Учебно-методическое пособие для студентов уровня основной образовательной программы всех направлений подготовки кафедры асу тусур



Скачать 233.63 Kb.
Pdf просмотр
Дата09.11.2016
Размер233.63 Kb.
Просмотров128
Скачиваний0
ТипУчебно-методическое пособие

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
Кафедра автоматизированных систем управления (АСУ)
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой АСУ, профессор
А.М. Кориков
Учебный программный комплекс кафедры АСУ на
базе ОС ArchLinux
Учебно-методическое пособие
для студентов уровня основной образовательной программы всех направлений подготовки кафедры АСУ ТУСУР
Разработчик доцент кафедры АСУ
В.Г. Резник
2016

2
Резник В.Г.
Учебный программный комплекс кафедры АСУ на базе ОС ArchLinux.
Учебно-методическое пособие. – Томск, ТУСУР, 2016. – 33 с.
Учебно-методическое пособие предназначено для предварительного изуче- ния учебного программного комплекса студентами, выполняющими лаборатор- ные и практические работы в учебных компьютерных классах кафедры АСУ
ТУСУР.

3
Оглавление
Введение........................................................................................................4
1 Назначение и использование ОС УПК АСУ...........................................5
1.1 Структура дистрибутива ОС УПК АСУ................................................6 1.2 Загрузка ОС УПК АСУ с устройства flashUSB....................................7 1.3 Проверка работоспособности прикладного ПО УПК АСУ................11
2. Загрузка ОС УПК АСУ с использованием ПО GRUB2.......................16
2.1 Краткая характеристика BIOS компьютера.......................................17 2.2 Краткая характеристика UEFI компьютера.......................................18 2.3 Краткая характеристика ПО GRUB2.................................................19 2.4 Установка ПО GRUB2 на flashUSB....................................................20 2.5 Файл конфигурации grub.cfg..............................................................27 2.6 Аварийный вариант ОС УПК АСУ......................................................30
3. Контроль выполнения работ...............................................................32

4
Введение
Данное методическое пособие содержит ученый материал, являющийся вводной частью по изучению и применению учебного программного комплекса кафедры АСУ, созданного на базе операционной системы ОС ArchLinux.
С целью унификации этого технического решения, отражающего отличия его отличия от порождающего оригинала, будет использоваться сокращение:
ОС УПК АСУ.
Весь учебный материал содержит знания обязательные для изучения всеми студентами кафедры АСУ, проходящими выполение практических и лабораторных работ с помощью этого комплекса, в пределах компьютерных классов кафедры АСУ ТУСУР.
В учебно-методическом пособии дано общее описание ОС УПК АСУ,
достаточное как для индивидуального запуска ОС, так и для изучения требований по выбору темы обучения, оформлению отчетов проведенных работ и сдаче их на контроль преподавателю.
Изучение этого материала является обязательной методической частью каждой первой лабораторной или практической работы для любой дисциплины,
изучаемой на базе ОС УПК АСУ. Соотвественно, сам материал содержит общие положения и правила, которые студент должен знать и постоянно выполнять.
Индивидуальные настроеки ОС УПК АСУ, применительно к конкретным дисциплинам, изложены в соответствующих методических руководствах по лабораторным и практическим работам.
Методический материал изложен в трех разделах.
Первый раздел содержит общее описание назначения и структуры всей системы, а также правила и варианты его запуска ее в учебных классах кафедры
АСУ. Основная цель данной части - обеспечить обучающегося знаниями и навыками подготовки личного рабочего места для успешного выполнения последующих учебных работ по конкретной дисциплине.
Второй раздел содержит техническую информацию, которая обеспечивает успешный запуск и дальнейшее использование ОС УПК АСУ. Здесь даются общие сведения о BIOS и UEFI компьютера и способы загрузки операционных систем с помощью универсального загрузчика GRUB2. Дополнительно содер- жится материал о специальных требованиях к файлам конфигурации загрузчика и способам установки его на flashUSB студента.
Третий раздел описывает краткие требования к подготовке студентом отчетных материалов по изучаемым дисциплинам и правилам их контроля преподавателем.

5
1 Назначение и использование ОС УПК АСУ
ОС УПК АСУ предназначена для проведения лабораторных и практических ра- бот по всем дисциплинам, которые осуществляются в компьютерных классах кафедры АСУ ТУСУР и для которых подготовлен соответствующий учебно- методический материал. Примерами таких дисциплин являются:

Операционные системы.

Современные операционные системы.

Архитектура вычислительных комплексов.

Современные компьютерные технологии.

Программное обеспечение ЭВМ и сетей.
На ЭВМ, в компьютерных классах кафедры АСУ, в основном установлены ОС
MS Windows, а также дополнительное прикладное и инструментальное ПО,
необходимое для проведения различных учебных работ. В такой ситуации, уста- новка и сопровождение альтернативного ПО, необходимого для целей обучения,
вызывает серьезные затруднения. Чтобы решить эту проблему, был разработан
Live-дистрибутив на основе ОС Linux (ArchLinux), который располагается в виде набора файлов среди ПО ОС MS Windows и запускается с личных flashUSB студентов. Такой подход не требует установки ОС в отдельные специальные разделы «жестких дисков» компьютеров. Он также может быть использован на личных компьютерах студентов без серьезной опасности повредить установленную ранее ОС.
Минимальными требованиями, которыми должены обладать студенты, про- ходящие обучение с использованием ОС УПК АСУ, ограничены следующими положениями:

иметь
личные данные для авторизации на компьютерах кафедры АСУ;

уметь
включать компьютер и проходить процедуру авторизации;

знать
место хранения личных данных на серверах кафедры АСУ;

иметь
личное устройство flashUSB и уметь пользоваться им.
Общий порядок действий, постоянно выполняемых обучающимся, предпо- лагает:

запуск ОС УПК АСУ и проверку ее работоспособности;

выбор и подключение личного архива изучаемой дисциплины;

изучение методического материала и выполнение лабораторной или прак- тической работы в соответствии с текущим заданием;

отражение результатов работы в личном отчете;

проведение архивных действий после выполненной работы и завершение работы с ОС УПК АСУ, посредством выключения компьютера.

