OPERÁCIÓS RENDSZEREK Felületek a kernelhez: a burok és az API
Az OS kernel felületei • A programozók felülete: – Alkalmazásokból és rendszer processzekből rendszerhívások (system call) és eseménykezelők: alkalmazás-programozási felület (Application Programming Interface, API) – Hardverből: megszakítás, hiba
• A felhasználók felülete: – Parancsnyelvi vagy grafikus kezelő felület (burok, GUI) – Segédprogramok készlete – (Ezen processzek programjaiban API hívások vannak. Valójában azok az igazi felületek a kernelhez.) Vadász
2
A rendszerhívások • System call: a programozónak ez futásideji könyvtár (Run Time Library, RTL) rutin hívás tűnik – Rövid (a tényleges szolgáltató instrukció folyam nem itt van). Csonk: stub. – Benne egy kis swapper (kicsomagoló) rész (az argumentumok kezeléséhez), továbbá – ellenőrzött módváltó instrukciófolyam, továbbá – „call jellegű belépés” a kernel diszpécserébe. – Visszatérési része is van.
• A különböző nyelvi fejlesztőkhöz kellenek a különböző RTL-ek. Vadász
3
1
Szabványos API felületek • A forrás szinten való átvihetőséget (portabilitás) biztosítják • Az SVID és/vagy BSD klasszikus API • A (korábbi Spec-1170) Unix-98 specifikációnak megfelelő API (SVID, BSD és POSIX szabványú rendszerhívások) – Ugyanabban a programban ne „keverjük”
Vadász
4
A rendszerhívások szintaxisa • RTL rutinoknak látszanak • Információ átadás a paraméterekkel és a visszatérési értékkel is (veremtár, regiszter) • Pl count=read(file_d, buffer, nbytes); • Módváltással járnak (trap) • Vannak rendszerhívás osztályok (ez is struikturálhat) Vadász
5
Rendszerhívás osztályok • • • • • • • •
Processz menedzsment create, terminate process load, execute end, abort get, set process attributes wait for time, sleep wait for event, signal event send & receive messages allocate free memories
• • • •
• • • •
Informálódó, beállító • get, set time, date etc.
Vadász
Fájlok, jegyzékek create, delete files open, close files read, write, reposition get, set file attributes Eszköz manipulációk request, release devices read, write, reposition get, set device attributes logically attach, detach devices 6
2
A rendszerhívás osztályokhoz • A nevek nem valódi hívás nevek, csak jelzések: ilyen hívások kellenek … • A későbbiekben az egyes OS részrendszerekhez konkrét hívásokat veszünk majd – Pl. egyes a processz kontroll hívásokat, IPC hívásokat …
Vadász
7
A kezelő felületek • Ismételjük át és bővítsük az sh/bash burokról a tudnivalókat! • Veszünk néhány segédprogramot (szűrőket), a félév végén rendszermenedzseri segédprogramokat
Vadász
8
A burok (sh) kifejezés kettős értelme • A burok egyrészt parancsértelmező processz, • másrészt egy programnyelv. • Mint processz: a /bin/sh betölthető, futtatható program egy futási példánya • Mint programnyelv: egy szövegfájl, ami parancsokat (esetleg beleértett input sorokat) tartalmaz, és odaadható a burok processznek, hogy futtassa …
Vadász
9
3
A burok processz • Önálló entitás, azonosítója a pid (process identification number) • A /bin/sh (vagy /bin/bash) program fut benne • Van 3 nyitott adatfolyama – A 0 leírójú stdin (szabványos bemenet), ahonnan a parancsokat, csöveket, parancslistákat olvassa. – Az 1 leírójú stdout (szabványos kimenet), ahová az eredményeit írja. – A 2 leírójú stderr (szabványos hibakimenet), ahová a hibaüzeneteit írja.
• A nyitott adatfolyamok „szokásos módon” eszközökhöz vannak kapcsolva Vadász
10
A burok processz működése • Az stdout csatornájára kiírja a készenlét jelet (prompt), jelezve, hogy parancsot, csövet, parancslistát vár • Az stdin csatornáján parancsot, csövet, parancslistát olvas be, – Azt elemzi, értelmezi, – átalakítja, majd végrehajtja, vagy végrehajtatja.
