Instrumente şi tehnici de bază în Informatică Curs PDF

Instrumente si Tehnici de Baza in Informatica Semestrul I 2024-2025 Vlad Olaru  10/8/2024 Outline pornirea sistemului (procesul de boot) procesul de login utilizator interfata cu utilizatorul fisiere si directoare...

Instrumente si Tehnici de Baza in Informatica Semestrul I 2024-2025 Vlad Olaru  10/8/2024 Outline pornirea sistemului (procesul de boot) procesul de login utilizator interfata cu utilizatorul fisiere si directoare 2 Bootarea sistemului la pornirea calculatorului, executia incepe intr-un loc fix din memorie SO trebuie sa fie facut disponibil HW ca sa-l poata porni  o mica bucata de cod – bootstrap loader, BIOS, stocat in ROM sau EEPROM localizeaza kernelul, il incarca in memorie si il porneste  uneori e un proces in doi pasi, utilizand un bloc de boot aflat la o adresa fixa in codul ROM, care apoi incarca boostrap loader-ul de pe disc  sistemele moderne inlocuiesc BIOS cu Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) un bootstrap loader uzual este GRUB, permite selectia kernelului de pe discuri multiple, cu versiuni si optiuni diferite programul kernel se incarca si apoi sistemul ruleaza boot loader-erele permit frecvent diferite stari de boot, cum ar fi de pilda single user mode  10/8/2024 Procesul de boot Unix primul sector al discului de boot (MBR, respectiv succesorul sau GPT)  tabela de partitii de disc  cod de bootstrap (boot loader) 4  10/8/2024 Procesul de boot Unix (cont.) loader-ul identifica partitia de boot si incarca codul kernel (nucleul sistemului de operare) obs: la acest nivel nu exista notiunea (abstractia) de fisier, ci doar sectoare de disc => 2 solutii posibile  1. loader-ul cunoaste o harta a sectoarelor de disc care contin codul kernel  solutie hardcoded, implica actualizari alei hartilor atunci cand imaginea kernelului pe disc se schimba, la defragmentarea discului, etc  2. loader-ul are acces la drivere care inteleg structura sistemului de fisiere de pe disc si pot identifica astfel kernelul ca pe un fisier oarecare (folosind calea fisierului) ex boot loaders Linux: Lilo, Grub 5  10/8/2024 Procesul de boot (cont.) fisierul cu imaginea kernelului (eg, /boot/vmlinuz pt Linux) se incarca in memorie si kernelul preia controlul masinii HW subsecvent, kernelul executa:  secventa de intializare a componentelor HW  instantiaza principalele componente: controlul proceselor, gestiunea memoriei, gestiunea fisierelor, accounting, gestiunea timpului sistem, mecanismele de protectie HW si de securitate, etc  ramane rezident in memorie in asteptarea unor evenimente externe (“program interrupt-driven”)  la sfarsitul secventei de initializare executa primul proces (ID = 1): /sbin/init  init seteaza modul de operare (runlevel)  defineste starea masinii de calcul dupa boot  traditional definit de un numar intre 0 si 6  istoric (sistemele Unix), init cauta runlevel-ul in /etc/inittab  apoi, apeleaza scripturi de initializare a serviciilor sistem cf. runlevelului selectat /etc/rc0.d/, /etc/rc1.d, …, /etc/rc6.d, /etc/rcS.d 6  10/8/2024 Runlevels asignate modului de operare al masinii  0 , power-off  1, single-user mode  2, multi-user fara retea  3, multi-user cu retea dar fara interfata grafica  4, in general nedefinit, rezervat pt utilizari speciale  5, multi-user cu retea si interfata grafica  6, reboot Linux: init s.n. systemd, iar runlevel-urile sunt definite ca targets, manipulate cu comenzi specifice (systemctl) comenzi care manipuleaza runlevels: $ runlevel # afiseaza runlevelul current, similar cu “who –r” $ telinit # comuta kernelul in runlevelul specificat $ telinit 6 # reboot 7  10/8/2024 Sisteme cu sau fara GUI init este responsabil si pt. pornirea proceselor de login pt utilizator:  in functie de runlevel: /sbin/getty respectiv desktop manager-ul de interfete grafice de tip X Window (xdm, gdm, etc)  runlevel 3: init porneste getty pe un numar prestabilit de terminale  runlevel 5: init porneste getty + desktop manager  istoric (sistemele Unix), init cauta in /etc/inittab asocierea terminal – program de login (getty sau xdm/gdm) comutarea sistemului intre runleveluri cu sau fara interfata grafica $ telinit 3 # dezactiveaza GUI $ telinit 5 # activeaza GUI inapoi Obs: combinatii de taste (gen Ctrl-Alt-F1 in Linux) permit comutarea intre terminale si GUI (uzual, Ctrl-Alt-F7) in runlevel 5, dar nu se dezactiveaza GUI ! 