6
Для успешного выполнения указанных действий обучающийся должен хоро- шо изучить:

местоположение и файловую структуру
ОС УПК АСУ: в пределах фай- ловых систем ОС MS Windows и ОС УПК АСУ;

местоположение и состав
учебно-методического материала всех лабо- раторных или практических работ;

подготовить личный flashUSB
для выполнения предусмотренных работ;

освоить способы архивации личных данных
, включающих архив рабочей среды и индивидуальный отчет по выполненным работам.
1.1 Структура дистрибутива ОС УПК АСУ
Структура дистрибутива ОС УПК АСУ по разному видна из среды ОС MS
Windows и среды ОС Linux.
Блочные устройства
MS Windows
имеют буквенные обозначения:
a:, b:, …, z:
Корневая файловая система ОС расположена на устройстве
с:
Все ПО УПК АСУ находится в директории
c:\asu64upk
Блочные устройства
ОС УПК АСУ
имеют другие обозначения:
/dev/sda,
/dev/sdb, …, /dev/sdz
Разделы блочных устройств, например для устройства
/dev/sda
, обозначаются:
/dev/sda1, /dev/sda2, /dev/sda3, ...
Корневая файловая система ОС, видимая пользователю, обозначена
/
Все ПО ОС УПК АСУ находится в директории
/run/basefs/asu64upk
Содержимое директории
asu64upk
, называется
дистрибутивом ОС УПК АСУ
Наиболее важные компоненты этого дистрибутива приведены в таблице 1.1.
Следует изучить и запомнить назначение и местоположение этих компонент дистрибутива, поскольку они используются во всех методических материалах,
описывающих работу ОС УПК АСУ.
После изучения структуры дистрибутива, следует перейти к изучению подраз- дела 1.2 данного руководства, описывающего порядок запуска ОС.
Замечание
Название директории дистрибутива может быть изменено для новых версий ОС УПК
АСУ, поэтому следует проконсультироваться с преподавателем.
В директории дистрибутива
asu64upk
находится файл upk_asu.pdf, содержащий учебный материал данного пособия. Этот файл можно изучать как в среде MS
Windows, так и в среде ОС УПК АСУ.

7
Таблица 1.1. Назначение компонент дистрибутива ОС УПК АСУ
Компонента Описание компоненты
boot
Директория, содержащая ПО ОС УПК АСУ, кроме учебного мате- риала по дисциплинам:
vmlinuz-linux -
ядро ОС
, используемое во всех вариантах запуска
ПО ОС УПК АСУ;
initramfs-upkasu3.img -
временная файловая система
для запуска
ОС в варианте УПК АСУ.
upkasu
asufs.ext4fs, usrfs.sfs — файлы архивов
корневой ФС
дистрибути- ва ОС УПК АСУ.
opt
Директория для дополнительного, обычно инструментального ПО, для различных дисциплин. Конкретное назначение этого ПО описывается в отдельных методических руководствах.
themes
Директория для размещения дополнительного учебного материала.
Учебное задание
Запустить компьютер в среде ОС MS Windows и убедиться в наличии
на диске C:
директории
asu64upk
и компонент дистрибутива ОС УПК АСУ, согласно списка таблицы 1.1.
1.2 Загрузка ОС УПК АСУ с устройства flashUSB
Загрузка ОС УПК АСУ осуществляется с личного flashUSB студента.
Как подготовить личный flashUSB описано в разделе 2 данного руководства.
При выключенном питании компьютера, вставить в разъем USB личный flashUSB студента и
включть питание компьютера
Нажимая клавишу
F2
(
Del
), добится появления меню BIOS, в котором указать загрузку с flashUSB (обычно, необходимо перейти в пункт меню:
boot
). После этого, нажать клавишу
F10
, обеспечивая
запоминание текущих настроек BIOS
и загрузку ОС с flashUSB студента
В результате указанных действий, на мониторе компьютера должно появятся две строки меню:
Загрузка ОС УПК АСУ с 1 раздела жесткого диска
Загрузка аварийного варианта ОС с личного flashUSB
Следует выбрать первую строку меню и нажать клавишу
Enter
. После этого,
произойдет загрузка ОС УПК АСУ и на экране монитора компьютера появится изображение, показанное на рисунке 1.1.

8
Рисунок 1.1 — Экран компьютера после загрузки ОС УПК АСУ
Замечание
Ряд значков, которые отображаются на рабочем столе, могут отличаться от значков,
показанных на рисунке 1.1. Эти отличия обусловлены разным составом и метками файловых систем компьютера, с которого загружается ОС УПК АСУ.
Сам факт появления экрана, показанного на рисунке 1.1, говорит о следующем:

загружена
ОС УПК АСУ
в многопользовательском графическом режиме;

осуществлен вход
в сессию пользователя
asu
без ввода пароля;

открыта сессия
пользователя
asu
Для целей обучения ОС УПК АСУ имеет двух пользователей:

пользователь
asu
с паролем
upkasu
предназначен для контроля загрузки
ОС, также подключения/отключения личных архивов студентов;

пользователь
upk
с паролем
upkasu
предназначен для выполнения теку- щего задания в пределах выбранной темы (
изучаемой дисциплины
) и под- готовки личного отчета о проделанной работе.
Подключение темы обучения осуществляется активацией, с помощью мыши,
значка «
Подключение темы
», расположенного на рабочем столе. В результате этого действия появится окно терминала, как показано на рисунке 1.2, с предло- жением ввести имя доступной темы обучения.

