1.3 Почему командная строка?

Существует широко распространенное заблуждение, согласно которому графический интерфейс якобы представляет собой высшую и последнюю стадию развития пользовательских интерфейсов, а «командная строка» — это нечто примитивное и малополезное, если не устаревшее.

На самом деле, эта «иерархия» отражает не что иное, как порядок, в котором с двумя основными метафорами организации пользовательских интерфейсов познакомились пользователи персональных компьютеров. Вплоть до начала девяностых ПК были простыми и маломощными, поддержка графики и возможность комфортной работы с оконными графическими системами появилась на них недавно (даже в масштабе стремительно развивающейся информационно-технологической отрасли).

Однако за годы до этого графические интерфейсы уже широко применялись на рабочих станциях — конечно, более дорогом, редком и специализированном оборудовании. Если быть точными, то обе концепции в их более или менее современном виде сформировались примерно в одно время.

В 1967-68 гг. Дуг Энгельбарт представил прототип т.н. WIMP-интерфейса, т.е. интерфейса, использующего понятия окон (windows), пиктограмм (icons), меню (menus) и указателей (pointers), являющихся ключевыми и для сегодняшних графических пользовательских сред.

В 1968-69 гг. Кен Томсон и Деннис Ричи представили первый релиз ОС UNIX, по сути, явившейся прототипом артикулированной системы современных понятий практической информатики, таких, как процессы и файлы, и содержащей непротиворечивый, логичный и лаконичный язык работы с соответствующими им сущностями, который спустя полтора десятка лет стал стандартным пользовательским интерфейсом ОС.

Разумеется, как одна, так и вторая метафорические системы появились не на голом месте, и их родословную можно проследить вплоть до истоков вычислительной техники: до коммуникационной панели первых компьютеров, как вещи твердой и весьма графической (или, во всяком случае, живописной) — это конец сороковых, и до языков управления заданиями в первых программных планировщиках, загрузчиках и ОС — это середина пятидесятых, соответственно. Отметим, что идея управления компьютером как «прибором» — с помощью органов управления (неважно, «в железе» или нарисованных на экране) старше идеи «диалога» при помощи слов.

При этом для большинства пользователей знакомство с «командной строкой» до недавнего времени отягощалось радикальными «кастрацией» и изменением, которым язык стандартной оболочки ОС был подвергнут при разработке упрощенных ОС для ПК (таких, как «СиПи/М», «МС-ДОС» («ПиСи-ДОС») и клонов последней). Ограничиваясь знакомством со средствами «МС-ДОС» и ее командных файлов, о метафоре «командной строки» можно составить лишь весьма превратное и убогое представление.

Для людей старорежимных, начиная от возраста автора (ему чуть за 30) и старше, компьютер удивителен и страшен своей уникальной способностью к символической активности. Мы выросли в мире «глупых» вещей, пассивных или проявляющих свою активность чисто механически (как автомобиль, который может быстро довезти, или же раздавить, если вовремя не увернешься), и неспособных к диалогу в бытовом окружении. К диалогу способны были вещи культуры (книга, картина, симфония) — но опосредованно, в отдельных, отведенных для этого местах, в назначенное время и при тщательном отборе собеседников.

Возможно, пирожное и говорило, по Курту Левину, на своем кондитерском языке «съешь меня», но ничего подобного продемонстрированной нам недавно упаковке, говорящей «купи меня» уже обычным человеческим голосом (причем, с учетом физиоантропометрических данных приблизившегося покупателя), не было. Вещи были «глупыми», сколь бы изощренный ум своих создателей они не воплощали, а умными были только люди.

Автор до сих пор находится под влиянием первого своего опыта в десятилетнем возрасте общения с компьютером, что-то ему ответившим в ответ на введенную строку. Ответившим осмысленно. (Подробностей он не помнит, но, скорее всего, первым ответом было указание на то, что команда содержит синтаксическую ошибку.) Слово страшен выше — не случайно, но, в конце концов, компьютеры были тогда надежно заперты в своих вычислительных центрах.

