Рождение и развитие Unix

_{Томпсон (сидит) и Ритчи работают на PDP-11, 1972 год.}

Период 1968-69 гг. был достаточно неопределенным для Bell Labs: проект операционной системы с разделением времени Multics (Multiplexed Information and Computing Service), разрабатываемый с 1964 года для дорогой 36-битной ЭВМ GE-645, не имел четких перспектив и целей, а лишь разрастался в размерах и сложности, всё ясней был виден его предполагаемый провал. В конце концов, American Telephone & Telegraph вышла из проекта, в который за пять лет были вложены миллионы долларов.

Однако, некоторые из инженеров, работавших над Multics — Кен Томпсон, Деннис Ритчи, Малкольм Дуглас Макилрой, Джозеф Оссанна — ощущали необходимость в продолжении работы над подобным проектом, и не хотели терять ту уютную рабочую атмосферу, которая успела сформироваться. Поэтому во время 1969 года они начали искать альтернативу Multics: Оссанна, Томпсон, Ритчи пытались протолкнуть покупку машины средней мощности, для которой группа обещала написать операционную систему. Предлагаемые ЭВМ DEC PDP-10 и Sigma 7 не были приобретены, и хотя несколько раз ситуация была на грани получения нужного оборудования, было вполне очевидно, что команда просит слишком крупную сумму для проекта с расплывчатым планом, тем более, что после провала Multics операционные системы стали не настолько привлекательной сферой. Поэтому Томпсон (в основном это была его задумка), Кэнэдэй и Ритчи (привнесший идею файлов-устройств) разработали на обычных черных учебных досках и бумагах устройство файловой системы, которая позже стала сердцем Unix.

Начало работы

Томпсон написал для Multics симуляцию производительности предлагаемой файловой системы и страничного поведения программ, начал работу над новой операционной системой для GE-645. Он разработал ассемблер для машины и рудиментарное системное ядро, способное лишь выводить приветственное сообщение. Сложность оборудования делала заметным достижение Томпсона, однако, как только выяснилось, что 645-ая серия в Bell Labs будет продолжать работать от силы несколько месяцев ввиду выхода из проекта Multics, работа была прекращена.

Также в 1969 году Томпсон написал игру Space Travel для Multics, пока ещё имел к ней доступ, а потом на Fortran для GECOS, операционной системы машин GE-635. Игра представляла собой всего лишь симуляцию движения основных тел Солнечной системы, среди которых игроку предлагалась провести корабль и приземлиться на планетах и их лунах. Игра в версии для GECOS имела два основных недостатка: высокая цена вычислительного времени ($75 за игру) и подтормаживания графики. Поискав, Кен нашел немного использовавшийся PDP-7 с отличным экраном, раньше машина использовалась как терминал Graphic-II для проекта анализа цепей.

Ритчи и Томпсон переписали игру для запуска на этой машине. Работа над этой маленькой игрой была куда более важной, чем может показаться: поскольку они проигнорировали существующее программное обеспечение, приходилось писать пакет для обработки чисел с плавающей запятой, спецификации графических символов и систему отладки самостоятельно. Всё это было написано на GECOS на кросс-ассемблере для PDP-7, и процесс переноса ассемблерного кода на перфокартах использовался в дальнейшем для реализации файловой системы, проект которой уже был разработан.

Летом 1969 года жена Кена уехала к его родителям, чтобы показать новорожденного сына, и Томпсон с головой ушел в работу. Вместе с файловой системой новой операционной системы появился маленький набор пользовательский программ: копирование, печать, удаление, редактирование и, конечно, интерпретатор команд, командный процессор. После доработки ассемблера отпала необходимость писать на GECOS и переносить файлы перфолентой. Хотя название Unix как отсылка к Miltics появилось только в 1970 году как шутка Брайана Кернигана на тему того, что новая система поддерживала лишь пользователя Томпсона, и поэтому должна носить название Un-multiplexed Information and Computing Service, операционная система уже родилась и жила.

Файловая система Unix для PDP-7 имела линейный массив индексных дескрипторов, каждый из которых описывал файл, директории (особый файл, содержащий имена и ассоциированный индекс), особые файлы, описывающие устройства. Вызовы файловой системы тоже не слишком отличаются от сегодняшних: read, write, open, creat, close. Отличие было в том, что единицей ввода-вывода в PDP-7 было машинное слово, а не байт. Примитивная по сегодняшним меркам операционная система предоставляла более удобную среду разработки, чем существовавшие аналоги. Всё очевиднее становилось, что изначально устаревшая PDP-7, накладывающая множество раздражающих ограничений на работу новой операционной системы, не сможет удовлетворить нужды для дальнейшего развития, как и вся серия машин PDP-7, а разрешать закупку нового оборудования руководство вряд ли решится.

