Книга: UNIX — универсальная среда программирования

Предисловие

Предисловие

Операционная система UNIX начала свой жизненный путь на "заброшенной" машине DEC PDP-7 BELL Laboratories в 1969 г.[1] К. Томпсон при поддержке Р. Канадея, Д. МакИлроя, Д. Осанна и Д. Ритчи написал небольшую систему разделения времени общего назначения, оказавшуюся достаточно удобной, что привлекло энтузиастов-пользователей и послужило основанием для приобретения более мощной машины — PDP-11/20. Одним из первых пользователей системы считается Д. Ритчи, который помог в 1970 г. перенести ее на PDP-11. Д. Ритчи также разработал и написал компилятор с языка программирования Си. В 1973 г. Д. Ритчи и К. Томпсон переписали ядро системы UNIX на языке Си, отойдя от традиции создания таких программ на языке Ассемблера. В этом последнем варианте система в основном сохранилась и по сей день.

В 1974 г. UNIX была передана университетам "для образовательных целей", а несколько лет спустя нашла и коммерческое применение. В течение всего этого периода система UNIX продолжала совершенствоваться в BELL Laboratories, получив признание в лабораториях, при создании программного обеспечения, в центрах обработки информации, при поддержке операций телефонных компаний. В настоящее время диапазон ее использования весьма широк — от микрокомпьютеров до самых больших универсальных машин.

В чем причины успеха системы UNIX? Их несколько. Во-первых, поскольку UNIX написана на языке Си, она переносима и, как уже отмечалось, имеет широкий диапазон применения. Во-вторых, доступны исходные тексты программ системы, написанные на языке высокого уровня, что позволяет легко адаптировать ее в соответствии с конкретными требованиями. Наконец, самое главное — это хорошая операционная система, особенно для программистов. Программная среда UNIX необычайно богата и результативна.

Вместе с UNIX появилось много новых программ и методов программирования, но никакая отдельная программа или идея не дает гарантии в отношении качества системы. Эффективность системы достигается благодаря определенному подходу к программированию, своего рода философии использования вычислительной машины. Основной смысл ее состоит в том, что мощь системы обусловливается взаимодействием программ, а не мощью самих программ. Многие программы UNIX могут решать простейшие задачи, но при объединении с другими программами они превращаются в универсальные и полезные средства. Поэтому в своей книге мы уделяем большое внимание вопросам, связанным с взаимодействием программ и с их использованием в качестве инструментария для создания других программ. Чтобы успешно работать с UNIX, необходимо не только знать, как применять ту или иную программу, но и понимать ее роль в системе.

По мере распространения UNIX число специалистов, хорошо владеющих системой, к сожалению, уменьшается. Помочь здесь может только время (когда-то и опытные пользователи, включая авторов, могли найти лишь "неуклюжее" решение задачи или написать программы для выполнения задач, с которыми вполне можно справиться уже существующими средствами). Конечно, найти элегантные решения без определенного опыта и знаний нелегко. Мы надеемся, что, изучив материал книги, вы достигнете такой степени компетентности, когда работа в системе, независимо от того, новичок вы или профессионал, становится эффективной и доставляет удовольствие.

Если наша книга поможет программистам-индивидуалам сделать свой труд более производительным, то тем самым повысится производительность и больших коллективов. Хотя книга в основном рассчитана на программистов, для понимания первых четырех или даже пяти глав программистский опыт не требуется, так что они могут оказаться полезными всем без исключения. Всюду, где было возможно, в качестве примеров мы приводили настоящие программы. Многие из них уже вошли в наш повседневный программный обиход. Все примеры проверялись на машине прямо из текста, который представлен в форме, пригодной для ввода.

Книга построена следующим образом. В гл. 1 излагаются основные возможности UNIX (вход в систему, почта, система файлов), рассматриваются наиболее употребительные команды и даются начальные сведения об интерпретаторе команд. Опытные пользователи могут опустить эту главу.

В гл. 2 обсуждается файловая система UNIX. Файловая система является центральным звеном в обеспечении успешной работы, и ее нужно хорошо понимать. Здесь описываются файлы и каталоги, права доступа и режимы файлов, а также индексные дескрипторы. Приводятся краткое описание иерархии файловой системы и пояснения относительно файлов устройств.

Интерпретатору команд (shell), этому основополагающему средству не только для выполнения программ, но и для их написания, посвящена гл. 3. Вы узнаете, как использовать shell для своих целей (новые команды, аргументы команд, переменные shell, простые структуры управления и переключение ввода-вывода).