Роль клетки для этого зверя для очень многих сегодня играет гладкая поверхность «графических интерфейсов», скрывающая диалог. Компьютер, прикрытый таким образом, уже не демонстрирует пугающую символическую наготу. Он реагирует на нажатую кнопку с картинкой — можно успокаивать себя, что это такая хитрая машинка: пылесос после нажатия кнопки сосет, а компьютер — печатает, связано все чисто механически, и никакого человечка, который с изнанки интерфейса посмотрел, куда же ты нажал и определил, что сделать с картинкой, нет.

На самом деле призрак маленьких человечков есть — за кулисами гладкой разрисованной поверхности идет обмен такими же — mutatis mutandis — сообщениями, что озадачили автора, когда он был маленьким. От нынешних маленьких их хотят попрятать, как электрический ток за изоляцией, чтобы не стукнуло. Но в шкафу каждого компьютера, будь он трижды персональный, спрятан скелет искусственного разума, при всей условности последнего выражения.

Существует влиятельная тенденция в современных гуманитарных дисциплинах, получившая распространение в основном в англоязычном мире и связанная с остроумными теориями канадского ученого Маршалла Мак-Люэна, утверждавшего, что письменная («визуальная») культура связана с гипертрофией аналитических функций человеческого интеллекта на определенных стадиях его развития, и что ее сменяет культура «аудиальная», направленная на синтез целого путем рассеивания внимания, и возврат к доиндивидуалистическому, общинному сознанию, от полиса и урба — к «глобальной деревне».

С этой сменой он связывал рост популярности телевидения (и относительное снижение популярности чтения как досуга) и «клип-культуры», а его последователи указывают и на несомненный рост в девяностые популярности «графических пользовательских интерфейсов» компьютеров, причем не только в быту, но и в деловом окружении.

Мак-Льюэн, впрочем, в своем «зондировании» (как он именовал свое творчество, весьма последовательно отказываясь называть свои позднейшие произведения «текстами») был достаточно ироничен, что в гораздо меньшей степени наблюдается в творчестве его последователей.

Разумеется, каждый имеет право, хотя оно особо и не оговорено в Конституции, на персональные фобии, и даже право постфактум рационализировать их в теориях. Однако мы полагаем, что никому не должно быть позволено транслировать эти фобии другим, тем менее — подрастающему поколению.

Компьютеры (и новая генерация «умных» приборов, машин и механизмов, включая промышленные, канцелярские и бытовые) отличаются от всего, созданного человеком ранее, способностью непосредственно манипулировать символами, воспринимать символы и сообщать символы человеку, т.е., в некотором роде вести с ним диалог.

Стоит ли называть это свойство компьютеров и программ «искусственным интеллектом» — отдельный вопрос, но сам факт, по нашему мнению, должен занять одно из основных мест в содержании учебного предмета информатики. В этом смысле, наблюдаемая тенденция к вытеснению программного инструментария, являющего это свойство в самой методически и дидактически откровенной форме, из школьных курсов кажется нам крайне неприятной и нуждающейся в коррекции.

Мы с энтузиазмом относимся к применению графических интерфейсов, как в традиционной сфере компьютерной графики, так и в новых, перспективных приложениях. Картинка часто стоит сотни слов, а энергичный жест способен выразить простую мысль быстро и однозначно.

Однако мысль о том, что пиктограммами и жестами можно заменить полноценный язык, напоминает нам лишь одну из гениальных идей академии наук в Лагадо, описанной Джонатаном Свифтом в «Третьем путешествии Гулливера»:

«А так как слова суть только названия вещей, то автор проекта высказывает предложение, что для нас будет гораздо удобнее носить при себе вещи, необходимые для выражения наших мыслей и желаний».

Глядя на визуально-дизайнерское произведение очередного их последователя, лишь удивляешься: из какого мешка он достал значок, выражающий идею: «Вход с жующими мороженое несовершеннолетними леопардами в темное время суток запрещен»? И почему он думает, что этот значок интуитивно понятен?

«Мне часто случалось видеть двух таких мудрецов, изнемогавших под тяжестью ноши ... При встрече на улице они снимали с плеч мешки, открывали их и, достав оттуда необходимые вещи, беседовали в течение часа».

В Лагадо попытка мудрецов осуществить масштабное внедрение своего изобретения закончилась тем, что:

«Женщины, войдя в стачку с невежественной чернью ... пригрозили поднять восстание, требуя, чтобы языку их была предоставлена полная воля ... так простой народ постоянно оказывается непримиримым врагом науки!»

