Εργαστήριο Λειτουργικών Συστημάτων Εισαγωγή
Εισαγωγικά Ο ςκοπο σ του μακιματοσ: Εξοικει ωςθ με τθ χριςθ λειτουργικϊν ςυςτθμάτων τφπου UNIX Επαφι με τον προγραμματιςμο των ςυςτθμάτων Εξοικει ωςθ με τον πυρινα του λειτουργικοφ ςυςτιματοσ Μελζτθ οριςμζνων χαρακτθριςτικϊν μθχανιςμϊν Μελζτη του πθγαι ου κϊδικα του πυρινα του λειτουργικοφ Ραρζμβαςθ, μετατροπι, προςκικη ςυγκεκριμζνων λειτουργιϊν ςτο λειτουργικο ςφςτθμα Το μάκθμα θα βαςιςτει ςτο λειτουργικο ςφςτημα ανοικτοφ κϊδικα MINIX version 3.0 Το μάκθμα θα διεξαχκει ςε δφο άξονεσ Ραραδο ςεισ Διαλζξεισ Αςκιςεισ 2
Διαδικαστικά Ραραδο ςεισ ιαλζξεισ 3 ϊρεσ τθν εβδομάδα Ραραςκευι 11:00-14:00, ΑΡ7 4 κεματικζσ ενο τθτεσ Αντι ςτοιχα με τα κζματα που καλφφκθκαν ςτο προθγοφμενο εξάμθνο Αςκιςεισ 4 αςκιςεισ Βακμολογι α 100% απο τισ αςκιςεισ 3
Ασκήσεις - Εξέταση Αςκιςεισ Ομαδικζσ (1-3 άτομα) Συνολικά 4 μικρζσ αςκιςεισ Κϊδικασ Εξζταςθ εν κα υπάρχει εξζταςθ Βακμο σ 100% απο αςκιςεισ Κακυςτζρθςθ ςτθν παράδοςθ = 10% μει ωςθ βακμοφ (ανά μζρα κακυςτζρθςθσ) Δεν υπάρχει «επαναλθπτικο» διαγϊνιςμα Σεπτεμβρι ου!! Αντιγραφι ςε μία άςκθςθ = μθδενιςμο σ ςτο μάκθμα 4
Για απορίες Μζςω e-mail: spyros+os@ceid.upatras.gr Μζςω forum του μακιματοσ ςτο my.ceid.upatras.gr 5
Ύλη Μαθήματος Λειτουργικο Σφςτθμα MINIX 3 Ρεριβάλλον προγραμματιςμοφ ιεργαςι εσ ιαχει ριςη ιεργαςιϊν Επικοινωνι α ιεργαςιϊν ιαχει ριςη Μνιμθσ Συςτιματα Αρχει ων ιαχει ριςη Αρχει ων Μονάδεσ Ειςο δου - Εξο δου Device Drivers 6
Βιβλιογραφιά Βιβλι α B.Kernighan, R.Pike: Το περιβάλλον Ρρογραμματιςμοφ UNIX A.Tanenbaum: Σφγχρονα Λειτουργικά Συςτιματα" A.Tanenbaum, A.Woodhull: Operating Systems Design and Implementation, 3rd Edition" Ρανεπιςτθμιακζσ Σθμειϊςεισ Π.Τριανταφφλλου: «Εργαςτιριο Λειτουργικϊν Συςτθμάτων» ιαδι κτυο Ιςτοςελι δα Λειτουργικοφ Συςτιματοσ MINIX 3 7
Ιστοσελι δα και Ανακοινω σεις Η ιςτοςελι δα του μακιματοσ ςφντομα θα ανανεωκει Θα περιζχει: ιαφάνειεσ των διαλζξεων Συμπλθρωματικζσ ςθμειϊςεισ Το υλικο των αςκιςεων Υλικο απο προθγοφμενα ζτθ Πλεσ οι ανακοινϊςεισ θα γι νονται ςτο forum του μακιματοσ ςτο my.ceid.upatras.gr 8
Σύνοψη 1ης ιάλεξης Θζματα Μακιματοσ Γενικά ιαδικαςι α Υλικο Λειτουργικο Σφςτθμα MINIX 3 Ειςαγωγι Εγκατάςταςθ Βαςικζσ Εντολζσ Κονςο λασ Σφνοψθ Μακιματοσ Σφνοψθ Μακιματοσ Βιβλιογραφι α Επο μενθ ιάλεξθ 9