• A végrehajtás eredményét az stdout, ill. stderr csatornára írja, végül visszatérési értéket produkál.
Vadász
11
A visszatérési érték • Lehet normális (0), • lehet nem normális (nem 0), ennek oka többféle – valami hiba van, – nincs hiba, de szemantikailag van gond. (Pl. grep szűrő nem talál minta-egyezést, vagy test parancs tesztelése nem igaz.)
• A visszatérési értéket a programvezérlésben használhatjuk majd.
Vadász
12
Parancs, cső, lista …
4
A parancs fogalma • Fehér karakterekkel határolt szavak sora, ahol – az első szó – többi szó
a parancs neve, az argumentumok.
• Az sh beolvassa, értelmezi, átalakítja, végrehajtja – saját maga (belső p.), – végrehajtatja gyermek processzben (külső p.)
• A belső parancsokhoz tartozó szolgáltatások kódját beprogramozták a /bin/sh programba.
Vadász
13
Parancs, cső, lista …
A csővezeték fogalma • A csővezeték (pipe) parancsok sora | operátorral összekötve: • parancsbal | parancsjobb • Szemantikája: végrehajtódik a parancsbal, szabványos kimenete egy csatornába íródik, majd végrehajtódik a parancsjobb, aminek szabványos bemenete erre a csatornára képződik. • A cső visszatérési értéke: a parancsjobb visszatérési értéke. • A parancs degenerált cső. Példa: > ypcat passwd | grep kovacs Vadász
14
Parancs, cső, lista …
A parancslista • Csővezetékek sora listaoperátorral összekötve: csőbal op csőjobb Listaoperátorok: && || # magasabb precedencia, de alacsonyabb mint a | & ; \n # alacsonyabb precedencia A szemantika: ; \n soros végrehajtása a csöveknek & aszinkron végrehajtás (csőbal háttérben) && folytatja a listát, ha csőbal normális visszatérésű || folytatja a listát, ha a csőbal nem normál visszatérésű Vadász
15
Parancs, cső, lista …
5
Parancslisták • A lista visszatérési értéke az utolsó cső visszatérési értéke. • Háttérben futó cső visszatérési értéke különlegesen kezelhető. • A cső degenerált lista (ahol ezentúl listát írunk, írhatunk csövet, sőt parancsot is!) • A && és || operátoros listáknál először láthatjuk a visszatérési érték értelmét! Valóban a vezérlés menetét befolyásoljuk!
Vadász
16
Parancs, cső, lista …
A cső, parancslista zárójelezés • A zárójelezés (csoportosítás) oka kettős: – operátorok precedenciáját akarjuk átértékelni, – processz szeparálást akarunk elérni.
• Szintaxis ( lista )
{ lista }
• Szemantika ( ) zárójelezéssel a lista mindenképp szeparált processzben fut. Precedencia átértékelés is lehet. { } zárójelezéssel nem fut feltétlenül szeparált processzben. FIGYELEM! A zárójelek itt szavak! Nem metakarakterek! Vadász
17
Parancs, cső, lista …
Parancsvégrehajtás • Általában az sh készít új processzt a parancs számára, ebbe betölti a parancsot, átadja az argumentumokat neki (szkriptek, exe-ék; PATH szerinti kereséssel). • Ha nincs ( ) zárójelezés, sem átirányítás, nem készül új processz a – belső parancsoknak (melyek ezek?), – vezérlő parancsoknak, – sh makróknak (definiált függvények).
• Ha belső parancs bármilyen okból szeparált processzben fut, abba az sh töltődik! Vadász
18
Parancs, cső, lista …
6
Az adatfolyamok átirányítása • Mielőtt a lista/parancs végrehajtódik, az sh nézi, vane átirányító operátor > >> < a szavakban (szavak előtt). (A << különleges!) • Ha ilyeneket talál, szeparált processz(eke)t készít, azokban az adatfolyamokat fájlokba(ból) képzik le, majd abban hajtják végre a listát/parancsot. (Csőnél is szeparált processz!) • A szeparált processz(ek)nek átadja a “maradék“ argumentumokat.