График нагляден, лишь пока цифры на нем можно разглядеть, а пиктограммы осмысленны только при выборе из немногих вариантов (даже сотню дорожных знаков выучить уже непросто). Для артикулированного и гибкого выражения идей (далеко не все из которых можно нарисовать) и их связи человечество выработало такой инструмент, как языки (естественные и формальные), и замены им пока не предвидится.

1.4 Сеанс работы и команды

Интерфейс оператора ОС представляет собой интерпретирующий язык, конструкции которого могут выполняться непосредственно при их вводе оператором (интерактивный режим) или из файлов (режим выполнения сценариев).

Как и любой язык, язык оболочки команд и ОС нуждается в изучении. Как и при изучении любого языка — естественного или искусственного — первые шаги достаточно трудны. Однако изучить его легче, чем любую развитую систему научной нотации (математической или химической) даже в объеме средней школы, и неизмеримо легче, чем иностранный язык. Вводные курсы в открытые ОС успешно прошли миллионы человек.

Загрузка и разгрузка системы

Изначальный запуск программ, составляющих операционную систему, называется загрузкой ОС, их завершение — ее разгрузкой, а загрузка сразу вслед за разгрузкой — перезагрузкой.

Эти действия относятся к административным, то есть для их выполнения нужно обладать соответствующими полномочиями.

Многопользовательские машины и серверы разгружаются обычно лишь перед ремонтом или модернизацией оборудования, а перезагружаются — после обновления ядра, важных системных программ или библиотек.

Однако на настольных, портативных и мобильных машинах выполнение этих процедур в большинстве случаев делегируется всем пользователям, и нет необходимости регистрироваться в системе в качестве администратора (и даже иметь такую возможность, то есть знать пароль администратора), чтобы выполнить ее разгрузку или перезагрузку. Такие машины часто выключаются по окончании рабочего дня.

На микрокомпьютерах для загрузки системы обычно не требуется выполнять каких-то специальных действий. При включении машины автоматически выполняется следующая последовательность процедур.

Загружается в память и начинает исполняться вшитый загрузчик. Это миниатюрная программа, располагающаяся в энергонезависимой памяти (ППЗУ или флэш) на системной плате, которая пытается загрузить следующую программу-загрузчик с устройства, указанного в настройках (также располагающихся в энергонезависимой памяти). Такими устройствами могут быть сетевой адаптер, фиксированный (жесткий) диск или привод съемного носителя информации (дискеты, CD, DVD или ZIP-диска). Бездисковые машины загружаются с сетевого адаптера (для этого в локальной сети должен присутствовать сервер, предоставляющий по запросу загрузчик). Автономные машины загружаются обычно с фиксированного диска. Со съемного носителя загружаются автономные машины при установке на них новой ОС или проведении восстановительных работ.

Загрузчик ОС (LILO, GRUB или другой) загружает ядро операционной системы. Загрузчик может быть настроен на выдачу перед загрузкой меню, в котором перечислены различные варианты загрузки или даже различные ОС, установленные на фиксированных дисках машины или в локальной сети.

После этого управление передается загруженному ядру операционной системы, которое выполняет запрограммированную последовательность действий, включая собственное конфигурирование (подгрузку модулей), и запуск корневого процесса, запускающего системные сервисы и программы и т.д.

Такая (кажущаяся сложной) трехзвенная последовательность загрузки обеспечивает необходимую гибкость в администрировании машины. Для оператора же она сводится в большинстве случаев к тому, что некоторое время машина активно мигает лампочками сетевого контроллера и/или привода фиксированного диска, а на ее консоль (терминал, подключенный непосредственно к машине) выдается серия диагностических сообщений.

Показателем успешной загрузки системы является вывод на консоль (и на другие терминалы, если таковые имеются) приглашения к регистрации: как правило оно содержит логотип ОС и/или организации, сведения о локальной системе (включая ее имя, тип и тактовую частоту процессора, объем оперативной памяти) и строку «login:».

Некоторые машины настраиваются на автоматический запуск в ходе загрузки графической оконной системы «Икс». В этом случае (а также при регистрации на икс-терминале) приглашение к регистрации будет иметь вид окна с полями «login» (регистрационное имя) и «password» (пароль).