Γενικά Χαρακτηριστικά Στο χοι ςχεδιαςμοφ Αξιοπιςτι α Ευελιξι α Αςφάλεια Λογιςμικο Ανοιχτοφ Κϊδικα Ο κϊδικασ για τισ λειτουργι εσ του ςυςτιματοσ και ο λεσ τισ εντολζσ και εργαλει α προςφζρεται ελεφθερα μαηι με τθν εγκατάςταςθ των εκτελζςιμων Απευκφνεται ςε Ενςωματωμζνα ςυςτιματα Συςτιματα υψθλισ αξιοπιςτι ασ Συςτιματα μικροφ κο ςτουσ (π.χ., OLPC) Συςτιματα ο που θ άδεια GPL ει ναι ιδιαι τερα περιοριςτικι Εκπαι δευςθ 10
Χαρακτηριστικά Συστήματος Minimal Unix = MINIX Ακολουκει το μοντζλο microkernel Ο πυρινασ αποτελει ται απο 4,000 γραμμζσ κϊδικα Συνολικά ει ναι ζνα ΛΣ μικροφ μεγζκουσ με περι που 25,000 γραμμζσ κϊδικα Σφγκριςθ: Ρο ςεσ γραμμζσ κϊδικα ζχει ο πυρινασ του Linux;;;; 11
12
Χαρακτηριστικά Συστήματος Οι λειτουργι εσ του ςυςτιματοσ ει ναι χωριςμζνεσ ςε modules τρζχουν ςε user mode επικοινωνοφν με τον πυρινα μζςω μθνυμάτων αν πάει κάτι λάκοσ απλά γι νεται επανεκκι νηςη του ςυγκεκριμζνου module Ει ναι ςυμβατο με POSIX (Portable OS Interface) Υποςτθρι ηει ο λεσ τισ γνωςτζσ γλϊςςεσ προγραμματιςμοφ Ρροςφζρει περιβάλλον εργαςι ασ X Windows 13
Ιστορική Αναδρομή Η πρϊτη ζκδοςη εμφανι ςτηκε το 1987 περι που 12000 γραμμζσ κϊδικα Το πρϊτο λειτουργικο ελεφθερου κϊδικα βαςιςμζνο ςτο UNIX Version 7 Ρολλά πανεπιςτιμια δθμιοφργηςαν Εργαςτιρια Λειτουργικϊν Ενασ απο τουσ βαςικοφσ ςτο χουσ ιταν ο εκπαιδευτικο σ χαρακτιρασ Στο χευε ςε ςυςτιματα 8088 με 256k μνιμη, χωρι σ ςκλθρο δι ςκο απλά με διςκζτα Η δεφτερη ζκδοςη εμφανι ςτθκε το 1997 Ζγινε ςυμβατο με POSIX (IEEE 1003.1, ISO 9945-1) Επζκταςθ προσ ςυςτιματα 32-bit Υποςτιριξθ ςκλθροφ δι ςκου και μεγαλφτερθσ μνιμθσ Υποςτιριξθ TCP/IP 14
Minix 3 Ανακοινϊθηκε τον Οκτϊβριο του 2005 ACM Symposium on Operating Systems Principles (SOSP 2005) Βαςι ηεται ςτην παρατιρηςη ο τι τα Λ.Σ. ζχουν διογκωκει, ει ναι αργά και αναξιο πιςτα Συνιθωσ ο λο το Λ.Σ. ει ναι γραμμζνο ςε C++ μεταγλωττιςμζνο ςε ζνα εκτελζςιμο που τρζχει μζςα ςτον πυρινα Ζνα bug ςε μι α απο τισ εκατομμφρια γραμμζσ ει ναι ικανο να οδθγιςει το ςφςτθμα ςε κατάρρευςθ Το να διορκϊςεισ ο λα τα bugs ει ναι αδφνατο ο ςον χρο νο και αν διακζςεισ Ζρευνα ζδειξε ο τι: Εντοπι ηονται 6 16 bugs ανά 1000 γραμμζσ κϊδικα!! Χϊρια τα bugs που δεν εντοπι ηονται! Μετά απο τισ δζκα πρϊτεσ εκδο ςεισ, το 6% των αρχει ων του κϊδικα εξακολουκοφν να περιζχουν bugs 15