Vadász
19
Az átirányító operátorok < file # file legyen az stdin > file # file legyen az stdout, rewrite >> file # file legyen az stdout, append <<[-]eddig # here document, beágyazott input • Példa: > mypr < innen > ide elso masodik 0 1 2 > exec >outfile 2>errorfile # szkriptben … Vadász
20
Fájlnév kifejtés (behelyettesítés) • Argumentumokban használt metakaraktereket (közöttük a dzsókereket: * ? [ ]) a burok a lista/parancs végrehajtása előtt különlegesen kezeli. • Ha a szavakban dzsókereket talál, azt a szót mintának (pattern) veszi.
• A minta behelyettesítődik alfabetikus sorrendű fájlnevek listájává, olyan nevekre, melyek a fájlnév-térben illeszkednek a mintára. • Csak ezután hajtódik végre a parancs/lista. Vadász
21
7
Az illeszkedés • „Szokásos” karakter önmagára illeszkedik … • A ? egyetlen, bármely karakterre illeszkedik. • A * tetszőleges számú, tetszőleges karakterre illeszkedik. • A [...] illeszkedik egyetlen, valamelyik bezárt karakterre. • A [!...] illeszkedik egyetlen, bármely, kivéve a ! utáni karakterre. • stb., nézz utána! Vadász
22
A metakarakterek semlegesítése • Ezeket az sh kifejti, ezek miatt a parancsot átalakítja. • Ha mégis szükségünk van ezekre a parancshoz, (pl. szűrőnek kellenek) semlegesítsük (quotázzuk) őket! • Egyetlen karakter semlegesítése: \kar • Több karakter semlegesítése: – ‘karaktersor‘ # minden bezárt semlegesített. – “karaktersor“ # a paraméter és parancsbehelyettesítésen kívül (lásd később) minden semlegesített.
Vadász
23
Parancsbehelyettesítés • A processzek szokásosan a szabványos kimenetükre írnak. A burok processz is … • A ` ` (grave accent) közé zárt parancs lefut és kimenete kifejtődik! • Példa: $ valt=`wc -l < myfile.txt` # a valt felveszi # a sorok számát $ test `wc -l < myfile.txt` -gt 3 && cat myfile.txt # ha több mint 3 sorból áll, írja ki Vadász
24
8
Egy kis összefoglalás az átalakításokról … • A burok processz a parancslistát beolvassa, elemzi és átalakítja majd végrehajtja, végrehajtatja … • Milyen átalakításokat vettünk? – Szabványos adatfolyamok leképzésének megváltoztatását (cső, fájlba, fájlból átirányítások, parancs behelyettesítés) – Szükség esetén processz szeparálásokat (processzt kreál, abba célszerű programot tölt be, akár a szabványos adatfolyamok leképzésének változtatása miatt, akár zárójelezés miatt). – Fájlnév behelyettesítéseket.
• Lesz még változóbehelyettesítés átalakítás is … Vadász
25
A burok, mint programnyelv • A burokprogram (shell script) – szövegszerkesztővel készült ASCII fájl, – parancsokat (csöveket, parancslistákat) tartalmaz soraiban, – esetleg beágyazott input sorokat.
• A burokprogram odaadható a burok-értelmezőnek, hogy dolgozza fel (hogy futassa.)
Vadász
26
Burok program futtatás • Fájlokhoz való hozzáférési kategóriák: r w x – A burok programokhoz az r (olvasni) hozzáférés elengedhetetlen – Az x (futtatni) hozzáférés ajánlott • chmod +x burokprogram # futtathatóvá tétel parancsa
• Csak olvasható burokprogramnak nem lehet argumentumot adni, de az alábbiak szerint futtahatjuk: $ sh < burokprogram $ sh burokprogram $ . Burokprogram # ún. sourcing: ua. processzben Vadász
27
9
Burok program futtatás ¾ burokprogram arg1 arg2 … • Azaz, a burok programot tartalmazó fájl neve a parancs neve ( PATH változó szerinti keresés van itt is). • Mi is történik? (ismétlés) – A promptot adó processz beolvassa a sort, elemzi. – Megállapítja, ez „külső parancs”, burokprogram. – Kreál processz, amibe a /bin/sh-t tölt, és aminek stdin csatornája a burokprogram szövegfájl. A gyermek processznek a maradék argumentumokat átadja. – A promptot adó processz megvárja, míg gyermeke lefut. – A gyermek processz a fájlt olvassa és végrehajtja. Vadász
28
A burok program • Mint programnak vannak – adatszerkezetei, és vannak – vezérlési szerkezetei. – Természetesen kommentározható.