Начиная с момента передачи управления ядру (начала загрузки собственно ОС) машину не следует выключать, не выполнив процедуру разгрузки ОС. Разгрузка ОС и выключение машины описаны в документации. В большинстве случаев самым быстрым (хотя и не самым изящным) способом будет одновременное нажатие клавиш Control-Alt-Del и физическое выключение машины при появлении сообщения и/или логотипа вшитого загрузчика (БИОС).

Вход в систему и выход из системы

Для того, чтобы взаимодействовать с компьютером, нужно зарегистрироваться в ОС. Регистрируясь («входя» в систему) , вы сообщаете системе, что на определенном терминале (реальном или виртуальном) с ней работает определенный пользователь. Система полагает, что пользователь продолжает работу, пока он явным образом не разрегистрируется (не «выйдет» из системы).

Время от входа до выхода из системы называют сеансом работы в ней. Сеансом называют также совокупность команд, поданных пользователем за это время.

Программа регистрации запрашивает регистрационное имя (login) и пароль (password). Регистрационное имя — это имя, под которым пользователь занесен в список пользователей, поддерживаемый в системе. Оно уникально для машины и может быть известно другим пользователям. Пароль — это личный секрет пользователя, он не должен быть известен больше никому.

Пароли нужны для того, чтобы предотвратить регистрацию в системе под чужим именем. На машине, все пользователи которой абсолютно доверяют друг другу, можно устанавливать пустой пароль, тогда для регистрации в системе достаточно будет ввести регистрационное имя. При этом, если машина включена в сеть, таким пользователям должна быть запрещена «удаленная» регистрация (регистрация с других машин).

Регистрационные имена не соответствуют однозначно физическим лицам. Во-первых, целый ряд имен не допускают регистрации под собою вовсе; «от их имени» исполняются системные программы и сервисы.

Во-вторых, одно и то же лицо может регистрироваться на машине «в разных ролях». Если вы сами администрируете систему, то для выполнения административных задач вы регистрируетесь под именем главного пользователя (root). Для решения прикладных задач (чтения почты, получения информации из WWW, редактирования текстов, программирования, чего угодно) вы регистрируетесь под именем «обычного пользователя», учетную запись которого для себя создали.

Выполнять прикладные задачи, зарегистрировавшись под именем главного пользователя (root), нельзя.

Если вы легальный пользователь машины, администрируемой другим лицом, администратор сообщит вам (или предложит выбрать) ваше регистрационное имя и пароль.

Если вы сами администрируете систему, то, скорее всего, уже создали учетную запись для себя при установке системы.

Далее мы обсуждаем пользовательницу Алису, имеющую учетную запись alice на машине wonderland и знающую свой пароль (мы его не знаем).

На алфавитно-цифровом терминале Алиса регистрируется, вводя в ответ на приглашение «login» имя alice и завершая ввод нажатием клавиши Enter, и, затем, вводя свой пароль (пароль при вводе не отображается) и завершая его ввод нажатием той же клавиши (Рис. 1-1).

После этого программа (это уже не программа регистрации, а программа-оболочка операционной системы) выводит подсказку («приглашение»).

Достаточно типичная подсказка изображена выше; она состоит из регистрационного имени и имени машины, разделенных знаком «@» (читается «эт»), за которыми следует имя текущего каталога. Все это заключено в квадратные скобки, за которыми следует символ подсказки «$».

Возможно, на вашей машине строка подсказки выводится в другом формате. Как и почти всё в открытых системах, формат строки подсказки легко настраивается главным пользователем (для всех пользователей машины) или каждым пользователем для себя.

Чтобы получить строку приглашения, зарегистрировавшись в системе с автоматическим запуском оконной системы «Икс» или на икс-терминале, следует запустить программу эмуляции алфавитно-цифрового терминала (например, поставляемую вместе с «Икс» «xterm»). Способ запуска зависит от конкретного оконного менеджера и/или графической среды, его следует узнать из документации или от администратора.

Выдача подсказки означает, что оболочка готова принимать команды. Команда — это строка, которая будет принята к исполнению после того, как пользователь, введя ее, завершит ввод нажатием клавиши Enter.