9
Рисунок 1.2 — Список доступных тем обучения
После ввода имени темы, идет проверка наличия архива студента:

вариант ошибки
подключения темы показан на рисунке 1.3;

случай успешного подключения
темы показан на рисунке 1.4.
Рисунок 1.3 — Ошибочное указание имени темы

10
Рисунок 1.4 — Успешное подключение темы обучения
После успешного подключения темы обучения, следует выйти из сессии пользователя
asu
и войти в сессию пользователя
upk
Учебное задание
Освоить загрузку
ОС УПК АСУ с использованием личного flashUSB.
Убедиться
в работе функции «
Подключение темы
».
Изучить
общую функциональность панели рабочего стола, которая становится доступной при перемещении курсора мыши в нижнюю часть экрана.
Освоить
выход из сессии пользователя
asu
и вход в нее по паролю.
Изучить
структуру «
Главного меню
» рабочего стола, которое находится в левой части панели.
Освоить
выключение и перезагрузку компьютера, используя функции панели рабочего стола.
Выполнить
проверку прикладного ПО УПК АСУ, используя методический мате- риал подраздела 1.3 данного пособия.
Замечание
Данное методическое пособие описывает ПО УПК АСУ, созданное на базе 64-битного дистрибутива
ОС Arch Linux
. Студенты, использовавшие предыдущие версиях ОС,
должны учесть особенности этой версии ПО.

11
1.3 Проверка работоспособности прикладного ПО ОС
УПК АСУ
Все прикладное ПО УПК АСУ можно разделить на две части:

базовое ПО
, основанное на desktop-дистрибутиве ОС ArchLinux, дос- тупное пользователю
asu
сразу, после загрузки ОС, и достаточное для ор- ганизации, на его основе, офисной рабочей станции;

тематическое ПО
, которое представляет архив рабочей области пользо- вателя
upk
, доступный пользователю только после выполнения описанной выше процедуры подключения соответствующей темы обучения.
Учебный материал данного пособия ориентирован на изучение элементов
ба-
зового ПО
, достаточного для начала работы студента в среде ОС УПК АСУ.
Тематическое ПО
изучается в пределах отдельных дисциплин, обеспеченных соответствующим методическим материалом.
На рабочем столе, в левой части экрана, имеется значек с именем
upk_asu.pdf
Этот файл содержит текст данного учебно-методического пособия.
«
Кликнув
» левой кнопкой мыши на этом файле, мы запустим приложение
evince
, которое обеспечит просмотр текста, как это показано на рисунке 1.5.
Для работы с файловой системой используется файловый менеджер Thunar.
Функции его достаочно разнообразны:

просмотр
директорий файловой системы ОС УПК АСУ;

монтирование
и
демонтирование
файловых систем компьютера;

подключение
flashUSB студента и
безопасное извлечение его
;

контестный настраиваемый запуск
приложений;

запускать
текстовый редактор mousepad для изменения текстовых фай- лов;

запускать
графический редактор LibreOffice для изменения графических файлов в форматах
*.doc
и
*.odt
Для примера, активировав мышкой значек «
Домашний каталог
», мы запустим менеджер файлов Thunar, как показано на рисунке 1.6, который отобразит содержимое корня рабочей области пользователя
asu
Замечание
Ответственность
за работу с файловыми менеджерами полностью лежит на студенте, поэтому не следует опрометчиво выполнять действия, последствия которых недостаточно понятны!!!

12
Рисунок 1.5 — Просмотр документа с помощью evince

13
Рисунок 1.6 — Файловый менеджер Thunar
Значительную часть учебных работ студенту приходится выполнять в «ко- мандной строке», взаимодействуя с интерпретатором команд shell или запуская различные его сценарии. Для этих целей используется окно терминала, открыть которое можно активируя соответствующий значек, расположенный в левой части панели рабочего стола пользователя.
Общий вид окна терминала, после его запуска показан на рисунке 1.7. Хоро- шо видно, что окно содержит курсор, куда будет вводится команда языка shell, а перед кусором имеется префикс, содержащий имя пользователя запустившего окно терминала, имя компьютера, на котором работает подьзователь, имя текущей директории, где пользователь расположен, и указатель начала ввода команды:
$
- для обычного пользователя;
#
- для суперпользователя
root
Рисунок 1.7 — Общий вид окна терминала после его запуска

14
В процессе выполнения учебных работ студент будет использовать различные виды прикладного ПО. Часто, запускаемые им команды требуют:

предварительного перемещения
по файловой системе ОС;

запуск команды
от имени суперпользователя
root
Для более наглядной работы с файловой системой ОС, в окне терминала следует запустить файловый менеджер Midnight Commander. Такой запуск осу- ществляется командами:

mc, для текущего пользователя;

sudo mc, от имени суперпользователя
root
На рисунках 1.8 и 1.9 показаны результаты таких запусков, основное внешнее отличие которых — разные виды подсказок в командной строке менеджера
mc
Рисунок 1.8 - Файловый менеджер mc, запушенный пользователем asu
Рисунок 1.9 - Файловый менеджер mc, запушенный пользователем root

15
Изучение перечисленных выше приложений — вполне достаточно как для начала работы с ПО ОС УПК АСУ, так и для изучения учебного материала, из- ложенного в разделе 2 данного пособия.
Учебное задание
Освоить работу приложений
ОС УПК АСУ, описанных
в данном подразделе
учебного пособия.
Перейти к изучению учебного материала
, изложенного
во втором разделе
данного пособия.