8  10/8/2024 Logarea utilizatorului in sisteme fara GUI getty afiseaza prompt-ul de login utilizatorul introduce numele de utilizator getty apeleaza /bin/login care stabileste o noua sesiune de lucru login afiseaza promptul de parola  cauta in /etc/passwd o intrare corespunzatoare numelui de utilizator  verifica parola (de regula stocata criptat in alt fisier, eg. /etc/shadow)  pt parola corecta, executa interpretorul de comenzi (shell-ul) asociat intrarii identificate  asociaza cu shell-ul variabile de mediu (environment)  unele variabile importante (USER, SHELL, HOME ) initializate cu valorile din campurile citite din intrarea corespunzatoare din /etc/passwd shell-ul afiseaza un prompt specific (eg, $) si asteapta comenzile utilizatorului init monitorizeaza sesiunea de lucru a utilizatorului  la terminarea activitatii (shell exit), reporneste o instanta a programului getty pe terminalul respectiv 9  10/8/2024 Interpretorul de comenzi Command Line Interpreter (CLI), permite introducerea directa a comenzilor  program de sistem care preia comenzile utilizator si le executa  utilizabil deopotriva in mod interactiv cat si batch (folosind shell script-uri)  executa atat comenzi interne (executate in cadrul interpretorului) cat si externe (programe incarcate de pe disc)  functionalitati principale  asigurarea unui mediu de lucru utilizatorului (v. comanda env)  comenzi de manipulare a fisierelor si directoarelor  comenzi de control al executiei programelor  controlul si monitorizarea activitatilor de I/O  administrarea sistemului (rezervata unui utilizator special cunoscut in mod uzual sub numele de root, cu UID = 0, v. prima intrare din /etc/passwd)  samd. ex. interpretoare de comenzi: Bourne Shell (/bin/sh), Bourne Again Shell (/bin/bash), C Shell (/bin/csh), Korn Shell (/bin/ksh), etc. /etc/shells contine interpretoarele de comenzi disponibile pe sistem 10 Bourne Shell (CLI) Interfata grafica- GUI interfata user-friendly  compusa uzual din mouse, tastatura, si monitor  icoanele reprezinta fisierele, programele, actiuni, etc  actionarea butoanelor mouse peste obiecte din interfata determina diverse actiuni (furnizare de informatii, optiuni, executia de functii, deschiderea de directoare, etc)  inventata la Xerox PARC multe sisteme de azi includ atat CLI cat si GUI  Microsoft Windows are GUI si CLI “command” shell  Apple Mac OS X are GUI cu kernel UNIX dedesubt si shell-uri disponibile  Unix si Linux au CLI (shell-uri) cu GUI optional (CDE, KDE, GNOME) Mac OS X GUI  10/8/2024 Identificarea utilizatorului la login, utilizatorul primeste un ID propriu (valoare intreaga nenegativa prin care utilizatorul este identificat in SO), user ID-ul (UID)  obtinut din intrarea corespunzatoare utilizatorului din /etc/passwd  unic  asignat de catre root, singurul care are permisiunea de a scrie in /etc/passwd  nu poate fi schimbat de catre utilizator  folosit de kernel pentru a verifica daca procesele utilizatorului au dreptul sa execute anumite operatii  UID = 0 rezervat pt root sau superuser (administratorul sistemului) procesele root au privilegii de superuser si de regula circumventeaza verificarile pe care kernelul le face pentru o serie de operatii unele dintre functiile kernelului pot fi executate doar de procese root root-ul are control total asupra sistemului de calcul  Obs: din acest motiv, este puternic descurajata initiativa utilizatorilor sistemului care stiu parola de root sa ruleze programe obisnuite in calitate de root (UID = 0) 14  10/8/2024 Identificarea utilizatorului (cont.) la login utilizatorul primeste si un GID (Group ID), setat tot de root in intrarea corespunzatoare din /etc/passwd  permite partajarea de resurse intre membrii aceluiasi grup, chiar daca au UID-uri diferite  in schimb, utilizatorii cu GID diferit nu pot accesa aceste resurse partajate ale grupului  ex: intrarile de director pentru fiecare fisier din sistem contin perechea (UID,GID) a proprietarului fisierului respectiv  comanda shell ls –l permite afisarea ID-urilor proprietarului fisierului /etc/group  asigneaza