Minix 3 Ζρευνεσ ςε ςτακερζσ εκδο ςεισ Linux και OpenBSD εντο πιςαν εκατοντάδεσ bugs ςτον πυρινα και κυρι ωσ ςτουσ drivers Συνικωσ το 70% του κϊδικα αφορά I/O devices και τουσ αντι ςτοιχουσ drivers υλοποιθμζνα απο τρι τουσ Για αυτο ν τον λο γο, ςτο Minix οι drivers ει ναι ζξω απο τον πυρινα Ζνασ ειδικο σ δαι μονασ παρακολουκει τθν κατάςταςθ των οδθγϊν και τουσ επανεκκινει εάν διαπιςτϊςει ο τι υπάρχει κάποιο προ βλθμα Υλοποιει τεχνικζσ αυτο -ι αςθσ (self-healing) ι αλλιϊσ τεχνικζσ αυτο -ςτακεροποι ηςησ (self-stabilization) -- για τισ οποι εσ μι λθςε για πρϊτθ φορά ο Dijkstra περι που το 1960 16
Linus Benedict Torvalds Κατά τθ διάρκεια των ςπουδϊν του εγκατζςτθςε το Minix 1.5 άρχιςε τουσ πειραματιςμοφσ μελετϊντασ τον κϊδικα Ραρατιρθςε ο τι κάποια βαςικά χαρακτθριςτικά απουςι αηαν Άρχιςε να υλοποιει τα προγράμματα... ιαπι ςτωςε ο τι χρειαηο ταν διαφορετικο ν οδθγο για το τερματικο του, οπο τε άρχιςε να τον υλοποιει... Μετά αποφάςιςε ο τι χρειάηεται να ςϊςει τα μθνφματα τησ ςυηιτθςθσ για το MINIX ςτο USENIX... Οπο τε άρχιςε να γράφει ζναν οδθγο για τον ςκλθρο του δι ςκο Στθν ςυνζχεια υλοποι ηςε ζνα απλο ςφςτθμα αρχει ων Τον Αφγουςτο του 1991 δθμιοφργηςε την πρϊτη ζκδοςη του πυρινα του LINUX Το ανακοι νωςε ςτο USENIX και με τθν ςυνδρομι άλλων προγραμματιςτϊν η πρϊτη ζκδοςη του LINUX ανακοινϊκθκε τον Μάρτιο του 1994 17
MINIX vs. LINUX Το Linux ει ναι ζνα μονολικικο ςφςτθμα Καμι α δομι ο ςον αφορά τθν οργάνωςθ των λειτουργιϊν Ο Tanenbaum ιςχυρι ςτηκε ο τι τα ςυςτιματα μικροπυρινα ει ναι ανϊτερα απο τα μονολικικά... το Linux βαςι ζεται ςε παρωχθμζνεσ τεχνολογι εσ το να προγραμματι ηεισ ζναν μονολικικο πυρινα το 1991 ει ναι a giant step back into the 1970s Το MINIX ςχεδιάςτθκε κυρι ωσ για εκπαιδευτικο ςκοπο Οφει λει να χρθςιμοποιει καλά ςχολιαςμζνο κϊδικα Reference implementation Ρροςφζρει τα κεμζλια τισ αποδεκτζσ αρχζσ τησ ερευνθτικισ περιοχισ Το LINUX δεν ζχει τζτοιου ει δουσ ςτο χουσ Ρρζπει να ει ναι ζνα πραγματικο λειτουργικο ςφςτθμα Να βαςι ζεται ςε ςυγκεκριμζνεσ τεχνολογι εσ και αρχιτεκτονικζσ 18
Ελάχιστες Απαιτήσεις Αρχιτεκτονικι IA-32 (386, 486, Pentium or compatible) 16MB μνιμθ CDROM ι USB -- χριςη ζκδοςθσ LiveCD Αν κζλετε να το εγκαταςτιςετε ςτον ςκλθρο το τε απαιτει 50MB RAM Για την χριςθ του περιβάλλοντοσ X Windows -- χρειάηεται 256MB RAM Για τθν εγκατάςταςθ ο λου του κϊδικα (εφαρμογζσ κλπ) χρειάηεται 600MB ςτον δι ςκο 19