До того, как клавиша Enter нажата, команда принята не будет. Отменить набираемую команду до нажатия Enter можно, нажав Control-U. Современные оболочки (такие, как «bash») допускают редактирование командной строки до ее ввода. Если при наборе команды допущена ошибка и замечена до нажатия Enter, можно с помощью стрелок переместить курсор на нужное место, удалить ошибочный символ нажатием клавиш Del («удаление», удаление символа над курсором) или Backspace («забой», удаление клавиши слева от курсора) и вставить правильный символ.

Простые команды состоят из одного слова. Возможно, простейшей (и одной из обязательных к заучиванию) является команда «exit». Эта команда приказывает оболочке немедленно завершиться (Рис. 1-2).

Таким образом Алиса завершила свой первый сеанс работы в системе, состоящий из одной команды выхода. Этой командой заканчивается любой сеанс работы в системе, хотя не всегда она подается в явном виде.

Простая команда

Простая команда — это строка, состоящая из:

(необязательных) присвоений значений переменным окружения команды;

(необязательного) имени команды;

(необязательных и допустимых только после имени команды) аргументов команды.

Эти три части команды разделяются промежутками, в качестве которых обычно выступает символ пробела[16]. Отдельные аргументы также разделяются промежутками. Промежутки в начале и конце строки игнорируются, так же, как и дополнительные промежутки (например, второй идущий подряд знак пробела).

Выше мы уже познакомились с командой «exit», которая подавалась (вводилась) без аргументов. Вот еще две команды, которые могут подаваться без аргументов: «date», «cal». Обе они относятся к датам календаря.

Команда «date» (Рис. 1-3) выводит текущую дату и время.

Команда «cal» выводит календарь (Рис. 1-4).

Поданная без аргументов, команда «cal» выводит календарь на текущий месяц. Однако она может вывести календарь и на другой месяц, а также на целый год (Рис. 1-5).

Как мы видим, вывод команды может существенным образом зависеть от аргументов. В данном случае смысл аргументов прозрачен: в первом примере ими были порядковый номер месяца и год, соответствующие месяцу, на который мы хотели получить календарь, а во втором — только год.

Синтаксис (допустимые значения и, во многих случаях, порядок следования) аргументов зависит от конкретной команды, так же, как их семантика (смысл).

Нарушение синтаксиса (синтаксическая ошибка оператора) влечет за собой сообщение об ошибке (Рис. 1-6).

Иногда оператор может ввести команду, корректную синтаксически, но не соответствующую задаче, то есть совершить семантическую ошибку. В следующем примере (Рис. 1-7) Алиса хотела получить календарь на апрель пятого года, но перепутала порядок следования аргументов.

Результатом выполнения команды стал вывод календаря за май 4 г. У программы, исполняющей команду, во многих случаях нет шанса «догадаться» о семантической ошибке. В данном случае Алиса, возможно, заметит свою ошибку, поскольку календарь предваряется названием месяца и года, но далеко не всегда ошибка будет такой очевидной[17].

Ситуация, когда команда, допускающая передачу ей параметров, предполагает некоторые значения этих параметров, если они ей не переданы явно, достаточно типична. В этом случае говорят о поведении команды по умолчанию[18]. Например, команда cal по умолчанию выводит календарь на текущий месяц.

Страницы руководства по простым командам

Текущая версия стандарта на ОС описывает 176 команд. В различных системах их доступно от нескольких десятков до нескольких тысяч, и выучить детали синтаксиса и семантики каждой практически невозможно. Поэтому для систем, поддерживающих мобильность пользователей, стандартом предусмотрена выдача электронных страниц руководства по команде «man»[19]. Например, «man cal» должна вывести информацию, соответствующую приведенной для команды «cal» в Справочных материалах.

В некоторых случаях названия сущностей, описанных в различных страницах руководства, совпадает. Например, названию «link» соответствует не только команда операционной системы, но и системный вызов (используемый программистами). В таком случае можно явно указать номер требуемого раздела. Команды ОС описаны в разделе 1, соответственно, получить страницу руководства по команде «link» можно командой «man 1 link»[20].