A kommentározás • # után a sor maradéka kommentár • A burokprogram első sora mint kommentár különleges! Lásd később! • Tanszékünk kódolási szabályzata előírja a kommentározást!
Vadász
29
A burok adatszerkezetei • Az adatok típusa: füzér (szöveglánc, string) • Csak numerikus karakterekből álló füzér (néha) numerikus adatként viselkedhet: numerikus operációk hajthatók végre rajtuk • Az adatok lehetnek: – Változók: ekkor van nevük, van pillanatnyi (ún. definiált) értékük; – Állandók (konstansok). A konstansok ún. lexikális konstansok: a szövegkörnyezetből kiderül az értékük.
• Terminológiai „rendetlenség”: változó – paraméter elnevezés is szokásos Vadász
30
10
Az adatszerkezetekhez megjegyzések • Egyes burkok tömbváltozókat is képesek kezelni (csh, tcsh, bash) – Ezen belül asszociatív tömböket (bash). Vö. awk.
• Egyes burkok numerikus típusú változókat is kezelnek (csh, tcsh)
Vadász
31
A változók csoportosítása • A burok által definiált változók: nevüket nem mi választjuk meg. Lehetnek: – pozicionális változók (paraméterek), – egyéb a shell által definiált (speciális) változók.
• A felhasználók által definiált változók (nevüket kiválaszthatjuk): – a rendszergazda által definiáltak: konvencionális nevek! – Az egyes felhasználók által definiáltak: legyenek itt is konvencióink!
Vadász
32
A pozicionális paraméterek • Nevük: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 • Pillanatnyi értékük: az aktuális argumentumok (a szavak) • Emlékezz: – a 0. szó a parancs neve: a 0 nevű változó pill. értéke, – az 1. szó az 1. argumentum: az 1 változóban van.
• Annyi változó definiált, ahány szó van! • Ha 9-nél több argumentum van: a shift paranccsal “eltolhatók“, így kezelhetők!
Vadász
33
11
Néhány, a shell által definiált változó
Neve
Értéke
Kifejtése
#
A pozícionális paraméterek száma
$#
?
Az utolsó parancs visszatérési értéke
$?
$
A burok processz pid-je
$$
!
Az utolsó háttérben futó proc. pid-je
$!
-
A burok opciók
$-
*
A pozícionális paraméterek szólistája
$*
0
A parancs neve
$0
Vadász
34
Néhány, a rendszer által szokásosan definiált, exportált változó Neve
Értéke
Kifejtése
HOME
A bejelentkezési jegyzék
$HOME
MAIL
A levelezési fájlunk
$MAIL
PATH
Parancsok keresési ösvénylistája
$PATH
USER
A felhasználó neve
$USER
IFS
A burok opciók
$IFS
TERM
A terminál típusa
$TERM
PS1
Az elsődleges prompt
$PS1
Vadász
35
Változódefiniálás • Szintaxis $ valtozo=fuzerkifejezes [valtozo=fuzerkifejezes]
• Példa: $ tmpfile=/tmp/valami $ ures= # az ures definiált, de üres füzér
• Vigyázz! A következő nem jó! Miért? $ valtozo
=
fuzerkonstans
(Mert ez már 3 szó! Tilos a fehér karakter az = előtt és után!)
Vadász
36
12
Hivatkozás változókra: kifejtésük • Itt: valt változónév, szo szövegkifejezés, parancs. • Ha a : (colon) hiányzik, a 0 string-hosszúság nem ellenőrződik!