Εγκατάσταση: Εύκολη Λύση Καμι α αλλαγι ςτον ςκλθρο δι ςκο Χριςθ του LiveCD Κατζβαςμα του image (.iso) απο την ιςτοςελι δα του ςυςτιματοσ -- www.minix3.org θμιουργι α ενο σ bootable CD-ROM Επανεκκι νθςθ του ςυςτιματοσ με την χριςθ του CD-ROM Χριςθ USB Memory Stick Κατζβαςμα του usb_image (.zip) απο την ιςτοςελι δα του ςυςτιματοσ -- www.minix3.org Τοποκζτθςθ αρχει ων ςτο USB Memory Stick Επανεκκι νθςθ του ςυςτιματοσ με τθ χριςθ του USB Memory Stick Sector by sector copy του.iso ςτο USB (π.χ., YUMI, XBOOT κτλ.) Επιλζγουμε ρυκμι ςεισ regular Κάντε login ωσ root (δεν χρειάηεται password) 20
Εγκατάσταση: Πολύ Εύκολη Λύση Με την προθγοφμενη λφςη δεν μποροφμε να κάνουμε αλλαγζσ ςτο ςφςτθμα Καμι α αλλαγι ςτον ςκλθρο δι ςκο / λειτουργικο ςφςτθμα Ριο εξυπθρετικι θ χριςθ ενο σ εξομοιωτι VirtualBox VMWare Player -- www.vmware.com QEMU -- www.qemu.org Bochs -- bochs.sourceforge.net Virtual PC Ραράδειγμα: http://wiki.minix3.org/en/usersguide/runningminixonvmware 21
Πλήρης Εγκατάσταση Με την προθγοφμενη λφςη μπορει το ςφςτθμα να λειτουργει ςχετικά αργά (εξαρτάται απο το υλικο ) Απαιτει αλλαγζσ ςτον ςκλθρο δι ςκο Εκτο σ αν μποροφμε να αφιερϊςουμε ζναν άλλο δι ςκο μο νο για το MINIX Χρειαηο μαςτε ζνα partition το πολφ 1 GB Υπάρχουν προγράμματα που μποροφν να αλλάξουν το μζγεθοσ ενο σ partition χωρι σ να το ςβιςουν θμιουργιςτε αντι γραφα αςφαλει ασ (backup) Ξεκινιςτε το ςφςτημα με το LiveCD (ι USB) Επιλζγουμε ρυκμι ςεισ regular Κάντε login ωσ root (δεν χρειάηεται password) Εκτελζςτε την εντολι setup 22
Ξεκινώντας ένα Session Για να ξεκινιςουμε, αρχικά κάνουμε login Μο λισ ξεκινιςει το ςφςτημα εμφανι ζεται το μινυμα login Σε άλλα ςυςτιματα το περιβάλλον ει ναι πιο φιλικο (π.χ., πλοφςια γραφικά) Ειςάγοντασ ςωςτο login/password ξεκινάει ζνα νζο session Μια νζα κονςο λα δθμιουργει ται Ενα πολφ βαςικο περιβάλλον εκτζλεςησ εντολϊν Το # ει ναι το prompt Στο prompt γράφουμε το ο νομα τθσ εντολισ και πατάμε Return Ρατϊντασ απλά Return εμφανι ηεται μια νζα γραμμι 23
Χειρισμός λαθών Αν γράψουμε μια εντολι λάκοσ, εμφανι ζεται ζνα μινυμα λάκουσ Το μινυμα λάκουσ λζει ο τι το αρχει ο ι ο φάκελοσ δεν βρζθηκε Το ςφςτημα κεωρει ο τι και οι εντολζσ ειναι αρχει α... Με τα κουμπιά μποροφμε να ανατρζξουμε ςε προθγοφμενεσ εντολζσ Με τα κουμπιά μποροφμε να επεξεργαςτοφμε την τρζχουςα γραμμι 24