В большинстве случаев вывод «man» не поместится на экране терминала. В этом случае вывод будет автоматически пропущен через так называемый фильтр постраничного вывода.

Подобно текстовому редактору, фильтр постраничного вывода отображает текст на экране, позволяет «пролистывать» его вверх или вниз, но без возможности редактирования. В большинстве случаев в качестве фильтра будет выступать либо стандартная команда «more», либо команда «less». В любой из них прекратить отображение можно нажатием клавиши «q», пролистнуть текст на экран вперед — клавишей «f», на экран назад — «b».

1.5 Файлы и файловые структуры

Создание и удаление файлов

Именем файла в открытой ОС может быть любая строка поддерживаемых символов, не содержащая нулевого символа[21] и символа косой черты («/»), но рекомендуется ограничиться символами, входящими в переносимый набор символов имен файлов. Регистр (заглавность или строчность) букв является значимым.

Далее Алиса будет применять имена из символов, входящих в переносимый набор, а также кириллических букв, входящих в русский алфавит (Рис. 1.8).

Создать файл можно командой «touch», указав ей в качестве аргумента имя несуществующего файла. До этого стоит удостовериться, что такого файла действительно не существует, с помощью команды «ls» (сокращение от английского «list» («перечислить»)), выводящей список файлов (если они существуют), имена которых перечислены в качестве ее аргументов (Рис. 1-9).

На Рис. 1-10 среди аргументов, указанных в командной строке, присутствует «-l» («эль»). Аргумент, начинающийся с дефиса, называется ключом команды. Большинство стандартных команд могут применяться с ключами, модифицирующими их действие. Аргумент, не являющийся ключом, называется операндом.

Ключ «-l» задает «длинный» формат вывода команды. Перед списком файлов выводится строка с количеством блоков (обычно 512-байтных), занимаемых перечисленными файлами. Файлу соответствует при этом строка-список из семи полей (они разделены символом табуляции, отображаемым при выводе на экран пробелом или серией пробелов), перечисленных в таблице на Рис. 1-11.

Поле «размер» — это размер или длина файла в байтах. Алиса лишь создала файл, но ничего не записала в него; такой файл имеет нулевую длину и называется пустым файлом.

Тем не менее, у него есть все атрибуты файла, включая время последней модификации (в данном случае «последней модификацией» явилось само создание файла) и собственно имя.

Удалить существующий файл можно командой «rm» с именем файла в качестве аргумента (Рис. 1-12).

Каталоги

Если команда «ls» подается без операндов (т.е. если она подана без аргументов вообще или только с аргументами-ключами), результатом станет вывод списка имен всех файлов в текущем каталоге (Рис. 1-13).

Дело в том, что в виде файлов хранится вся информация в системе — все программы, данные, необходимые для их работы, данные пользователей (включая тексты, изображения, звук), и даже, как правило, само ядро ОС. В минималистической встроенной системе файлов может быть сотни, в типичной настольной системе — тысячи, на сервере, обслуживающем многих пользователей — десятки, сотни тысяч или даже миллионы.

Файлы организуются в файловую структуру, задающую их логическое расположение. Файловая структура открытых ОС является иерархической: файлы содержатся в особых файлах — каталогах, каталоги, в свою очередь, могут содержаться в других каталогах и т.д. Вершиной файловой структуры служит каталог «/», называемый корневым каталогом файловой структуры.

В открытых ОС логическая файловая структура независима от физического размещения файлов на дисках или других носителях. Соответствие физического носителя или его части (раздела жесткого диска) фрагменту файловой структуры системы устанавливается в ходе монтирования этого носителя.

Несъемные носители (например, жесткие магнитные диски), как правило, монтируются в ходе загрузки ОС по предзаданному сценарию, а демонтируются, соответственно, в ходе разгрузки. Съемные носители должны монтироваться после их установки в привод и демонтироваться перед физическим снятием. Монтирование носителя — административная процедура, но на настольных машинах монтирование съемных носителей, как правило, делегируется пользователю, а некоторые современные ОС (в частности, «ГНУ/Линукс») позволяют его автоматизировать.

Файловую структуру можно представить в виде дерева с корнем в корневом каталоге и вершинами во вложенных каталогах. На рис. 1-14 пример такого дерева изображен в частично развернутом виде.