16
2. Загрузка ОС УПК АСУ с использованием ПО GRUB2
Все учебные работы, выполняемые в среде ОС УПК АСУ, требуют использо- вания личных flashUSB студента. Такой подход обусловлен двумя причинами:

стремлением минимизировать затраты на установку и сопровождение ПО
ОС УПК АСУ;

желанием обеспечить для каждого студента возможность формирования и сохранения личной рабочей среды, специализированной для выполнения работ по изучаемой дисциплине.
Личный flashUSB студента должен обеспечивать:

загрузку ОС УПК АСУ на компьютерах учебных классов кафедры АСУ;

загрузку ОС на компьютерах как с архитектурой BIOS, так и с архитек- турой UEFI;

самостоятельную загрузку ОС в автономном (аварийном) режиме: без установки ПО ОС УПК АСУ на внешние носители компьютера.
Предъявленные требования к flashUSB студента обеспечиваются:

созданием на ней нужной структуры блочного устройства;

форматированием ее раздела в соответствии с требованиями UEFI;

установкой на устройство универсального загрузчика GRUB2;

копированием на нее минимального варианта ПО ОС УПК АСУ.
Физические требования к такой flashUSB ограничены:

возможностью доступа к ней
на уровне BIOS или UEFI компьютера
;

объемом хранимой информации
не менее 2 Гбайт
Замечания
Подготовка личного flashUSB студента предполагает:

работу в уже загруженной ОС УПК АСУ;

использование знаний и навыков, получаемых при изучаении дисциплины «Операционные системы».
Учитывая указанные особенности, предполагаются следующий порядок изуче-ния и использования учебного материала данного раздела:

учебный материал изложен в справочной форме, отражающей особеннос-ти текщей версии ПО ОС УПК АСУ;

студенты, имеющие опыт и навыки работы с ПО GRUB2, подготавливают личные flashUSB самостоятельно, учитывая требования и ограничения,
изложенные в данном разделе;

студенты, не имеющие опыт работы в среде ОС УПК АСУ, передают пре- подавателю личные flashUSB, для установки на них ПО GRUB2, и про- должают изучение учебного материала данного раздела, рассматривая его как часть будущей лабораторной работы по изучаемой дисциплине.

17
Общая структура учебного материала данного раздела следующая:

первые три подраздела
содержат соответственно краткие характеристики
BIOS компьютера, его современного расширения UEFI и ПО GRUB2;

четвертый подраздел
описывает процедуры создания нужной структуры блочного устройства flashUSB и установку на него ПО GRUB2;

пятый подраздел
дает описание файла конфигурации
grub.cfg
, учитываю- щий особенности запуска и применения ПО ОС УПК АСУ;

шестой подраздел
посвящен вопросам создания на личном flashUSB
студента аварийного варианта ОС УПК АСУ.
2.1 Краткая характеристика BIOS компьютера
На соотвествующем историческом этапе развития архитектуры компьютеров появился BIOS, который является программным обеспечением, расположенным на материнской плате компьютера в микросхемах EEPROM и NVRAM.
BIOS
Basic Input/Output System
— базовая система ввода-вывода.
EEPROM
Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
— электри- чески стираемое перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство.
NVRAM
Non Volatile Random Access Memory
энергонезависимая память или любое устройство компьютерной памяти, сохраняющее данные независимо от подачи на него питающего напряжения.
Справочную информацию по ПО BIOS можно найти в инструкции, которая прилагается к материнской плате, во время ее покупки. Но, поскольку,
современные компьютеры покупаются с уже установленной материнской пла- той, то такой инструкции может не быть или она слишком краткая и не дает полной информации. В этом случае, следует воспользоваться сайтами, специа- лизированными на описание BIOS и аппаратуры ЭВМ.
ПО BIOS начинает работать сразу, после включения питания компьютера, и вы- полняет процедуры, известные как
Power-On-Self-Test
или
POST
. После завер- шения этих процедур, ПО BIOS делает небольшой тайм-аут, который позволяет нажатием определенных клавиш запустить программу, изветную как
BIOS
Setup
. Наиболее распространенные комбинации таких клавиш —
Del
,
F2
или
Esc
Программное обеспечение BIOS Setup обычно имеет текстовый интератив- ный интерфейс, использующий псевдографику. Он позволяет произвести раз- личную настройку аппаратного обеспечения компьютера. Однако следует заме- тить, что неверные настройки BIOS
могут не только нарушить работу компьютера, но даже могут вывести его из строя.

18
Основной настройкой BIOS Setup, которой должен уметь пользоваться каждый студет, является
определение порядока проверки блочных устройств
ЭВМ
, используемый для установки нужного варианта загрузки ОС. Для этого, в главном меню BIOS Setup выбирается пункт меню
Boot
и дальнейшие действия осуществляются согласно подсказкам, отображаемым на экране компьютера.
После установки flashUSB
первым загрузочным устройством
, следует нажать клавишу F10. BIOS перезапустится с нужным порядком проверки блочных устройств.
Замечание
Чтобы ПО BIOS Setup могло определить и отобразить устройство flashUSB, его необходимо вставить в разъем USB,
до перезагрузки компьютера
Возможность загрузки компьютера с помощью flashUSB студента определя- ется следующими условиями:

способностью BIOS
определять flashUSB как блочное устройство, потен- циальное для загрузки;

наличие на устройстве flashUSB
структуры MBR (Master Boot Record) с наличием раздела, который отмечен как загрузочный;

наличие на устройстве flashUSB
правильно записанного загрузчика ОС.
Невыполнение хотя бы одного из этих условий делает невозможной загрузку
ОС с flashUSB студента.
2.2 Краткая характеристика UEFI компьютера
EFI
Extensible Firmware Interface
— расширяемый интерфейс прошивки или интерфейс между ОС и микропрограммами, управляющими низкоуровневыми функциями оборудования, который предназначен для замены интерфейса BIOS.
Первая спецификация EFI была разработана корпорацией Intel. Поздее, стан- дарты на это ПО стали называться UEFI.
UEFI
Unified Extensible Firmware Interface
— новые стандарты EFI, разра- боткой которых занимается
Unified EFI Forum
Таким образом, UEFI — это новый интерфейс загрузки ОС, который, со време- нем, должен заменить интерфейс BIOS.
Новый интерфейс UEFI, по сравнению с интерфейсом BIOS, имеет возмож- ность функционировать в трех режимах:

защищенном режиме
, в котором загружаются только ОС, серифицирован- ные производителями оборудования ЭВМ, и не допускается вмешатель- ство в этот процесс загрузки; типичным представителем ОС, способной загружаться в этом режиме, является MS Windows 8.1;

открытом (незащищенном) режиме
, в котором интерфейс видит внешние

19
устройства и специальные файловые системы этих устройств, позволяю- щие использовать загрузчики и ОС, поддерживающие интерфейс UEFI;

