LecturesCMC/GnuLinuxArchitecture2012/CoursePlan/Tmp

Сводный план курса «Архитектура операционных систем GNU/Linux»

Linux как инструмент решения задач. Архитектура «цветочек»

• Программное решение пользовательских задач. «Набор решений» vs. «набор инструментов»
• POSIX как инструментарий: программное и инструментальной окружение, командная строка и сценарии, файлы и процессы
• Решение задач переработки информации в стиле «чёрный ящик» (ввод → переработка → вывод)
• Архитектура GNU/Linux системы с точки зрения пользователя. Инструментальное окружение Linux.
• Влияние свободного лицензирования и открытой разработки на Linux как ни инструмент решения задач

• Из чего состоит POSIX?
• Чего не хватает «чистому» POSIX-инструментарию

Файловая система. Монтирование. chroot. Инструменты для работы с ФС

• FHS. Выделение каталогов и файловых систем сообразно использованию.
• ФС, поддерживаемые в Linux. Отчего их так много?
• Виртуальные ФС: /proc, /sys, tmpfs, aufs, …
• ФС как пространство имён системных объектов

• Команды работы с файлами и каталогами ФС

Файловая система. Индексные дескрипторы. Концепция «текст + файл»

• Достоинста и недостатки концепции «текст+файл» (к прошлой лекции )

• Типичная архитектура UNIX-подобной ФС («с inode-ами» )

• «Классические» недостатки ФС: фрагментация, единая точка уязвимости, излишний объём метаданных vs. хранение маленьких файлов, медленная работа vs. ненадёжность при сбоях. Борьба с этими недостатками в ФС Ext3.
• Недостатки и legacy «классических» ФС. BTRFS и ZFS.

• Преимущества Ext4 перед Ext3
• Команды работы с файловыми системами (создапие, проверка, настройка и т. п.)

Регулярные выражения

• Для чего нужно регулярное выражение?
• Синтаксис базового и расширенного РВ
• Алгоритм сопоставления подстроки РВ по правилу «самый первый самый длинный» (с возвратом к предыдущему состоянию при неудачной гипотезе)
• Утилиты, использующие РВ. Использование sed
• Роль РВ в концепции «текст+файл»

• PCRE-подобные РВ: достоинства и недостатки

• (это если кому интересно) Реализация РВ с помощью детерминированных конечных автоматов

Обработка нетекстовой информации

• Нетекстовые данные и принцип «текст+файл»
  • Перевод в текстовое представление и обработка
  • Значащие имена файлов
• Принцип «чёрного ящика» и интерактивность. Диалоговые библиотеки для использования в sh.
• Пакетные обработчики определённых нетекстовых форматов

• Примеры использования значащих имён файлов и перевода в текстовое представление при обработке нетекстовой информации в sh

Vi и Vim

• Задачи интерактивной обработки структурированных текстов
• Vi. Три режима работы: командный, вставки, командной строки и (Vim:) визуальный
• Vi. Команды перемещения
• Vi. Гнездовые команды
• Vi. Командная строка и (Vim:) работа с окнами
• Vi. Карманы.

• Основные отличия Vi от Vim
• Vi. Настройки :set

• Vi. Теги и (Vim:) работа с подсистемой помощи

• Vi: Подсветка синтаксиса; :make и :grep, разное

• Vim: Поддержка цикла разработки: :make и :grep

Собственные наработки по vim

• .vimrc
• файлы, используемые в .vimrc (каталог .vim)
  • map
  • set
  • colors/george.vim

Shell: язык программирования и оболочка

• Основные элементы ЯП и их особенности в shell
  • Переменные
  • Условные операторы
  • Цикл
  • Функции
  • …
• Возможности по интеграции утилит. Принцип «чёрного ящика».
• Понятие «сценарий» в Linux
• Недостатки «чёрного ящика» и классы задач, для решения которых этот принцип неудобен

• Что -такое «bash-измы»? Зачем нужно/не нужно?

Собственные наработки

• Сборник собственноручно изготовленных велосипедов (по большей части на shell)
• Библиотека деталей для изготовления велосипедов на shell

Shell: интерпретатор командной строки и … оболочка. Zsh, Bash и т. п.

• Шаблоны и генерация имён файлов
• Терминалы, termcap / terminfo
• Редактирование командной строки «из коробки» и «удобное»
• История. Что делать с историей нескольких одновременных сеансов?
• Сокращения (aliases) vs. сценарии
• Достраивание
• Настроечные файлы sh (bash? zsh?)

• Настройка современного sh (bash, zsh, …) для комфортного использования

• Программируемое достраивание

Собственные наработки (zsh)

• .zlogin
• .zloginout
• .zlogout
• .zprofile
• .zsh_aliases
• .zsh_bind
• .zshenv
• .zshrc

Взаимодействие процессов: каналы, сигналы и IPC. Группы процессов

• Задачи межпроцессного взаимодействия в концепции «чёрный ящик».
• Поддержка «классического» IPC в Linux. Какие виды IPC используются часто, а какие редко и почему?
• Сигналы. Обработка сигналов в sh.
• Сокеты. Достоинства и недостатки использования сокетов для IPC.
• CGROUPS как инструмент управления процессами

• Достоинства и недостатки введения стандарта на обмен типизированными межпроцессными сообщениями (на примере dbus)

Ядро и модули

• Чем заниматся ядро ОС и зачем ему модули?
• Что такое «стартовый виртуальный диск» (initrd), и что он содержит
• Подгрузка и выгрузка модулей. Зависимость модулей.
• Расположение ядра, initrd и модулей в файловой системе
• Параметры ядра (/proc/cmdline) и модулей; «безопасный» режим загрузки
• Управление загрузкой модулей: udev, чёрные списки, параметры по умолчанию, загрузка при старте
• /proc и sysctl

• Как обеспечивается выбор ядра при загрузке системы?
• Примеры использования sysctl в повседневности

Загрузка системы

• Досистемная загрузка, её влияние на последующую загрузку системы
• «Классический» init (sysV init)
  • /etc/inittab
  • /etc/rc.d: rc.sysonit, /etc/rc
  • Старт-стопные сценарии /etc/[rc.d/]init.d/*, аз
  • Уровни выполнения; старт-стопные сценарии в /etc/[rc.d/]rc#.d/: K##- и S##- ссылки и порядок запуска/останова служб
• Утилита chkconfig, зачем нужна. Поддержка chkconfig в старт-стопных сценариях
• Расширеня sysV init и chkconfig: зависимости между службами, параллельный запуск независимых служб и т. п.
• Возможности SystemD и для чего они нужны

• Структура /etc/inittab
• Возможности xinetd

Виртуализация и изоляция

• Размещение компонентов решения пользовательской задачи в изолированных окружениях: достоинства и недостатки
• Средства полной эмуляции и их применение
  • воспроизводящие аппаратные особенности платформы
  • достаточные для запуска ПО и ОС
• Средства паравиртуализации и их применение:
  • С отказом от эмуляции процесса
  • С отказом от виртуализации некоторых периферийных устройств
  • Какие виртуальные внешние устройства всё ещё необходимы?
• Средства полной изоляции с частичной виртуализацией и их применение:
  • Недостатки и преимущества изоляции в сравнении с паравиртуализацией
  • Какие виртуальные внешние устройства всё ещё необходимы?
• Средства частичной изоляции
• Гипервизоры
• Подсистемы запуска «неродных» исполняемых программ (например. Wine)

• Возможности cgroups