${valt:-szo}
Ha a valt definiált és nem 0 sztring, akkor kifejtődik. Különben a szo fejtődik ki.
${valt:=szo} Ha a valt nem definiált vagy 0 sztring, akkor felveszi a szo-t. Ezután a valt kifejtődik. ${valt:?szo}
Ha a valt definiált és nem 0 sztring, akkor kifejtődik. Különben kiíródik a szo|default sztr. ${valt:+szo} Ha a valt definiált és nem 0 sztring, akkor kifejtődik a szo. Különben semmi sem fejtődik ki. Vadász
37
A változók érvényességéhez: a processzek környezete • Minden processznek - így a buroknak is - van környezete (environment) • A környezet: vált=szöveglánc sorokból álló tábla • Gyermek processz a környezetet örökli a szülőtől • Mikor az sh processz indul, végigolvassa a környezetét és definiálja a benne található változókat • További definíciók is lehetnek az sh életében, átdefiniálások is lehetnek. Ezek nem kerülnek a környezetbe (nem örökölhetők) Vadász
38
Exportálás: többszintes öröklődés • Exportálással változót a környezetbe „teszünk” (ezzel lefelé öröklődővé tesszük) > export változónév-lista Pl. a rendszergazda valahol “leírta”: $ export MAIL HOME PATH ... • Exportálással csak leszármazottak örökölhetnek (fölfelé nem) • Nem exportált változó nem látható a leszármazott processzekben, de visszatérve abba a burokba, amiben definiáltuk újra láthatóvá válik Vadász
39
13
Egyszintes öröklődés • Egyszintes környezetbe tétel $ valt=kifejezés parancs – ha a parancs külső: látni fogja – ha belső: nem látja $ valt=kifejezés; parancs – ha a parancs külső: nem látja – ha belső: látja.
# ugyanabban a sorban
# ugyanabban a sorban
• (Új, pontosabb definíció az egyszerű parancsra: opcionális számú változódefiníció, amit szavak listája és opcionális átirányítási előírás követ. ) Vadász
40
Vezérlési szerkezetek • Szekvenciális programszerkezetek • Elágazások • Hurkok
A szekvenciális szerkezetek • A parancslisták
Vadász
41
Az if elágazás if plista1 then plista2 [elif plista3 then plista4] [else plista5] fi
• A plista1 és plista3 predikátumok: igazak, ha normális visszatérési értékül van. • Figyelj a kulcsszavakra: if, then, elif, else, fi • Érdekes a fi “lezáró“. • A [ ] nem része szintaxisnak: jelzi, elmaradhat a bezárt rész.
Vadász
42
14
A case elágazás case szo in minta1 ) lista1 ;; minta2 ) lista2 ;; ... esac
• Kifejtődik a szo és összevetődik a mintákkal (az írt sorrendben). Ha “egyezés“ van, végrehajtódik a mintához tartozó lista és vége! • A minták (hasonlítanak a fájlnév behelyettesítési mintákhoz): • *) akármi, default. • p1|p2 alternatíva • [p1p2] alternatíva • Érdekes kulcsszavak: case, in, esac, figyeld a ) -t, a ;; -t
Pl. -x|-y -[xy] ugyanaz
Vadász
43
A for ciklus for valt [in szolista] do plista done
Pl. for i in egy ket harom do echo $i done
• A valt rendre felveszi a szolista elemeit és minden értékével végrehajtódik a plista (a ciklus teste). • Vedd észre a kulcsszavakat: for, in, do, done • Elmaradó in szolista ugyanaz, mint in $* (az aktuális paraméterlista a szólista)
Vadász
44
Egy kérdés • Mi a különbség? for valt in $* .... for valt .... for valt in * ....
Vadász
45
15
A while ciklus while plista1 do plista2 done
• Végrehajtódik plista1, és ha normális visszatérésű, a plista2, majd újra a plista1, s.í.t. • Némely shellben until ciklus is van.
until plista1 do plista2 done
• Új kulcsszavak! • Most már érthetjük a parancs visszatérési érték értelmét!
Vadász
46
OPERÁCIÓS RENDSZEREK Felületek a kernelhez: a burok és az API Vége
16