режим совместимости (Legacy UEFI)
, в котором ПО UEFI имитирует ра- боту ПО BIOS, поэтому в данном подразделе он не рассматриваетя.
ПО ОС УПК АСУ, являясь 64-битной ОС Linux, поддерживает загрузку и последующую работу с UEFI. Учитывая, что все современные материнские платы ЭВМ, являются 64-битными и содержат интерфейс UEFI, изучение про- цесса загрузки с помощью этого интерфейса становится актуальным.
FlashUSB студента, являясь сменным блочным устройством (removable device),
опознается UEFI, работающим в незащищенном режиме. Чтобы оно рассматри- валось как загрузочное устройство, необходимо выполнение следующих усло- вий:

для структуры устройства с MBR
(Master Boot Record) должен иметься раздел, поддерживающий тип FAT32 и отформатированный в FAT32; нап- ример разделы с типами файловых систем
0x0b
или
0x0c
;

для структуры устройства с GPT
(Global Partition Table) должен быть раздел с типом
0xef00
, также отформатированный под ФС FAT32;

в корне такой файловой системы должна быть директория
/EFI/BOOT
, в которой должен находиться файл загрузчика ОС с именем
BOOTX64.EFI
Таким образом, загрузка ОС УПК АСУ становится возможной даже, если UEFI
компьютера не поддерживает режим Legacy.
2.3 Краткая характеристика ПО GRUB2
Проблема загрузки разных ОС с одного блочного устройства всегда будора- жила умы пользователей ЭВМ, тем более, что емкость внешних устройств пос- тоянно увеличивалась. Естественно, что этой проблемой всегда интересовались как отдельные программисты, так и разработчики ОС. Со временем, появилось множество программ, которые с тем или иным успехом справлялись с этой зада- чей.
Наиболее распространенными загрузчиками ОС являются:

NTLDR— загрузчик ядра MS Windows NT;

Windows Boot Manager (bootmgr.exe, winload.exe) — загрузчик ядра MS
Windows Vista; bootmgfw.efi — для MS Windows 7, 8, 8.1 и других;

LILO (LInux Loader) — старый загрузчик ядра Linux;

GRUB (Grand Unified Bootloader) — новый загрузчик ядра Linux и Hurd;

RedBoot — загрузчик для встраиваемых систем;

SILO (SPARC Improved bootLOader) — загрузчик Linux и Solaris для ма- шин с архитектурой SPARC;

Loadlin — загружает Linux из под MS DOS или MS Windows;

20

Syslinux — загружает Linux из под MS DOS или MS Windows;

BOOTP — применяется для загрузки по сети.
Среди перечисленного ПО,
наиболее интересным
является ПО
GRUB
, которое считается официальным загрузчиком ОС Linux из проекта GNU. Оно умеет загружать разные ОС, включая MS Windows, со многих аппаратных платформ.
Со временем, этот проект модифицировался и стал называться
GRUB2
, а ста- рый проект получил название GRUB Legacy.
ПО проекта GRUB2 входит в дистрибутива ОС УПК АСУ в двух вариантах:

вариант i386-pc
позволяет загружать ОС режимах BIOS или UEFI Legacy;

вариант x86_64-efi
позволяет загружать 64-битные ОС в незащищенном режиме UEFI.
Оба этих варианта могут быть установлены на flashUSB студента, как описано в подразделе 2.4 данного документа.
ПО GRUB2 имеет модульную стркутуру, встроенный редактор и интерпретатор команд, реализующий некоторое подмножество языка shell. Его работа начина- ется с поиска конфигурационного файла
grub.cfg
, который по умолчанию должен находиться в директории
/boot/grub
того раздела файловой системы, где установлено ПО GRUB2.
Вариант ПО i386-pc требует дополнительного пространства перед первым разделом используемого блочного устройства. Туда пишется код ядра GRUB. В
общем случае, все ПО этого варианта может быть разделено на
три части
:
boot.img
- программный код (446 байт), записываемый в MBR;
core.img
- собственно программный код ядра GRUB, который записывается в пространство между MBR и первым разделом блочного устрой- ства;
/boot/grub/ - остальное ПО GRUB, включая модули и файлы конфигурации.
2.4 Установка ПО GRUB2 на flashUSB
Учебная цель этого материала — описание подготовки личного flashUSB для проведения данной и последующих учебных работ.
Учебный материал излагается в предположении, что:

запущена ОС УПК АСУ и активирована сессия пользователя
asu
;

используется компьютер с двумя винчестерами, которые соответствуют устройствам
/dev/sda
и
/dev/sdb
;

flashUSB студента соответсвует устройству
/dev/sdc
;

на flashUSB студента имеется только один раздел, соответствующий уст- ройству
/dev/sdc1

21
Замечание
Студенты, только приступившие к изучению конкретной дисциплины и не имеющие опыта работы с ОС УПК АСУ, передают свои flashUSB преподавателю и
изучают
данный материал теоретически!
Следут помнить, что личный flashUSB студента используется:

для запуска
операционной системы;

для восстановления
и
сохранения
операционной среды студента, которая
формируется индивидуально
в процессе выполнения всех учебных работ;

для хранения
личных данных, учебно-методического материала и отчета обучающегося.
Замечание
Перед выполнением последеющих действий, все данные на flashUSB студента должны быть сохранены на других носителях информации. Сама flashUSB должна быть очищена от всех данных.
Этап 1: Проверка структуры flashUSB
Необходимо открыть окно терминала и выполнить команду: sudo fdisk -l
В результате, в окно терминала будет выведена информация о структуре всех блочных устройств компьютера. Информация о flashUSB, как показано на ри- сунке 2.1, будет выведена последней.
Рисунок 2.1 - Проверка структуры блочного устройства flashUSB
Хорошо видно, что flashUSB:

имеет структуру MBR (
Тип метки диска: dos
);

имеет один раздел /dev/sdc1, который
не является загрузочным
;