Глава 4 познакомит вас с фильтрами, т.е. программами, которые производят какие-то простые преобразования данных по мере их получения. В первой части главы рассматривается команда контекстного поиска grep и родственные ей команды. Затем обсуждаются более общие фильтры, такие, как sort. В заключение описываются две программы преобразования данных общего назначения sed и awk. Потоковый редактор sed редактирует поток данных по мере их получения, awk — язык программирования для простых операций поиска информации и задач генерации отчетов. Эти программы, иногда в сочетании с интерпретатором shell, позволяют в ряде ситуаций обойтись без традиционных языков программирования.

В гл. 5 обсуждается, как с помощью языка shell можно создавать программы, которые будут использоваться другими людьми. Тема включает более развитые структуры управления и переменные, перехват и обработку прерываний. Приводятся примеры с привлечением программ sed и awk, а также интерпретатора shell.

О том, как написать новые программы, используя стандартную библиотеку ввода-вывода, рассказывается в гл. 6. Программы написаны на языке Си, который предполагается известным, или по крайней мере должен быть изучен параллельно. Мы пытаемся показать разумную стратегию проектирования и организации новых программ: как создавать их путем осмысленных приближений и как применять уже существующие средства.

Далее (гл. 7) мы переходим к системным обращениям, являющимся фундаментом для всех остальных слоев программного обеспечения. Здесь обсуждаются вопросы ввода-вывода, создания файла, обработки ошибки, описываются каталоги, индексные дескрипторы, процессы и сигналы.

В гл. 8 рассматриваются развитые программные средства: программа yacc, создающая программы грамматического разбора; make, управляющая процессом трансляции больших программ; lex, создающая лексические анализаторы. Изложение строится на примере создания большой программы — программного калькулятора в стиле языка Си.

В гл. 9 вашему вниманию предлагаются средства подготовки документации, которые сопровождаются описаниями на уровне пользователя и страницей руководства по калькулятору из гл. 8. Данную главу можно читать независимо от остальных глав.

В конце книги приводятся приложения. В приложении 1 суммируются возможности стандартного редактора ed. Хотя многие читатели предпочтут для повседневного пользования иной редактор, ed представляется общедоступным, действенным и эффективным средством. Регулярные выражения редактора являются ключевым понятием других программ, таких, как grep и sed, и даже только по этой причине его стоит изучить. Приложение 2 содержит справочное руководство по языку калькулятора из гл. 8, а приложение 3 — распечатку окончательной версии программы калькулятора, где для удобства чтения собраны воедино все программные фрагменты.

Некоторые практические вопросы. Во-первых, система UNIX стала очень популярной, и несколько ее версий нашли широкое применение. Например, седьмая версия происходит от первоначальной системы UNIX вычислительного и научно-исследовательского центра фирмы BELL. System III и System V — версии, официально поддерживаемые фирмой. Университет в Беркли (штат Калифорния) распространяет системы UCB 4.xBSD, производные от шестой версии. Помимо названных существуют многочисленные версии, особенно на малых машинах, которые созданы на базе седьмой версии. Мы пытались справиться с этим многообразием, стараясь максимально придерживаться каких-то общих концепций, одинаковых для всех систем. Для большей точности мы выбрали представление, базирующееся на седьмой версии, поскольку она является основой почти всех широко используемых систем UNIX. Программы прогонялись на System V фирмы BELL и на 4.1BSD из Беркли, причем потребовались лишь тривиальные изменения в нескольких примерах. Независимо от вашей версии системы найденные вами различия будут минимальны.

Далее, несмотря на обширность материала книги, есть вопросы, которых мы не касались. Основным источником информации для вас является справочное руководство по системе UNIX. Вы можете обращаться к нему, чтобы разрешить свои сомнения или определить, насколько ваша система отличается от нашей.

Наконец, мы убеждены в том, что лучший способ изучения чего-либо — это эксперимент. Книгу следует читать за терминалом, находя подтверждение либо опровергая прочитанное, исследуя ограничения и варианты. Читайте, проверяйте и снова читайте. Система UNIX — хотя и не идеальный, но удивительный программный мир, и мы надеемся, что вы откроете его для себя.

Всем, кто так или иначе помогал нам в процессе работы над книгой, мы выражаем искреннюю признательность.

Оглавление книги