Оболочка и утилиты системы UNIX

ОПЕРАЦИОННАЯ ОБОЛОЧКА

- часть операционной среды, определяющая интерфейс пользователя, его реализацию (текстовый, графический и т.п.), командные и сервисные возможности пользователя по управлению прикладными программами и компьютером.

  Операционные системы корпорации Microsoft под названием MS-DOS и их аналоги других корпораций были разработаны для персональных компьютеров клона IBM PC. Управление компьютером при помощи команд DOS требует определенных знаний, большой аккуратности и внимания. Для того, чтобы сделать общение с компьютером более простым, были разработаны специальные программы-оболочки. Операционная оболочка – это такая программа, которая позволяет пользователю осуществлять действия по управлению ресурсами компьютера в рамках более развитого (более удобного и интуитивно понятного) интерфейса, чем командная строка. Начиная с версии 4.0 в MS-DOS входила собственная псевдографическая оболочка SHELL, однако наибольшую популярность среди оболочек DOS завоевал пакет программ Norton Commander фирмы Symantec. Использование операционной оболочки Norton Commander значительно yпростило управление компьютером, позволило в наглядном виде получать информацию о его основных ресурсах (и их загруженности), осуществлять все основные процедуры управления компьютером (выбор диска и каталога; создание каталога; создание, просмотр и редактирование текстовых файлов; копирование, перемещение, удаление файлов и каталогов; поиск файлов и каталогов; работа с архивными файлами и т. п.).

  Также необходимо отметить, что Norton Commander явился не единственным шагом фирмы Symantec по расширению функциональных возможностей служебного и системного программного обеспечения, работающего в среде DOS. Другой ее извест­ный продукт – Norton Utilities – объединил в себе большое количество утилит, реализующих многие важные и полезные функции, которые затруднительно или даже невозможно осуществить с помощью штатных средств операционной системы.

  Следующим шагом в развитии оболочек операционных систем стало появление в 1986 г. графической многооконной операционной оболочки Windows от корпорации Microsoft, которая работала на базе MS-DOS. В последующие годы она претерпела ряд модификаций и в 1991 г. вышла вepcия Windows 3.1, а несколько позже – сетевой вариант Windows 3.11 (Windows 3.11 For WorkGroups), очень быстро завоевавшие широкое признание пользователей. Windows 3.1 запускалась на выполнение как обычная программа MS-DOS и работала на базе MS-DOS, используя на нижнем уровне внутренние функции и процедуры этой операционной системы. Приципиальным условием для программных приложений, предназначенных для работы в среде Windows, являлось то, что они должны работать с внешними устройствами (монитором, принтером, плоттером и т. п.) не напрямую, а через универсальную систему команд. Управляющая система транслировала вызовы (обращения к тому или иному физическому устройству) и передавала их соответствующему Windows-драйверу данного устройства, который непосредственно отвечал за работу с ним с учетом конкретных особенностей его функционирования. Почти все драйверы устройств Windows 3.1 фактически выполняли функции базовой системы ввода-вывода и работали с устройствами напрямую.

Оболочка и утилиты системы UNIX

  Операционную систему UNIX можно рассматривать в виде некоторой пирамиды. У основания пирамиды располагается аппаратное обеспечение, состоящее из цен­трального процессора, памяти, дисков, терминалов и других устройств. Выше над аппаратным обеспечением работает операционная система UNIX. Ее функции заключаются в управ­лении аппаратным обеспечением и предоставлении всем программам интерфейса системных вызовов. Эти системные вызовы позволяют программам создавать про­цессы, файлы и прочие ресурсы, а также управлять ими.

 Интерфейс библиотечных функций определен в стандарте POSIX. Стандарт POSIX определяет библиотечные процедуры, соответствующие системным вызовам, их параметры, что они должны делать и какой результат возвращать.

Помимо операционной системы и библиотеки системных вызовов, все вер­сии UNIX содержат большое количество стандартных программ, некоторые из них описываются стандартом POSIX 1003.2, тогда как другие могут различаться в разных версиях системы UNIX. К этим программам относятся командный про­цессор (оболочка), компиляторы, редакторы, программы обработки текста и утили­ты для работы с файлами.

  У многих версий системы UNIX имеется графический интерфейс пользователя, схожий с популярными интерфейсами, примененными на компьютере Macintosh и впоследствии в системе Windows. Однако истинные программисты до сих пор предпочитают интерфейс командной строки, называемый оболочкой (shell). По­добный интерфейс значительно быстрее в использовании, существенно мощнее и проще расширяется. Ниже будет кратко описана так называемая оболочка Бурна (sh).