Оссанна, тогда и до конца его дней увлеченный текстовым процессингом, предложил схитрить и попросить у начальства новейший микрокомпьютер компании DEC — PDP-11 — для создания инструментов редактирования и форматирования текста. А факт того, что для его создания потребуется написать операционную систему, шел почти что как сноска. Запрашиваемая сумма была куда меньше, чем ранее — всего 65 тыс. долларов.

Предыдущие расплывчатые предложения встречались с неодобрением, это же было слишком узко́. Не сразу, но начальство клюнуло, уже в мае 1970 года благодаря усилиям Макмахона был произведен заказ на PDP-11. Машина прибыла в конце лета, но продукт был настолько новым, что накопительный диск пришлось ждать до декабря. Всё это время Томпсон, Ритчи и остальные продолжали работать над Unix на PDP-7. В это время новенький PDP-11 три месяца обсчитывал ходы коня на доске 6×8.

Лишь после установки накопителя PDP-11 всё усложняющаяся операционная система была переписана на новую машину. У версии Unix для PDP-11 не имелось особых преимуществ относительно версии для устаревшей машины. К примеру, всё так же не было многозадачности: лишь одна пользовательская программа могла находиться в ядре. Размеры системы были невелики: 24 килобайта ОЗУ (16 килобайт для операционной системы и 8 килобайт для пользовательских программ), диск с тысячей блоков (512 килобайт). Файлы были ограничены размером в 64 килобайта.

Затем была переписана программа roff, текстовый процессор, написанный Осанной. Впервые Unix испытали вне Bell Labs при работе в патентном отделе AT&T, где требовалось редактировать и форматировать заявки на патенты. В тот момент Unix-система имела преимущества над испытываемой в это же время в патентном отделе коммерческой системой редактирования текста: во-первых, Unix имела поддержку 37-ой модели терминалов Teletype, которая была в состоянии отпечатать любые математические символы, которые им требовались, во-вторых, в roff быстро добавили возможность нумеровать страницы.

Во время второго полугодия 1971 года группа осуществляла поддержку трех машинисток и пыталась продолжать работу в свободное время. Unix получила хорошую репутацию за поддержку интересных функций на скромном оборудовании, и система была принята к использованию в патентном отделе AT&T, что давало возможность группе убедить руководство заказать ещё одну машину: другую модель PDP-11 — PDP-11/45, ещё более мощную, чем уже купленная.

В ранние годы Unix постоянно изменялась и эволюционировал, поэтому не было смысла выпускать версии или релизы, хотя периодически выпускались издания программисткого руководства, и ранние системы Unix носили названия этих изданий. Первое издание датируется ноябрем 1971 года.

Языки программирования высокого уровня

Каждая программа для Unix в версии PDP-7 писалась на очень слабом ассемблере — к примеру, не было макрокоманд. Первым интересным языком был TMG Макклура, реализованный Макилроем. Потом Томпсон решил, что нельзя предлагать компьютерную систему без Фортрана, поэтому он начал писать Фортран в TMG, но намерение реализовать его продлилось неделю. То, что он сделал, было компилятором для нового языка B. Новый язык испытал сильное влияние BCPL, вкуса Томпсона к спартанскому синтаксису и скромные размеры места для компилятора, который производил простой и медленный, но исполняемый код, что сделало жизнь программистов легче. Позже кросс-компилятор PDP-7 для PDP-11 был написан на B, и постепенно компилятор для PDP-7 был транслитерирован из TMG в B. С прибытием PDP-11 почти сразу же на ней был настроен B. Ещё до прибытия накопителя для PDP-11 был написан калькулятор.

Над переписыванием операционной системы на B не особо задумывались, даже ассемблер для новой машины переписывался на ассемблере, поскольку интерпретируемый код был слишком медленным. Также стояла проблема несоответствия ориентированного на машинное слово B и PDP-11 с байтовой адресацией.