раздел начинается с сектора 128, поэтому для ПО GRUB2 доступно толь- ко 126 секторов, что
может быть недостаточно для установки его ядра
;

размер раздела: 1.9 Гбайт достаточен для установки ПО УПК АСУ;

тип раздела: 6 — используется для накопителей малого размера;

22

формат раздела: FAT16 — используется для накопителей малого размера.
Таким образом, структуру данного устройства следует изменить, чтобы не иметь проблем с установкой GRUB2.
Замечание
Если структура flashUSB студента удовлетворяет необходимым требованиям, то
следует перейти к этапу 4
Этап 2: Изменение структуры flashUSB
Необходимо убедиться, что устройство /dev/sdc1 не монтировано, иначе выпол- нить команду: sudo umount /dev/sdc1
Запустить утилиту
fdisk
командой: sudo fdisk /dev/sdc
В интерактивном режиме работы утилиты
fdisk
, выполнить команды:

d — удаляет существующий раздел flashUSB;

n — создает новый раздел;

t — устанавливает тип раздела: следует указать
c
;

a — делает раздел активным (загрузочным);

w — сохраняет все проведенные изменения и выходит из интерактивного режима работы утилиты fdisk.
Результат указанных действий показан на рисунке 2.2.
Проверить структуру flashUSB командой: sudo fdisk -l /dev/sdc
Результат указанных действий показан на рисунке 2.3, на котором хорошо видно, что раздел /dev/sdc1 начинается с сектора 2048. Это соответствует раз- меру в 1 Мбайт памяти,
что вполне достаточно для записи ядра GRUB2
Этап 3: Форматирование раздела /dev/sdc1 на flashUSB
Необходимо убедиться, что устройство /dev/sdc1 не монтировано, иначе выпол- нить команду: sudo umount /dev/sdc1
Запустить
утилиту
форматирования
командой: sudo mkfs.fat -F 32 /dev/sdc1
Проверить работоспособность устройства flashUSB. Для этого:

установить курсор мыши на значке flashUSB рабочего стола пользователя;

нажатием левой кнопки мыши - подключить устройство.
В результате:

должен запуститься файловый менеджер Thunar и монтироваться раздел устройства /dev/sdc1;

содержимое раздела устройства /dev/sdc1 должно быть «пустым» (не со- держать файлов и директорий).
Далее следует:

закрыть окно файлового менеджера Thunar;

установить курсор мыши на значке flashUSB рабочего стола; правой кнопкой мыши активировать и выбрать пункт «
Отключить том
»;

перйти к выполнению
этапа 4

23
Рисунок 2.2 — Создание нужной структуры на устройстве /dev/sdc
Рисунок 2.3 — Проверка структуры на устройстве /dev/sdc

24
Этап 4: Установка ПО GRUB2 на раздел /dev/sdc1 flashUSB
Открыть окно терминала, а в нем, командой mc, открыть файловый менеджер
Midnight Commander. Затем, перейти в директорию

bin

и выделить файл
set-
grub2-to-flash-usb
, как показано на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 — Выделение файла set-grab2-to-flash-usb
Клавишей
F4
вызвать текстовый редактор этого файла, как показано на рисунке
2.5. В окне редактора найти место с комментарием «
# Место определения уст-
ройств
» и отредактировать значения переменных
xdev
и
xpat
, установив пра- вильные значения. После проведения редактирования, запомнить именения,
нажав клавишу
F2
, и выйти из редактора, нажав клавишу
Esc
Рисунок 2.5 — Редактирование файла set-grab2-to-flash-usb

25
Находясь в окне файлового менеджера, как показано на рисунке 2.4, выполнить команду: bash set-grab2-to-flash-usb
Процесс работы сценария
set-grub2-to-flash-usb
прерывается двумя вопросами
«
Продолжить?
»:

если сообщения об ошибках отсутствут, то для продолжения нужно на- жать клавишу
Enter
;

если необходимо прервать процесс установки ПО GRUB2, то следует ввести любую букву и нажать клавишу
Enter
Результат успешного завершения сценария
set-grub2-to-flash-usb
приведен на рисунке 2.6. Предлагается также просмотреть результаты установки ПО в ди- ректории
/home/asu/mnt ...
Рисунок 2.6 — Завершение работы сценария set-grub2-to-flash-usb
Нажимаем клавишу Enter и переходим в диреторию

mnt

, содержимое которой показано на рисунке 2.7:

директория EFI
содержит загрузчик ОС, который поддерживает интер- фейс UEFI;

директория boot
содержит ПО GRUB2.
Перейдя в директорию

mnt/EFI/BOOT

, содержимое которой показано на ри- сунке 2.8, мы увидим:

загрузчик ПО GRUB2
, именованный как файл
BOOTX64.EFI
;

файл grub.cfg
, содержимое которого показано на рисунке 2.9.
Из текста рисунка 2.9 хорошо видно, что файл grub.cfg ссылается на другой
файл grub.cfg
, расположенный в директории
/boot/grub.
Наконец, перейдя в директорию

mnt/boot/grub

, мы видим содержимое ПО
GRUB2, показанное на рисунке 2.10.

26
Рисунок 2.7 — Корневая директория flashUSB после установки ПО GRUB2
Рисунок 2.8 — Содержимое директории …/EFI/BOOT
Рисунок 2.9 — Содержимое файла grub.cfg в директории …/EFI/BOOT

27
Рисунок 2.10 — Содержимое директории ПО GRUB2
Содержимое директории ПО GRUB2:

директория i386-pc
содержит модули ПО GRUB2, поддерживающие ар- хитектуру блочных устройств MBR;

директория x86_64-efi
содержит модули ПО GRUB2, поддерживающие архитектуру UEFI;

директории fonts, locale и themes
содержат шрифты, модули локализации и темы отображения меню GRUB;

файл grub.cfg
— файл конфигурации, рассмотренный в подразделе 2.5
данного руководства;