  Когда оболочка запускается, она инициализируется, а затем печатает на экране символ приглашения к вводу (обычно это знак доллара или процента) и ждет, ког­да пользователь введет командную строку. После того как пользователь введет командную строку, оболочка извлекает из нее первое слово и ищет файл с таким именем. Если такой файл удается найти, оболочка запускает его. При этом работа оболочки приостанавливается на время работы запущенной программы. По завершении работы программы оболочка снова печатает приглашение и ждет ввода следующей строки. Здесь важно под­черкнуть, что оболочка представляет собой обычную пользовательскую програм­му. Все, что ей нужно, – это способность ввода с терминала и вывода на терминал, а также возможность запускать другие программы.

У команд оболочки могут быть аргументы, которые передаются запускаемой программе в виде текстовых строк. Не все аргументы обязательно должны быть именами файлов. Аргументы, управляющие работой команды или указывающие дополнительные значения, называются флагами или клю­чами и по соглашению обозначаются знаком тире.

  Программа вроде оболочки не должна открывать терминал, чтобы прочитать с него или вывести на него строку. Вместо этого запускаемые программы автома­тически получают доступ к файлу, называемому стандартным устройством вво­да (standard input), и к файлу, называемому стандартным устройством вывода (standard output), а также к файлу, называемому стандартным уст­ройство для вывода сообщений об ошибках (standard error). По умолчанию всем трем устрой­ствам соответствует терминал, то есть клавиатура для ввода и экран для вывода. Многие программы в системе UNIX читают данные со стандартного устройства ввода и пишут на стандартное устройство вывода. Стандартные ввод и вывод также можно перенаправить, что является очень полезным свойством. Для этого используются символы «<» и «>» соответственно. Разрешается их одновременное использование в одной командной строке. Программа, считывающая данные со стандартного устройства ввода, выполняющая определенную обработку этих данных и записывающая результат в поток стандартного вывода, называется фильтром.

  В системе UNIX часто используются командные строки, в которых первая про­грамма в командной строке формирует вывод, используемый второй программой в качестве входа. Система UNIX предоставляет более простой способ реализации этого механизма, который заключается в использовании вертикальной черты, называемой символом канала. Набор команд, соединенных симво­лом канала, называется конвейером и может содержать произвольное количество команд.

  UNIX является универсальной многозадачной системой. Один пользователь может одновременно запустить несколько программ, каждую в виде отдельного процесса. Конвейеры также могут выполняться в фоновом режиме. Можно одновременно запустить несколько фоновых конвейеров.

  Список команд оболочки может быть помещен в файл, а затем этот файл с ко­мандами может быть выполнен, для чего нужно запустить оболочку с этим фай­лом в качестве входного аргумента. Вторая программа оболочки просто выполнит перечисленные в этом файле команды одну за другой, точно так же, как если бы эти команды вводились с клавиатуры. Файлы, содержащие команды оболочки, называются сценариями оболочки. Сценарии оболочки могут присваивать значе­ния переменным оболочки и затем считывать их. Они также могут запускаться с параметрами. Таким образом, сценарии оболочки представляют собой настоящие программы, написан­ные на языке оболочки. Существует альтернативная оболочка Berkley С, разра­ботанная таким образом, чтобы сценарии оболочки (и команды языка вообще) выглядели во многих аспектах подобно программам на языке С. Поскольку оболочка представляет собой всего лишь еще одну пользовательскую программу, к настоящему времени на­писано множество различных ее версий.

  Пользовательский интерфейс UNIX состоит не только из оболочки, но также из большого числа стандартных обслуживающих программ, называемых также утили­тами. К ним относятся команды управления файлами и каталогами, фильтры, средства разработки программ (такие как текстовые редакторы и компи­ляторы), текстовые процессоры, программы системного администрирования и другие программы. Стандарт POSIX 1003.2 определяет синтаксис и семантику менее 100 из этих программ, в основном относящихся к первым трем категориям. Идея стандарти­зации данных программ заключается в том, чтобы можно было писать сценарии оболочки, которые работали бы на всех системах UNIX. Помимо этих стандарт­ных утилит, существует множество других прикладных программ, таких как web-браузеры, программы просмотра изображений и т. д.