Поэтому в 1971 году была начата работа над тем, что стало языком C. Всем прекрасна известна связь BCPL → B → C, и нет смысла повторять её, стоит лишь отметить, что в 1973 году ядро операционной системы было переписано на C, и Unix приобрел черты своих современных версий. Было ещё множество внешних изменений, и внутреннее строение системы стало более рациональным и простым. Успех попытки подтвердил, что C является полезным и практически универсальным инструментом для системного программирования, а не игрушкой для простых приложений. Сегодня лишь самые важные программы Unix-подобных систем пишутся на ассемблере, почти все утилиты и приложения написаны на C.

Дальнейшее развитие

Годами Unix оставалась лишь исследовательским проектом Bell Labs, но в 1973 году авторы представили систему на симпозиуме Ассоциации по вычислительной технике, и запросы на предоставление копий посыпались сразу же. Это ставило AT&T в крайне неудобное положение: ещё в 1956 году монополист связи был ограничен от продажи продуктов и услуг, не связанных напрямую с телефонами и телекоммуникациями, и поэтому Unix не могла продаваться. Именно этим мы обязаны выпуску исходных кодов ранних версий практически всем желающим без поддержки, рекламы и исправлений.

И такая политика дала свои плоды: поклонники операционной системы уже тогда начали общаться и собираться вместе для обмена опытом, исправлениями и багфиксами, новыми инструментами и улучшениями системы. К популярности Unix в конечном счете привели не только простота, элегантность её устройства, востребованность и портируемость, но и формирование сплоченного комьюнити Usenix. Сообщества формировались не только в США, но и в Австралии (в университете Нового Южного Уэльса и Сиднейском университете), и все они обменивались магнитными лентами с новыми программами или исправлениями для системы. К середине 70-х годов именно это окружение сформировало современные традиции сообщества open-source.

Однако, чем популярнее становилась Unix, тем пристальнее юристы AT&T следили за несколько фривольным поведением лицензиатов. К примеру, Джон Лайонс, преподающий в университете Нового Южного Уэльса, в 1977 году опубликовал одну из самых известных книг всех времен «Комментарии к операционной системе Unix», которая включала и исходные коды. Условия лицензирования допускают обмен исходниками, поэтому вначале книга Лайона продавалась только лицензиатам. В 1979 году AT&T ужесточила наказание за использование книги в учебных классах, и нет ничего удивительного в том, что книга стихийно начала копироваться самиздатом, порой, фотокопии фотокопий имели практически нечитабельное состояние.

Юристы AT&T следили и за жизнью в Bell Labs. К примеру, между изданием шестого издания Unix в 1975 году и седьмого в 1979 Томпсон собрал из внешних и внутренних источников Bell Labs десятки важных исправлений для системы, которые собирался вбросить в пользовательскую базу. Юристы компании запретили ему это делать, поскольку это было бы формой поддержки. Но корректоры ошибок всё равно стали доступны: Лоу Кацу, основателю и презиенту Usenix, однажды позвонили и сообщили, что если он дойдет до одного места в Маунтайн авеню (где и находится Bell Labs) в 2 часа дня, он найдет что-то интересное. И разумеется, Кац нашел магнитную ленту с исправлениями, которые немедленно попали в руки бесчисленного числа пользователей.

80-е. Ответвления

После разрушения монополии Bell System компания AT&T более не была связана путами соглашения 1956 года. Одновременно с этим развивались многочисленные ответвления Unix, в первую очередь версия университета Беркли, которая была тщательно вычищена от кода AT&T, чтобы сделать её свободно распространяемой. После суда в 1992 году AT&T против университета Беркли законный статус Unix-клонов был подтвержден.

Если бы исходные коды Unix не были бы доступны общественности, Линус Торвальдс, как он сам говорит, вряд ли бы создал Linux, который был написан с нуля в начале 90-х. Сегодня именно Linux несет крест отошедшую на задний план Unix, и управляет всем: от мобильных телефонов до суперкомпьютеров.

К концу 70-х Unix распространялась в академических кругах словно дешевый наркотик. Пик её популярности пришелся на ранние 90-е. По ряду причин он уступил целому семейству коммерческих и некоммерческих ОС, но его элегантное наследие продолжает активнейшим образом развиваться. Сегодня можно говорить, что Unix была самой популярной и влиятельной операционной системой в истории, сформировавшей вокруг себя мыслящее по-новому сообщество.

По материалам «The Evolution of the Unix Time-sharing System ^[1]» Денниса Ритчи и статьи Уоррена Томи ^[2].

Автор: FakeFactFelis