Τερματισμός εντολών Για να διακο ψουμε την εκτζλεςη μιασ εντολισ χρθςιμοποιοφμε το ctrl-c Για να παγϊςουμε την ζξοδο μιασ εντολισ χρθςιμοποιοφμε το ctrl-s Για να ξεπαγϊςουμε την ζξοδο χρθςιμοποιοφμε το ctrl-q Ρροςοχι με αυτο ν τον τρο πο μο νο η ζξοδοσ παγϊνει, ο χι η εκτζλεςθ Για να κλει ςουμε την κονςο λα να ολοκλθρϊςουμε το session χρθςιμοποιοφμε το ctrl-d Ρατάμε ςυνεχο μενεσ φορζσ το ctrl-d Τερματι ηουν ο λα τα προγράμματα που τρζχουν και ςτο τζλοσ εμφανι ηεται πάλι η αρχικι οκο νθ login Αυτο σ ει ναι ο μοναδικο σ ςωςτο σ τρο ποσ για να κλει νουμε ζνα session 25
Επικοινωνία με άλλους χειριστές Με την εντολι write μποροφμε να ςτει λουμε ζνα μινυμα ςε μια άλλη κονςο λα Αποστολη μηνυ ματος # write george hello there ˆD EOT Παραλαβη μηνυ ματος Message from root (ttyc1) Sat Apr 21 17:09:17 2007.. hello there EOT 26
Οδηγίες Προγραμματισμού UNIX Με την εντολι man μποροφμε να προςπελάςουμε τισ ςελι δεσ βοικειασ Υπάρχουν διάφορεσ κατθγορι εσ ςελι δων Εντολζσ Χειριςτϊν -- ls, cp, grep Κλιςεισ Συςτιματοσ -- fork, exit ουτι νεσ Βιβλιοκθκϊν Αρχει α Συςκευϊν Ε/Ε Τφποι/Κωδικοποιιςεισ Αρχει ων Ραιχνι δια ιάφορα Εντολζσ ιαχειριςτι Συςτιματοσ Εγγραφα περιςςο τερεσ πλθροφορι εσ για τισ οριςμζνεσ ςελι δεσ που ανικουν ςτισ παραπάνω κατθγορι εσ Για να προςδιορι ςουμε ςε ποια κατθγορι α αναφερο μαςτε: man [category] [topic] 27
#man fork 28
Εγκατάσταση προγρ. στο MINIX Εντολι packman (<3.1.7) Απαιτει το LiveCD ι να ζχουμε προ ςβαςη ςτο ιαδι κτυο Μπορει να εγκαταςτιςει και τον πθγαι ο κϊδικα Αντικαταςτάκθκε απο το pkgin / pkgsrc 29
Σύνοψη 1ης ιάλεξης Θζματα Μακιματοσ Γενικά ιαδικαςι α Υλικο Λειτουργικο Σφςτθμα MINIX 3 Ειςαγωγι Εγκατάςταςθ Βαςικζσ Εντολζσ Κονςο λασ 30
Συ νοψη Μαθη ματος ιαδικαςι α Μακιματοσ Συνοπτικι παρουςι αςθ των Σθτθμάτων και προβλθμάτων που θα μελετθκοφν Σφντομη παρουςι αςθ του MINIX 3 Θζματα εγκατάςταςθσ MINIX 3 Ρεριβάλλον MINIX Ειςαγωγι ςτισ γενικζσ ζννοιεσ τησ κονςο λασ 31
Βιβλιογραφιά Βιβλι ο Σφγχρονα Λειτουργικά Συςτιματα" (A.Tanenbaum) Κεφάλαιο 1: Ειςαγωγι Κεφάλαιο 10: Μελζτη Ρερι πτωςθσ 1 Unix και Linux Βιβλι ο Το περιβάλλον Ρρογραμματιςμοφ UNIX (B.Kernighan, R.Pike) Κεφάλαιο 1: Ειςαγωγι Βιβλι ο Operating Systems: Design and Implementation" (A.Tanenbaum, A.Woodhull) Κεφάλαιο 1: Introduction Appendix A: Installing MINIX 3 Ρανεπιςτθμιακζσ Σθμειϊςεισ (Π.Τριανταφφλλου) Κεφάλαιο 1: Ειςαγωγι ςε Λειτουργικά Συςτιματα 32