файл grubenv
— вспомогательный файл среды ПО GRUB2.
Замечание
ПО среды GRUB2 установлено на flashUSB студента и готово к использованию,
но следует проверить и настроить файл конфигурации
grub.cfg
. Как это сделать,
изложено в подразделе 2.5 данного руководства.
2.5 Файл конфигурации grub.cfg
Ядро ПО GRUB2 является интерпретатором, который находит и исполняет сценарий файла
grub.cfg
. Язык интерпретатора является подмножеством стан- дартного языка shell, поэтому хорошо понятен программистам. Встроенный набор команд интерпретатора — достаточно большой. Он позволяет работать с

28
оборудованием компьютера и имеет средства интерактивного взаимодействия с пользователем. Фактически, ПО GRUB2 является упрощенной однопользова- тельской операционной системой.
Замечание
На flashUSB студента установлено два ядра, соответствующих двум вариантам ПО
GRUB2:

ядро первого варианта
, предназначенное для работы с ПО BIOS, записа-но в пространство между MBR и первым разделом flashUSB; туда же за-писана ссылка на блочное устройство, его раздел и директорию, где рас-положено ПО
GRUB2 и файл конфигурации
grub.cfg
; в нашем случае — это директория
/boot/grub
; модули этого ядра находятся в директории уровнем ниже:
/boot/grub/i386-pc
;

ядро второго варианта
, предназначенное для работы с ПО UEFI, предс- тавляет собой файл
BOOTX64.EFI
, записаный в директорию
/EFI/BOOT
; туда же записан и файл конфигурации
grub.cfg
, содержимое которого, как показано на рисунке 2.9, делает ссылку на новую директорию, где рас-положено ПО
GRUB2 и новый файл конфигурации
grub.cfg
; в нашем слу-чае — это та же директория
/boot/grub
; модули этого ядра находятся в директории уровнем ниже:
/boot/grub/x86_64-efi
Таким образом, в обоих вариантах запуска ядра ПО GRUB2:

используется одна и та же базовая директория
/boot/grub
;

один и тот же файл конфигурации
grub.cfg
Общая структура файла конфигурации grub.cfg может быть представлена в виде двух частей:

первая - заголовочная часть
- содержит команды и определение функций,
которые влияют на общий процесс работы ядра ПО GRUB2 и могут использоваться во второй части файла конфигурации
grub.cfg
; обычно,
здесь обеспечивается определение и настройка видеорежимов ЭВМ, наст- ройка параметров локализации и выбор темы отображения меню GRUB2;

вторая - часть меню
- содержит последовательность операторов с име- нем
menuentry
; каждый такой оператор содержит
заголовочную часть
в виде строки, которая отображается как пункт меню, и
блок операторов
,
ограниченный фигурными скобками, в котором находится последователь- ность команд ядра ПО GRUB2, исполняемая после выбора соотвествую- щего пункта меню; в частности, в операторном блоке могут быть исполь- зованы функции, определенные в первой части файла конфигурации; так- же, используя команду: configfile имя_файла, как было показано на ри- сунке 2.9, можно строить дерево вызова файлов конфигурации.
Первая, заголовочная часть, используемого файла конфигурации представле- на на листинге 2.1. Она обеспечивает инициализацию графической подсистемы компьютера и отображение «фирменной» заставки, на фоне которой выволятся пункты меню при работе ПО GRUB2. Подробное обсуждение этой части ПО не входит в тематику данного пособия.

29
Листинг 2.1 - Заголовочная часть файла grub.cfg
#-------------------------------------
# Reznik, 30.07.2016
# Часть 1: Заголовочная часть grub.cfg
#-------------------------------------
#
function load_video {
if [ x$feature_all_video_module = xy ]; then insmod all_video else insmod efi_gop insmod efi_uga insmod ieee1275_fb insmod vbe insmod vga insmod video_bochs insmod video_cirrus fi
}
#
set pager=1
dir=/boot/grub/themes/upkasu set theme=$dir/theme.txt export theme insmod regexp loadfont /boot/grub/fonts/*.pf2
loadfont $dir/f/*.pf2
insmod png
#set gfxmode=800x600
#set gfxpayload=$gfxmode set lang=ru_RU
insmod gfxterm insmod gfxmenu insmod vga insmod vbe
#
set locale_dir=/boot/grub/locale terminal_output gfxterm
# Конец части 1
Вторая часть файла конфигурации grub.cfg предназначена для:

отображения пунктов меню
для вариантов загрузки ОС УПК АСУ;

формирования параметров
, передаваемых ядру ОС;

непосредственной загрузки
ядра ОС и его временной файловой системы.
В учебном процессе используются два варианта оператора
menuentry
, которые будут выводить на экран два пункта меню:
Загрузка ОС УПК АСУ с 1-го раздела жесткого диска
Загрузка аварийного варианта ОС с личного flashUSB
Вариант оператора
menuentry
для первого пункта меню представлен на лис- тинге 2.2.

30
Листинг 2.2 — Меню загрузки ОС УПК АСУ с 1-го раздела жесткого диска
#-------------------------------------
# Reznik, 30.07.2016
# Часть 2: Часть меню
#-------------------------------------
menuentry "Загрузка ОС УПК АСУ с 1-го раздела жесткого диска"{
# Загружаем модули ядра GRUB2
insmod part_gpt insmod part_msdos insmod ext2
insmod ntfs
# Определяем UUID дистрибутива (жесткий диск): root=UUID
set root='(hd1,1)'
probe -s root_uuid -u $root set aa="root=UUID=$root_uuid"
# Определяем путь к дистрибутиву: upk_path set aa="$aa upk_path=asu64upk"
# Определяем UUID архива (flashUSB): upk_arch=UUID
set root='(hd0,1)'
probe -s arch_uuid -u $root set aa="$aa upk_arch=UUID=$arch_uuid"
#
# Если имеется раздел UEFI:
# set root='(hd0,1)'
# probe -s uefi_uuid -u $root
# set aa="$aa uefi_uuid=$uefi_uuid"
# Задаем имя хоста (компьютера): upk_host set aa="$aa upk_host=new_host"
# Запускаем Linux:
# Параметр aa - строка параметров, сформированных выше.
# Параметр quiet - ядро ОС не будет выводить отладочные сообщения.
linux (hd1,1)/asu64upk/boot/vmlinuz-linux $aa quiet initrd (hd1,1)/asu64upk/boot/initramfs-upkasu3.img
}
# Конец первого варианта меню
Вариант оператора
menuentry
для
второго пункта меню
представлен на лис- тинге 2.3, подразделе 2.6 данного руководства.
2.6 Аварийный вариант ОС УПК АСУ
Аварийный вариат ОС УПК АСУ необходим для случаев, когда ПО ОС от- сутсвует на на жестком диске компьютера или частично разрушено. Возможны также случаи, когда файловая система ОС MS Windows, на которой устанавли- вается ПО ОС УПК АСУ, не полностью завершила корректное отключение. Это является типичной ситуацией, когда включен выстрый вариант загрузки ОС.
Аварийный вариат ОС УПК АСУ создается студентом самостоятельно на своем личном flashUSB,
но только после, того как на него было установлено

