится.
Враки. Можно также получить халявный сертификат, у меня на работе висит для троллинга.
Судя по оглавлению, это из серии «Linux For Dummies»?
How Linux Works describes the inside of the Linux system for systems administrators, whether you maintain an extensive network in the office or one Linux box at home. Some books try to give you copy-and-paste instructions for how to deal with every single system issue that may arise, but How Linux Works actually shows you how the Linux system functions so that you can come up with your own solutions
И правильно говорят.
Ну простите, английский пока международный язык.
Возможно лет через 5 будем учить китайский, так что пока не поздно лучше взяться за английский 😉
А так вообще: ждем на торрентах!
Международных языков штук 6, включая и китайский и арабский и русский.
Ну попробуй в Москве пообщаться на арабском. А мы поржем.
Судя по оглавлению, это из серии «Linux For Dummies»?
С одной стороны, оглавление (в PDF-файле) позволяет надеяться на широкий и фундаментальный обзор различных компонентов GNU/Linux, с другой стороны, судя по числу страниц на каждую тему, очень вероятно, что там на самом деле «галопом по Европам».
Это вот одна из тех книжек, за которую я бы мог заплатить по системе «Сначала почитай, а потом плати сколько хочешь», но деньги вперёд — никак. Потому что из оглавления мне, например, непонятно, почерпну я оттуда что-то новое для себя или нет.
Ну или, может быть, кто-нибудь напишет хорошее ревью. Или выложит материал на сайтах для коллекционеров файлов.
Русский язык тоже международный язык, в числе остальных языков ООН. Я легко могу общаться в Москве на русском.
Русский тоже. Даже китайцы многие знают русский.
А, я вижу, что можно почитать главу 4 (диски и файловые системы) бесплатно. Надо будет посмотреть, оценить.
Так и дебилу понятно что в регионах где этот язык официальный его понимают практически все. Ты попробуй в Чили или Индии на нем пообщаться.
Попробуй в Таиланде пообщаться на английском, его там не понимает никто. Попробуй в России пообщаться на английском. Будет аналогичный результат. Есть разные страны и разные языки, но не бывает языка, который знали бы все. Потому нужны переводы.
В каких-же книгах написана не элементарщина?
В учебниках по квантовой физике, не?
Насчет «элементарщины». Лет этак 15-18 назад была у меня книга «по компьютерам». Сейчас я понимаю, что это была жуткая ересь с описаниями как пользоваться виндовым вордпадом и подобными «жутко полезными» советами. Но она была и она дала возможность узнать что-то. Для линукса такие врядли найдет хоть один начинающий линуксоид.
А это вообще хороший совет. Безотносительно к линуксу.
Также для развития хорошо бы выучить французский, китайский и украинский.
Но это не отменяет полезности технической литературы на родном для человека языке.
Жду украинские, китайские и французские родные, национальные дистрибутивы, чтобы ни одного демона из Сшанглии не было б. кстати, я так и не понял фишку, почему Линус говорит всё время по-английски. Он же фин, как бы. или я что-то путаю?
Кстати, это верно. Согласен на все 100. Вот только не популярен он и не общеупотребим(. а как бы было здорово жить в идеальном мире, где всё на своих местах!
почему Линус говорит всё время по-английски
Потому что живёт в США, очевидно же.
Так ведь и линукс настолько же не популярен на десктопах, но это не мешает пользоваться.
Книга уровня «Новейшие секреты Интернета: практическое руководство пользователя».
А почему для финов ничего не снимает? Ни разу не видел его интервью для финов, на финском языке.
Ну, насчёт «не популярен», я бы не стал так смело выражаться. В 1993-2000, возможно, линукс был не популярен. Но сейчас говорит, что линукс «не популярен». хм. это ж насколько надо отстать в развитии?
У меня была печатная книга «Linux для чайников. 3-е издание». Начинал я и правда с неё. Лет 5 назад. Там очень все поверхностно.
Хорошо, сколько процентов линукс занимает на рынке десктопов? Ноутбуков?
Но ведь на десктопах он и вправду занимает, по разным подсчётам, от 1,5 до 5,6%.
Да, в школе у моего одноклассника была книга по редхат и целых 4 диска с ним же. Мне всегда было интересно где он ее взял, ибо больше я подобного не видел нигде. Очень сложно найти подобное в бумаге.
Как всегда, кучу всего написали, про репозитории и пакетные менеджеры забыли. При том что это одно из главных отличий и достоинств Linux как операционной системы.
И у меня был фирменный дисочек с красношляпой.
Очень сложно найти подобное в бумаге.
Печатные издания уже давно вытеснили компьютер и интернет.
Очень сложно найти подобное в бумаге.
Я даже видел лет 8-10 назад в бумаге в магазине книжку с комментированными исходниками ядра Linux. Но пока я думал, отдавать ли за неё 500 р., её уже купили.
Но книги такого уровня в рознице действительно редкость.
Надо полагать, Android не на Linux-ядрышке теперь крутится?
Книга «Внутреннее устройство Linux. 2 изд.»
Добрый день! Предлагаю вашему вниманию еще одну книгу — «Внутреннее устройство Linux», автор Уорд Б. Её можно заказать на сайте издательства, и если применить промокод LinuxORG, то получите скидку 30%. Действует на все книги издательства. Также в подарок при покупке бумажной будет её электронная версия.
Отрывок из книги для ознакомления:
Как происходит загрузка ядра Linux
Теперь вы знаете о физической и логической структуре системы Linux, что такое ядро и как работать с процессами. В этой главе вы получите информацию о том, как ядро начинает работу или загружается, иначе говоря, как ядро перемещается в память до того момента, где начинается первый пользовательский процесс.
Упрощенная схема процесса загрузки выглядит так.
В этой главе рассмотрены шаги с первого по четвертый, основное внимание уделено загрузчикам ядра и системы. В главе 6 продолжается рассказ о загрузке пространства пользователя.
Способность определять каждую стадию процесса загрузки окажется неоценимой, когда вам придется устранять проблемы при загрузке, а также поможет понять систему в целом. Однако принятый по умолчанию режим загрузки во многих версиях Linux зачастую затрудняет (если не делает невозможным) идентификацию некоторых первых этапов, и вам, вероятно, удастся посмотреть на них только по их завершении, после входа в систему.
Сообщения при запуске
Традиционные системы Unix во время загрузки выводят множество диагностических сообщений, чтобы проинформировать вас о ходе загрузки. Эти сообщения исходят сначала от ядра, а затем от процессов и процедур инициализации, которые запускает команда init. Однако такие сообщения не очень привлекательны и последовательны, а в некоторых случаях они даже не слишком информативны. В большинстве современных версий Linux стараются скрыть их с помощью экранов загрузки, заполнителя и параметров загрузки. Кроме того, улучшенные аппаратные средства привели к тому, что ядро загружается намного быстрее, чем раньше, поэтому сообщения проскакивают настолько быстро, что было бы трудно уяснить, что происходит.
Существуют два способа увидеть сообщения ядра о загрузке и оперативной диагностике. Вы можете:
заглянуть в системный журнал ядра. Обычно он находится в файле /var/log/kern.log, но в зависимости от конфигурации вашей системы может также оказаться вместе с другими системными журналами в каталоге /var/log/messages или где-либо еще;
воспользоваться командой dmesg, не забыв при этом указать параметр less, поскольку результаты займут намного больше места, чем один дисплей. Команда dmesg использует циклический буфер ядра, размер которого ограничен, но в большинстве новых версий ядра буфер достаточно велик, чтобы хранить сообщения в течение длительного времени.
Вот пример того, что можно ожидать в результате работы команды dmesg:
Процедура запуска пространства пользователя часто оставляет сообщения после запуска ядра. Эти сообщения будет сложнее увидеть и просмотреть, поскольку в большинстве систем они не находятся в одном файле журнала. Сценарии запуска, как правило, выводят собщения в консоль, а по завершении процесса загрузки они стираются. Тем не менее это не является проблемой, поскольку каждый сценарий обычно ведет собственный журнал. Определенные версии команды init, например Upstart и systemd, способны перехватывать диагностические сообщения процесса загрузки и обычной работы, которые в обычном случае отображаются в консоли.
Инициализация ядра и параметры загрузки
Во время запуска ядро системы Linux выполняет инициализацию в следующем порядке.
