Искусство программирования для Unix

17.2. Стандарты Unix

Тот факт, что в 1973 году Unix была переписана на С, беспрецедентно упростил переносимость и модификацию операционной системы. В результате исходная Unix вскоре разделилась на семейство операционных систем. Unix-стандарты первоначально разрабатывались в целях согласования API- интерфейсов различных ветвей фамильного дерева.

Unix-стандарты, развившиеся после 1985 года, были весьма успешными в этом отношении — настолько успешными, что легли в основу высоко ценимой документации по API современных реализаций Unix. Фактически реальные Unix-системы так близко придерживаются опубликованных стандартов, что разработчики могут (а часто так и делают) узнать больше, изучая такие документы, как спецификация POSIX, чем официальные справочные руководства для используемого варианта Unix.

Действительно, в наиболее новых Unix-системах с открытым исходным кодом (таких как Linux) широко распространена практика проектирования функций операционной системы с использованием опубликованных стандартов как спецификации. Этот момент рассматривается в ходе изучения стандартов RFC далее в настоящей главе.

17.2.1. Стандарты и Unix-войны

Первоначальным мотивом для разработки Unix-стандартов было расхождение линий разработки AT&T и Университета Беркли, которое рассматривалось в главе 7.

Unix-системы 4.x BSD происходили от Version 7, вышедшей в 1979 году. После выхода 4.1 BSD в 1980 году BSD-линия быстро приобрела репутацию революционной Unix-системы. В число важных дополнений входили визуальный редактор vi, средства контроля заданий для управления с одной консоли многочисленными высокоприоритетными и фоновыми задачами, а также усовершенствование сигналов (см. главу 7). Несравненно более важным дополнением была поддержка TCP/IP-сетей, но хотя Университет Беркли получил контракт на их реализацию в 1980 году, протокол TCP/IP в течение трех лет не включался в состав внешних версий.

Однако другая версия, System III, появившаяся в 1981 году, стала основой дальнейшей разработки в корпорации AT&T. В System III интерфейс терминалов версии 7 был переработан в более четкую и изящную форму, которая была абсолютно несовместимой с усовершенствованиями Беркли. В ней сохранялась (необратимая) семантика сигналов (см. главу 7). В состав январской версии System V Release 1 в 1983 году вошли некоторые BSD-утилиты (такие как vi(1)).

Первая попытка заполнить разрыв была предпринята в феврале 1983 года влиятельной группой Unix-пользователей, UniForum. Вышедший в 1983 году проект стандарта Uniforum (Uniforum 1983 Draft Standard — UDS 83) описывал 'основную Unix систему', состоящую из подмножества ядра System III и библиотек плюс примитив блокировки файлов. AT&T объявила о поддержке UDS 83, однако данный стандарт представлял собой неадекватный набор разрабатываемых практических приемов 4.1BSD. Проблема обострилась с выходом в июле 1983 года 4.2BSD, в которой было добавлено множество новых функций (включая TCP/IP-сети) и введена некоторая неочевидная несовместимость с исходной версией 7.

Лишение прав компаний Bell в 1984 году и начало Unix-войн (см. главу 2) значительно усложнило проблемы. Sun Microsystems лидировала в индустрии рабочих станций в BSD-направлении; AT&T пыталась внедриться в компьютерный бизнес и использовать контроль над Unix как стратегическое оружие, даже продолжая лицензировать операционную систему таким конкурентам, как Sun. Все поставщики принимали бизнес-решения дифференцировать свои версии Unix для получения конкурентного преимущества.

В ходе Unix-войн техническая стандартизация стала точкой зрения, которую отстаивали сотрудничающие технические специалисты, а большинство менеджеров по продуктам принимали ее неохотно или активно сопротивлялись. Одним крупным и важным исключением была корпорация AT&T, которая, анонсируя в январе 1984 года System V Release 2 (SVr2), объявила о намерении сотрудничать с группами пользователей по формированию стандартов. Второй пересмотр проекта стандарта UniForum в 1984 году проложил путь и одновременно повлиял на API SVr2. Позднее Unix- стандарты также стремились следовать System V, кроме тех областей, где BSD-средства имели очевидное функциональное превосходство (поэтому, например, современные стандарты Unix описывают средства управления терминалами System V, вместо BSD-интерфейса к тем же средствам).

В 1985 году AT&T опубликовала документ System V Interface Definition (SVID), в котором содержалось более формальное описание SVr2 API, включающего стандарт UDS 84. Более поздние модификации SVID2 и SVID3 наметили курс на создание интерфейсов System V версий 3 и 4. Документ SVID стал основой POSIX-стандартов, которые в конечном итоге склонили большую часть спора Беркли/АТ&Т по поводу системных и библиотечных вызовов С в сторону подхода AT&T.

Однако это не стало очевидным в течение еще нескольких лет. Тем временем Unix-войны были в разгаре. Например, в 1985 году вышли два конкурирующих API-стандарта для файловой системы с совместным доступом по сети: Network File System (NFS) корпорации Sun и АТ&Т-система Remote File System (RFS). NFS-система выиграла, поскольку Sun была готова разделить с другими не только спецификации, но и открытый исходный код.

Это был настоящий успех, потому что по своему логическому построению система RFS была все- таки лучшей моделью. Она поддерживала лучшую семантику блокировки файлов и лучшую идентификацию пользователей в различных системах и, в отличие от NFS, как правило, была направлена на точное получение более мелких деталей семантики файловой системы Unix. Однако данный урок был проигнорирован, даже когда в 1987 году его повторила система X Window с открытым исходным кодом, победив частную систему Sun Networked Window System (NeWS).

После 1985 года главные вопросы по Unix-стандартизации решались Институтом инженеров электротехники и электроники (Institute of Electrical and Electronic Engineers — IEEE). Комитет 1003 IEEE разработал серию стандартов, которые широко известны как POSIX[139] . Данные стандарты выходили за рамки простых системных вызовов и библиотечных средств С. Они определяли подробную семантику оболочки и минимальный набор команд, а также детальные привязки для различных языков программирования, отличных от С. Первая версия появилась в 1990 году, а вторая редакция была опубликована в 1996 году. Международная организация по стандартизации (International Standards Organization — ISO) приняла данные стандарты под названием ISO/IEC 9945.

Ниже перечислены некоторые из ключевых POSIX-стандартов.

1003.1 (опубликован в 1990 году)

Библиотечные процедуры. Описание API системных вызовов С, очень похожее на Version 7, кроме сигналов и интерфейса управления терминалами.

1003.2 (опубликован в 1992 году)

Стандартная оболочка и утилиты. Семантика оболочки строго повторяет семантику Bourne shell в System V.

1003.4 (опубликован в 1993 году)

Unix-система реального времени. Бинарные семафоры, блокировка памяти процесса, файлы с распределением памяти, приоритетное расписание, сигналы реального времени, циклы и таймеры, передача IPC-сообщений, синхронизированный I/O, асинхронный I/O, файлы реального времени.

Во втором издании 1996 года стандарт 1003.4 был разделен на 1003.1b (система реального времени) и 1003.1с (параллельные процессы).

Несмотря на то, что некоторые ключевые области, такие как семантика обработки сигналов и упущение BSD-сокетов, были недоопределены, первоначальные POSIX-стандарты стали основой всей