31
ПО GRUB2
Для выполнения этой процедуры, на личном flashUSB студента создается директория
/asu64upk/
, куда переносятся директории с файлами:

boot/
vmlinuz-linux
— файл ядра ОС;

boot/
initramfs-upkasu2.img
— файл временной файловой системы ОС;

upkasu/
asufs.ext4fs
— архив первого уровня корневой ФС ОС;

upkasu/
usrfs.sfs
— сжатая часть директории
/usr
корневой ФС ОС;
Такая конфигурация ПО на flashUSB студента, совместно с установленным
ПО GRUB2, не превышает объема 2 Гбайт. Она позволяет загрузить ОС УПК
АСУ (в текстовом режиме) от имени пользователя
asu
и выполнять аварийные работы по восстановлению ОС или использовать ее для других целей.
Для загрузки аварийного варианта ОС используется выбор второго варианта меню GRUB2. Оператор
menuentry
для этого пункта меню представлен на лис- тинге 2.3.
Листинг 2.3 — Меню загрузки аварийного варианта ОС УПК АСУ
menuentry "Загрузка аварийного варианта ОС с личного flashUSB"{
# Определяем UUID дистрибутива (flashUSB): root=UUID
set root='(hd0,1)'
probe -s root_uuid -u $root set aa="root=UUID=$root_uuid"
# Определяем путь к дистрибутиву: upk_path set aa="$aa upk_path=asu64upk"
# Определяем UUID архива (flashUSB): upk_arch=UUID
set root='(hd0,1)'
probe -s arch_uuid -u $root set aa="$aa upk_arch=UUID=$arch_uuid"
# Задаем имя хоста (компьютера): upk_host set aa="$aa upk_host=new_host"
# Запускаем Linux:
# Параметр aa - строка параметров, сформированных выше.
# Параметр quiet - ядро ОС не будет выводить отладочные сообщения.
linux (hd0,1)/asu64upk/boot/vmlinuz-linux $aa quiet initrd (hd0,1)/asu64upk/boot/initramfs-upkasu3.img
}
# Конец второго варианта меню
### END /etc/grub.d/40_custom ###
Замечание
flashUSB студента является обычным блочным устройством, поэтому, при наличии достаточного объема памяти ЭВМ, на него можно установить все ПО ОС УПК АСУ и проводить все учебные работы, но это приводит к быстрому износу данного устройства и выходу его из строя.

32
3. Контроль выполнения работ
Учебный процесс с использованием ПО ОС УПК АСУ проводится на компью- терах учебных классов кафедры АСУ ТУСУР, на которых такое программное обеспечение установлено. Допускается и поощряется использование студента- ми своих личных компьютеров.
В процессе выполнения учебных работ студенты заполняют, в электронном ви- де, личный отчет о проделанной работе, структура и формат которого определя- ется методическим материалом по каждой изучаемой дисциплине. Текущий и заключительный контроль личной отчетности студента учитывается препода- вателем, в ходе оценки его успеваемости.
Текущий и заключительный контроль выполнения всех лабораторных и практи- ческих работ является обязательной составляющей частью процесса обучения.
Текущий контроль преподаватель проводит следующими способами:

индивидуальная регистрация
посещения каждой лабораторной или практической работы каждым студентом;

наблюдение
общего хода выполнения отдельной лабораторной или прак- тической работы, в течение отведенного для ее выполнения времени;

просмотр
индивидуальных отчетов студентов и регистрация объема выполненной им работы;

оценка
результатов, выполненных каждым студентом работ, по двум контрольным точкам и предоставление этих оценок уполномоченному руководству ТУСУР.

33
Учебное издание
Резник Виталий Григорьевич
Учебный программный комплекс кафедры АСУ на базе ОС ArchLinux
Учебно-методическое пособие предназначено для предварительного изуче- ния учебного программного комплекса студентами, выполняющими лаборатор- ные и практические работы в учебных компьютерных классах кафедры АСУ
ТУСУР.
Учебно-методическое пособие
Усл. печ. л. . Тираж 100. Заказ .
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
634050, г. Томск, пр. Ленина, 40

Document Outline

  • Введение
  • 1 Назначение и использование ОС УПК АСУ
    • 1.1 Структура дистрибутива ОС УПК АСУ
    • 1.2 Загрузка ОС УПК АСУ с устройства flashUSB
    • 1.3 Проверка работоспособности прикладного ПО ОС УПК АСУ
  • 2. Загрузка ОС УПК АСУ с использованием ПО GRUB2
    • 2.1 Краткая характеристика BIOS компьютера
    • 2.2 Краткая характеристика UEFI компьютера
    • 2.3 Краткая характеристика ПО GRUB2
    • 2.4 Установка ПО GRUB2 на flashUSB
    • 2.5 Файл конфигурации grub.cfg
    • 2.6 Аварийный вариант ОС УПК АСУ
  • 3. Контроль выполнения работ


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал