Современные ОС

2.7. Операционные системы  семейства UNIX 

     История UNIX-систем

Операционная система UNIX – прародитель многих современных  операционных систем, таких как Linux, Android, Mac OS X и многих других была создана в стенах исследовательского центра Bell Labs – подразделении компании AT&T. Вообще говоря, Bell Labs – настоящий рассадник питомник ученых, которые совершили открытия, буквально изменившие технику. Например, именно в Bell Labs работали такие ученые, как Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн, впервые создавшие биполярный транзистор в 1947 году. Можно сказать, что именно в Bell Labs был изобретен лазер, хотя к тому времени уже были созданы мазеры. Клод Шеннон, основатель теории информации также работал в Bell Labs. Там же работали создатели языка C Кен Томпсон и Денис Ритчи (о них мы еще вспомним), а также работает автор C++ – Бьярн Страуструп.

На пути к UNIX

Прежде чем говорить о самой UNIX, давайте вспомним те операционные системы, которые были созданы до нее, и которые во многом определили то, чем является UNIX, а через нее  и многие другие современные операционные системы.

Разработка UNIX была не первая работа в области операционных систем, проводимых в Bell Labs. В 1957 году в лаборатории начали разрабатывать операционную систему, которая получила название BESYS (сокращение от Bell Operating System). Руководителем проекта был Виктор Высотский – сын русского астронома, эмигрировавшего в Америку. BESYS был внутренний проект, который не выпускался как законченный коммерческий продукт, хотя всем желающим BESYS рассылалась на магнитных лентах. Эта система была предназначена для выполнения на компьютерах серии IBM 704 – 709x (IBM 7090, 7094). Хочется называть эти штуковины допотопным словом ЭВМ, но, чтобы не резало слух, будем их называть дальше все-таки компьютерами.

В первую очередь BESYS предназначалась для пакетного  выполнения большого количества программ, то есть таким образом, когда задается список программ, и их выполнение планируется таким образом, чтобы занимать максимально возможные ресурсы, чтобы компьютер не простаивал. В то же время у BESYS уже были зачатки операционной системы с разделением времени – то есть по сути того, что сейчас называют многозадачностью. Когда появились полноценные системы с разделением времени, то эта возможность использовалась для того, чтобы с одним компьютером могли работать одновременно несколько человек, каждый со своего терминала.

В 1964 году в Bell Labs произошел апгрейд компьютеров, в результате которого на новых компьютерах от IBM BESYS уже не могла быть запущена, о кроссплатформенности тогда не было и речи. Компьютеры в то время IBM поставляла без операционных систем. Разработчики из Bell Labs могли бы начать писать новую операционку, но они поступили по-другому – присоединились к разработке операционной системы Multics.

Проект Multics (сокращение от слов Multiplexed Information and Computing Service) был предложен профессором Массачуссетского Технологического Института (MIT) Джеком Дэннисом. Он вместе со своими студентами в 1963 году разработал спецификацию на новую операционную систему и сумел заинтересовать проектом представителей компании General Electric. В итоге Bell Labs присоединился к MIT и General Electric в разработке новой операционки.

А задумки у проекта  были очень амбициозными. Во-первых, это должна была быть операционная система с полноценным разделением времени. Во-вторых, Multics писался не на ассемблере, а на одном из первых языков высокого уровня – PL/1, который был разработан в 1964 году. В-третьих, Multics могла работать на многопроцессорных компьютерах. В этой же операционной системе была иерархическая файловая система, имена файлов могли содержать любые символы и быть довольно длинными, также в файловой системе были предусмотрены символьные ссылки на директории.

К сожалению, работа над Multics затянулась надолго, программисты Bell Labs так и не дождались релиза этого продукта и в апреле 1969 году вышли из проекта. А релиз состоялся уже в октябре того же года, но, говорят, первая версия была жутко глючная, и еще год оставшиеся разработчики исправляли баги, о которых им сообщали пользователи, хотя через год Multics был уже более надежной системой.

Разработка Multics велась еще довольно долгое время, последний релиз состоялся в 1992 году, и это была версия 12.5, хотя это уже совсем другая история, но Multics оказал огромное влияние на будущий UNIX.

Рождение UNIX

UNIX появился почти  случайно, и виновата в этом  была компьютерная игра «Space Travel» – космическая леталка, которую написал Кен Томпсон. Шел далекий 1969 год, игра «Space Travel» была рассчитана сначала на ту самую операционную систему Multics, а после того, как для Bell Labs был отрезан доступ к новым версиям Multics, то Кен переписал игру на Fortran и портировал ее на операционную систему GECOS, которая прилагалась к компьютеру GE-635. Но тут закрались две проблемы. Во-первых, у этого компьютера была не ахти какая хорошая система для вывода на дисплей, а, во-вторых, играть на этом компьютере было дороговато – что-то около $50-75 в час.

Но однажды Кен  Томпсон наткнулся на комьютер DEC PDP-7, который редко использовался, и вполне мог подойти для запуска Space Travel, к тому же у него был более хороший видеопроцессор.

Портировать игру на PDP-7 было не так просто, по сути, требовалось написать новую операционную систему для ее запуска. За этим дело не стало, на что только не пойдут программисты ради любимой игрушки. Так зародился UNIX, точнее Unics. Название, которое предложил Брайан Керниган, является сокращением от слов Uniplexed Information and Computing System. Напомню, что название Multics произошло от слов Multiplexed Information and Computing Service, таким образом, Unics в некотором роде противопоставлялся Multics в плане простоты. И действительно, на Multics уже тогда были нападки по поводу ее сложности. Для сравнения, первые версии ядра Unics занимали всего 12 кБ оперативки против 135 кБ у Multics.

На этот раз разработчики не стали (пока) экспериментировать с  языками высокого уровня, и первая версия Unics была написана на ассемблере. В разработке Unics приняли участие сам Томпсон, Денис Ритчи, позже к ним присоединились Дуглас Макилрой, Джои Оссанна и Рад Кеннедей. На первых порах Керниган, предложивший название ОС, оказывал только моральную поддержку.

Чуть позже, в 1970 году, когда была реализована многозадачность, операционку переименовали в UNIX и перестали считать сокращением. Именно этот год считается официальным годом рождения UNIX, и именно от первого января 1970 года отсчитывается системное время (количество секунд, начиная с этой даты). Эту же дату называют более пафосно – начало эры UNIX (по-английски – UNIX Epoch). Помните, нас все пугали проблемой 2000-го года? Так вот подобная проблема нас ждет еще в 2038 году, когда для представления времени не будет хватать 32-битных целых чисел, которые часто используются для определения даты, и время с датой станут отрицательными. Хочется верить, что к этому времени весь жизненно важный софт будет использовать для этой цели 64-битные переменные, чтобы отодвинуть эту страшную дату еще на 292 миллиона лет, а там уж что-нибудь придумаем. 

К 1971 году UNIX была уже  полноценной операционной системой и Bell Labs даже застолбила за собой торговую марку UNIX. В этом же году UNIX была переписана для работы на более мощном компьютере PDP-11, и именно в этом году вышла первая официальная версия UNIX (ее еще называют First Edition).

Параллельно с разработкой  Unics/UNIX Кен Томпсон и Денис Ритчи, начиная с 1969 года, разрабатывали новый язык B (Би), который был основан на языке BCPL, а тот, в свою очередь, можно считать потомком языка Algol-60. Ритчи предложил переписать UNIX на B, который был переносимый, хотя и интерпретируемый, после чего он продолжил модифицировать этот язык под новые нужды. В 1972 году вышла вторая версия UNIX – Second Edition, которая была написана практически полностью на B, на ассемблере оставался довольно небольшой модуль примерно в 1000 строк, так что перенос UNIX на другие компьютеры теперь давался сравнительно легко. Так UNIX стал портируемым.

Затем язык B развивался вместе с UNIX, пока из него не родился  язык C, один из наиболее известных языков программирования, который теперь принято  поливать грязью или возносить, как  идеал. В 1973 году вышла третья редакция UNIX со встроенным компилятором языка C, а начиная с 5-й версии, появившейся  на свет в 1974 году, считается, что UNIX был  переписан полностью на C. Кстати, именно в UNIX 1973 года появилось такое  понятие, как трубы (pipe).

Начиная с 1974-1975 годов UNIX начал распространяться за пределы  Bell Labs. Томпсон и Ритчи публикуют описание ОС UNIX в «Communications of the ACM», а компания AT&T предоставляет UNIX образовательным учреждениям как средство для обучения. В 1976 году можно сказать, что произошло первое портирование UNIX на другую систему – на компьютер Interdata 8/32. Кроме того, в 1975 году вышла 6-я версия UNIX, начиная с которой появились различные реализации этой операционки.

Операционная система UNIX оказалась настолько удачной, что, начиная с конца 70-ых годов другие разработчики стали делать подобные системы. Давайте теперь переключимся с оригинальной UNIX на ее клоны и посмотрим, какие еще появились операционные системы благодаря ей.

Появление BSD

Размножению этой операционной системы во многом поспособствовали американские чиновники, еще до рождения UNIX, в 1956 году, наложившие ограничения  на компанию AT&T, которой принадлежала лаборатория Bell Labs. Дело в том, что тогда министерство юстиции вынудило AT&T подписать соглашение, запрещавшее компании заниматься деятельностью, не связанной с телефонными и телеграфными сетями и оборудованием, но к 70-ым годам AT&T уже поняли, какой удачный проект получился из UNIX и захотели сделать его коммерческим. Для того, чтобы чиновники разрешили им это сделать, AT&T передала исходники UNIX некоторым американским вузам.

Одним из таким вузов, имевших доступ к телу исходникам был Калифорнийский университет в Беркли, а если есть чужие исходники, то невольно возникает желание подправить в программе что-нибудь под себя, тем более, что лицензия это не запрещала. Таким образом, через несколько лет (в 1978 году) появилась первая UNIX-совместимая система, созданная не в стенах AT&T. Это был BSD UNIX.