Первые шаги не слишком примечательны, но зато, когда ядро добирается до устройств, возникает вопрос о зависимостях. Например, драйверы дисковых устройств могут зависеть от поддержки шины и подсистемы SCSI.
Далее в ходе инициализации ядро должно смонтировать корневую файловую систему до запуска команды init. Как правило, вам не придется беспокоиться об этих процессах, исключая тот случай, когда необходимые компоненты являются загружаемыми модулями ядра, а не частями основного ядра. На некоторых компьютерах вам может потребоваться загрузить такие модули ядра до монтирования реальной корневой файловой системы. Мы рассмотрим этот вопрос и обходные пути его решения в разделе 6.8.
На момент написания книги ядро не выводит каких-либо специальных сообщений, когда оно готово к запуску первого пользовательского процесса. Тем не менее приведенные ниже сообщения об управлении памятью являются верным признаком того, что скоро вступит в игру пространство пользователя, так как именно сейчас ядро защищает собственную память от процессов из пространства пользователя:
Вы можете также увидеть сообщение о том, что в данный момент происходит монтирование корневой файловой системы.
Можете спокойно переходить к главе 6, чтобы узнать об особенностях запуска пространства пользователя и команде init, которую ядро запускает в качестве первого процесса. Далее в данной главе приводятся подробности запуска ядра.
Параметры ядра
При запуске ядра Linux загрузчик передает ему набор текстовых параметров ядра, которые говорят ядру о том, как оно должно быть запущено. Эти параметры описывают различные варианты действий, такие как, например, величина выполняемого ядром диагностического вывода и варианты настроек, зависящие от драйверов устройств. Параметры ядра при загрузке вашей системы можно увидеть в файле /proc/cmdline:
Эти параметры являются либо простыми однословными флагами, вроде ro и quiet, либо парами key=value, например vt.handoff=7. Многие из этих параметров не являются существенными, например флаг splash, отвечающий за отображение экрана загрузки. Действительно важным является параметр root. Он задает местоположение корневой файловой системы, без него ядро не может отыскать команду init, а следовательно, и выполнить запуск пространства пользователя.
Корневая файловая система может быть определена как файл устройства, например так:
Однако в большинстве современных ПК более распространенным является применение идентификаторов UUID (см. подраздел 4.2.4):
Параметр ro стандартен; он указывает ядру на то, что корневую файловую систему при запуске пространства пользователя следует монтировать в режиме «только чтение». Этот режим гарантирует возможность безопасной проверки корневой файловой системы с помощью команды fsck. По окончании проверки процесс загрузки выполняет повторное монтирование корневой файловой системы в режиме «чтение-запись».
Теперь рассмотрим механику того, как загрузчики системы запускают ядро.
Загрузчики системы
В начале процесса загрузки, до запуска ядра и команды init, загрузчик системы запускает ядро. Задача загрузчика системы выглядит просто: он загружает ядро в память, а затем запускает его с определенными параметрами. Рассмотрим вопросы, на которые должен ответить загрузчик системы.
Где находится ядро?
Какие параметры ядра должны быть переданы ему при запуске?
Ответ (как правило) такой: ядро и его параметры обычно располагаются в корневой файловой системе. Кажется, что параметры ядра отыскать несложно, но ведь само ядро еще не запущено, поэтому оно не может «пройтись» по файловой системе в поисках необходимых файлов. Кроме того, драйверы устройств, которые ядро обычно использует для доступа к диску, также недоступны. Можно увидеть в этом нечто вроде проблемы «яйцо или курица».
Начнём разбираться с драйверами. На персональных компьютерах загрузчики системы используют систему BIOS или интерфейс UEFI, чтобы получить доступ к дискам. Практически все дисковые аппаратные средства снабжаются прошивками, которые позволяют системе BIOS получать доступ к присоединенным устройствам хранения с помощью блочной адресации LBA (Linear Block Addressing). Хотя производительность этого режима невысока, он все же позволяет получить универсальный доступ к дискам. Загрузчики системы часто являются единственными программами, которые используют систему BIOS для доступа к дискам; ядро применяет собственные высокопроизводительные драйверы.
Вопрос о файловой системе более сложен. Многие современные загрузчики системы способны читать таблицы разделов, а также имеют встроенную поддержку доступа к файловым системам в режиме «только чтение». Следовательно, они могут находить и читать файлы. Такая возможность значительно облегчает динамическую конфигурацию и улучшение загрузчика системы. Загрузчики системы Linux не всегда обладали этой возможностью; без нее настройка загрузчика была намного более сложной.