nume lizibile GID-urilor utilizator  modificabil doar de catre root  listeaza si supplementary GIDs, i.e. acelasi utilizator poate avea mai multe GID-uri (poate apartine mai multor grupuri) /usr/bin/id afiseaza UID/GID $ id # UID/GID pt utilizatorul shell-ului $ id root # UID/GID pt alt utilizator (root) 15  10/8/2024 Fisiere si directoare fisier: abstractie de nivel SO pentru stocarea permanenta a datelor  ascunde detaliile stocarii efective a datelor pe disc  model usor de inteles al structurii datelor (eg, stream de octeti in Unix)  grupate in directoare  referite prin nume (poate contine orice caracter mai putin ‘/’)  atribute: tip, dimensiune, proprietar, permisiuni, timpul ultimei modificari, etc  eg Unix, comanda uzuala pentru afisarea atributelor $ ls –l director/folder: colectie de fisiere  poate contine alte directoare (subdirectoare)  modalitate de a organiza informatia, uzual de-o maniera ierarhica 16  10/8/2024 Fisiere si directoare (cont.) sistemele tip Unix folosesc o structura ierarhica de directoare  incepe dintr-un director special numit root (radacina), desemnat prin caracterul “/” directoare speciale create automat atunci cand se creeaza un nou director . directorul curent (directorul nou creat) .. directorul parinte (directorul in care a fost inserata o noua intrare corespunzatoare noului director creat)  in cazul directorului radacina (root)./ si../ reprezinta acelasi director, si anume “/” cale (path): secventa de nume de fisiere separate de caracterul /  cai absolute: incep intotdeauna cu /  cai relative: nu incep cu /, fiind interpretate relativ la directorul de lucru curent (current working directory) la login, directorul de lucru curent este setat la valoarea obtinuta din /etc/passwd pentru utilizatorul logat (s.n. home directory) comanda de tiparire a intrarilor intr-un director: /bin/ls  Obs: un program executabil este si el reprezentat printr-o cale in sistemul de fisiere 17  10/8/2024 Sistemul de fisiere componenta speciala a SO care gestioneaza fisierele si directoarele structureaza datele pe disc intr-un anumit format ofera utilizatorului o interfata uniforma de acces la date  eg Unix, ierarhie arborescenta de directoare, cu o radacina comuna SO moderne sunt capabile sa integreze sisteme de fisiere cu format diferit in aceeasi ierarhie de directoare  VFS – Virtual Filesystem Switch (ext3, ext4, ntfs, vfat, etc) devin disponibile utilizatorului ca urmare a operatiei de mount $ mount –t ext4 /dev/sda1 / directorul in care se instaleaza discul formatat s.n. mountpoint /etc/fstab: tabela system-wide cu mountpoint-uri inspectata la bootarea SO  la bootare, mountpoint-urile din tabela se instaleaza ca si cand s-ar fi apelat $ mount -a 18  10/8/2024 Mountpoints 19  10/8/2024 Descriptori de fisiere intregi nenegativi folositi pentru identificarea fisierelor deschise in sistem  alocati de kernel la deschiderea/crearea unui fisier prin program  folositi subsecvent de catre program pentru citirea/scrierea fisierului descriptori speciali  la pornirea oricarui program, shell-ul deschide pentru acesta trei descriptori de fisiere speciali:  0 standard input  1 standard output  2 standard error  uzual, asociati cu terminalul de login (sau terminalul de lucru, intr-un mediu grafic cu multiple X terminale)  /usr/bin/tty afiseaza terminalul asociat unui shell (in general, nu doar terminalul de login) 20  10/8/2024 Redirectarea operatiilor de I/O redirectarea operatiilor de I/O se poate face programatic sau direct din shell shell-ul intelege constructii sintactice de tipul urmator ca fiind redirectari ale operatiilor de I/O [n] < filename redirecteaza citirile de pe descriptorul n catre fisierul desemnat; daca n lipseste, se foloseste stdin filename redirecteaza scrierile pe descriptorul n catre fisierul desemnat; daca n lipseste, se foloseste stdout [n] >> filename adauga scrierile pe descriptorul n la sfarsitul fisierului desemnat (“append”); daca n lipseste, se foloseste stdout 21  10/8/2024 Redirectarea operatiilor de I/O ex: $ echo “redirectarea stdout in fisierul out” > out $ echo “adaugam la sfarsitul fisierului out inca o linie” >> out $ cat < out $ cat > out > mai adaugam o line la sfarsitul fisierului out > EOF $ 22