BSD – это сокращение  от слов Berkeley Software Distribution, специальная система распространения программ в исходных кодах с очень мягкой лицензией. Лицензия BSD была создана как раз для распространения новой UNIX-совместимой системы. Эта лицензия разрешает повторное использование исходного кода, распространяющегося под ней, и, кроме того, в отличие от GPL (которого тогда еще не было), не накладывает каких-либо ограничений на производные программы. Кроме того, она очень короткая и не оперирует большим количеством нудных юридических терминов.

Первая версия BSD (1BSD) была скорее дополнением к оригинальной UNIX версии 6, чем самостоятельная  система. В 1BSD был добавлен компилятор Паскаля и текстовый редактор ex. Вторая версия BSD, вышедшая в 1979 году включала в себя такие известные программы, как vi и C Shell.

После того, как  появился BSD UNIX количество UNIX-совместимых систем стало расти неимоверно быстро. Уже от BSD UNIX начали отпочковываться отдельные ветки операционных систем, разные операционные системы обменивались друг с другом кодом, переплетения становились довольно запутанными, поэтому в дальнейшем не будем останавливаться на каждой версии всех UNIX-систем, а посмотрим, как появились наиболее известные из них.

Пожалуй, наиболее известными непосредственными потомками BSD UNIX являются операционные системы  FreeBSD, OpenBSD и, чуть в меньшей степени, NetBSD. Все они произошли от так называемой 386BSD, вышедшей в 1992 году. 386BSD, как можно догадаться из названия, являлась портом BSD UNIX на процессор Intel 80386. Эта система была создана также выпускниками Университета в Беркли. Авторы посчитали, что исходный код UNIX, полученный от AT&T был достаточно сильно изменен, чтобы забить на лицензию AT&T, однако, сама компания AT&T так не считала, поэтому вокруг этой операционной системы шли судебные разбирательства. Судя по тому, что сама 386BSD стала родителем многих других операционных систем, для нее все закончилось благополучно.

Проект FreeBSD (в начале у него не было своего имени) появился, как набор патчей к 386BSD, однако, эти патчи почему-то не были приняты, а затем, когда стало ясно, что 386BSD больше развиваться не будет, в 1993 году проект был развернут в сторону создания полноценной операционной системы, получившей название FreeBSD.

Одновременно с  этим сами разработчики 386BSD создали  новый проект NetBSD, от которой, в свою очередь, ответвилась OpenBSD. Как видите, получается довольно развесистое дерево операционных систем. Целью проекта NetBSD было создание такой UNIX-системы, которая могла бы работать на как можно большем количестве архитектур, то есть добиться максимальной переносимости. Даже драйвера для NetBSD должны быть кроссплатформенными.

Solaris

Однако первой от BSD отпочковалась операционная система  SunOS, детище, как вы понимаете из названия, компании Sun Microsystems, к сожалению, ныне покойной. Это произошло в 1983 году. SunOS – это операционка, которая прилагалась к компьютерам, собранным самой фирмой Sun. Вообще говоря, у Sun за год до этого, в 1982 году, появилась операционка Sun UNIX, которая в своей основе имела кодовую базу Unisoft Unix v7 (Unisoft – это компания, основанная в 1981 году, и занимавшаяся портированием Unix на различное железо), но именно SunOS 1.0 основана на коде 4.1 BSD. SunOS регулярно обновлялась вплоть до 1994 года, когда вышла версия 4.1.4, а затем была переименована в Solaris 2. Откуда взялась двойка? Тут немного получилась запутанная история, потому что Solaris’ом сначала стали называть SunOS версии 4.1.1 – 4.1.4, разрабатывавшиеся с 1990 по 1994 годы. Считайте, что это был своеобразный ребрендинг, который прижился только, начиная с версии Solaris 2. Затем, вплоть до 1997 года выходили Solaris 2.1, 2.2 и т.д. до 2.6, а вместо Solaris 2.7 в 1998 году вышел просто Solaris 7, затем стала наращиваться только эта цифра. На данный момент последняя версия Solaris – 11, вышедшая 9 ноября 2011 года.

История Solaris тоже довольно сложная, вплоть до 2005 года Solaris была полностью коммерческой операционкой, но в 2005 году Sun решили открыть часть исходного кода Solaris 10 и создать проект OpenSolaris. Кроме того, раньше, пока была жива Sun, Solaris 10 можно было использовать либо бесплатно, либо можно было покупать официальную техподдержку. Потом, в начале 2010 года, когда Oracle поглотил Sun, он сделал Solaris 10 платной системой. К счастью, OpenSolaris Oracle угробить пока не смогла.

Linux. Куда ж без него?

А теперь настала  очередь рассказать про наиболее известную из реализаций UNIX – Linux. История Linux замечательна тем, что в ней сошлись сразу три интересных проекта. Но прежде чем говорить о создателе Linux – Линусе Торвальдсе, нужно упомянуть еще двух программистов, один из которых – Эндрю Таненбаум, сам того не ведая, подтолкнул Линуса на создание Linux, а второй – Ричард Столлман, чьими инструментами пользовался Линус при создании своей операционной системы.