Задачи загрузчика системы
Основные функции загрузчика системы Linux содержат следующие возможности:
выбор среди нескольких ядер;
переключение между наборами параметров ядра;
разрешение ручного переопределения и редактирование имен образов ядра и его параметров пользователем (например, чтобы войти в режим одиночного пользователя);
поддержка загрузки других операционных систем.
Загрузчики системы стали более сложными по сравнению с начальными вариантами ядра Linux. Появились такие функции, как история и меню, однако главной потребностью всегда остается гибкость образа ядра и выбор его параметров. Интересным фактом является то, что некоторые возможности были ослаблены. Поскольку теперь вы можете, например, выполнять аварийную или восстановительную загрузку частично или полностью с USB-накопителя, вам, вероятно, не придется беспокоиться о том, чтобы вручную вводить параметры ядра или переходить в режим одиночного пользователя. К тому же современные загрузчики предлагают больше возможностей, чем когда-либо ранее. Это может быть чрезвычайно удобно, если вы разрабатываете пользовательское ядро или желаете настроить параметры.
Кому следует читать книгу
Интерес к устройству операционной системы Linux может быть вызван разными причинами. Профессионалы в сфере информационно-технологического обслуживания, а также разработчики программного обеспечения для Linux найдут в этой книге практически все, что необходимо знать, чтобы использовать операционную систему наилучшим образом. Исследователи и студенты, которым зачастую приходится подстраивать систему под себя, найдут здесь практичные объяснения того, почему все устроено именно так, а не иначе. Есть еще «затейники» — пользователи, которым нравится проводить время за компьютером ради развлечения, выгоды или и того и другого сразу.
Хотите узнать, почему некоторые вещи работают, а другие — нет? Вам интересно, что произойдет, если что-либо изменить? Тогда вы относитесь к числу «затейников».
Необходимые условия
Вам не обязательно быть программистом, чтобы читать эту книгу. Понадобятся лишь основные навыки пользователя компьютера: вы должны ориентироваться в графическом интерфейсе (при установке и настройке интерфейса системы), а также иметь представление о файлах и каталогах (папках). Следует также быть готовыми к поиску дополнительной документации в вашей системе и онлайн. Как отмечалось выше, самым важным является ваша готовность и желание исследовать свой компьютер.
Что нового во втором издании
Первое издание этой книги касалось главным образом пользовательской стороны работы в системе Linux. Основное внимание было уделено устройству ее частей и тому, как заставить их функционировать. В то время многие элементы системы было трудно установить и корректно настроить.
Благодаря упорному труду разработчиков ПО и создателей дистрибутивов Linux ситуация изменилась. Я пересмотрел материал первого издания в поисках обновлений: особое внимание уделил процессу загрузки системы и тому, как она управляет оборудованием, а также удалил устаревший материал (например, подробное объяснение процесса печати), чтобы расширить рассмотрение роли ядра системы Linux в каждом дистрибутиве. Вы, вероятно, взаимодействуете с ядром гораздо чаще, чем сами об этом догадываетесь, и я специально отметил моменты, когда это бывает.
Я также изменил последовательность подачи материала в книге, чтобы он соответствовал интересам и потребностям современных читателей. Единственное, что не изменилось, — это объем книги. Мне хотелось снабдить вас сведениями, которые понадобятся для быстрого начала работы. Их усвоение потребует некоторых усилий, однако я не намереваюсь делать из вас «тяжелоатлетов», чтобы вы смогли одолеть эту книгу. Когда вы будете понимать важнейшие моменты, изложенные здесь, для вас не составит труда отыскать подробности и разобраться в них.
Я изъял некоторые исторические детали, которые были в первом издании, главным образом чтобы сконцентрировать ваше внимание. Если вы интересуетесь системой Linux и ее отношением к истории системы Unix, обратитесь к книге Питера Салуса (Peter H. Salus) The Daemon, the Gnu, and the Penguin (Reed Media Services, 2008) — в ней рассказано о том, как развивалось используемое нами программное обеспечение.
Третье издание в русском переводе выйдет, ориентировочно в августе 2022 года.