Introduzione al Sistema Operativo Linux¶

In questo capitolo imparerete a conoscere le distribuzioni GNU/Linux.

Obiettivi: In questo capitolo si apprenderà come:

Descrivere le caratteristiche e le possibili architetture di un sistema operativo..
Raccontare la storia di UNIX e GNU/Linux.
Scegliete la distribuzione Linux più adatta alle vostre esigenze.
Spiegare la filosofia del software libero e open-source.
Scoprite l'utilità della shell.

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Conoscenza:
Complessità:

Tempo di lettura: 10 minuti

Che cos'è un sistema operativo?¶

Linux, UNIX, BSD, Windows e MacOS sono tutti sistemi operativi.

Astrazione

Un sistema operativo è un insieme di programmi che gestisce le risorse disponibili di un computer.

Nell'ambito di questa gestione delle risorse, il sistema operativo deve:

Gestire la memoria fisica o virtuale.
- La memoria fisica è costituita dalle memorie RAM e dalla memoria cache del processore, utilizzate per l'esecuzione dei programmi.
- La memoria virtuale è una posizione sul disco rigido (la partizione swap) che consente di svuotare la memoria fisica e di salvare lo stato attuale del sistema durante lo spegnimento elettrico del computer.
Intercettare l'accesso alle periferiche. Raramente il software può accedere direttamente all'hardware (ad eccezione delle schede grafiche per esigenze specifiche).
Fornire alle applicazioni una corretta gestione delle attività. Il sistema operativo è responsabile della pianificazione dei processi che occupano il processore
Proteggere i file da accessi non autorizzati.
Raccogliere informazioni sui programmi in uso o in fase di esecuzione.

Funzionamento di un sistema operativo

Generalità UNIX - GNU/Linux¶

Storia¶

UNIX¶

1964 - 1968: MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service) è stato sviluppato per il MIT, i Bell Labs (AT&T) e General Electric.
1969 — 1971: Dopo il ritiro di Bell (1969) e poi di General Electric dal progetto, due sviluppatori, Ken Thompson e Dennis Ritchie (a cui si aggiunge in seguito Brian Kernighan), giudicando MULTICS troppo complesso, iniziano lo sviluppo di UNIX (UNiplexed Information and Computing Service). Pur essendo stato creato in linguaggio Assembly, i creatori di UNIX svilupparono alla fine il linguaggio B e poi il linguaggio C (1971) e riscrissero completamente UNIX. Poiché è stato sviluppato nel 1970, la data di riferimento (epoch) per l'inizio del periodo di tempo dei sistemi UNIX/Linux è fissata al 01 gennaio 1970.

Il C rimane oggi uno dei linguaggi di programmazione più diffusi. Un linguaggio di basso livello vicino all'hardware, che consente di adattare il sistema operativo a qualsiasi architettura di macchina dotata di un compilatore C.

UNIX è un sistema operativo aperto e in continua evoluzione che ha svolto un ruolo fondamentale nella storia dell'informatica. Costituisce la base di molti altri sistemi come Linux, BSD, macOS e altri ancora.

UNIX è ancora rilevante al giorno d'oggi (HP-UX, AIX, Solaris, ecc.).

Progetto GNU¶

1984: Richard Matthew Stallman ha lanciato il progetto GNU (GNU's Not Unix), che si propone di creare un sistema Unix libero e aperto, in cui gli strumenti più importanti sono: il compilatore gcc, la shell bash, l'editor Emacs e così via. GNU è un sistema operativo simile ad Unix. Lo sviluppo di GNU, iniziato nel Gennaio 1984, è noto come Progetto GNU. Molti dei programmi presenti in GNU sono rilasciati sotto l'egida del Progetto GNU; questi vengono chiamati pacchetti GNU.
1990: Il kernel di GNU, GNU Hurd, è stato creato nel 1990 (prima della nascita di Linux).

MINIX¶

1987: Andrew S. Tanenbaum sviluppa MINIX, un UNIX semplificato, per insegnare i sistemi operativi in modo semplice. Il signor Tanenbaum rende disponibile il codice sorgente del suo sistema operativo.

Linux¶

1991: Uno studente finlandese, Linus Torvalds, crea un sistema operativo che gira sul suo computer personale e lo chiama Linux. Pubblica la sua prima versione 0.02, sul forum di discussione Usenet e altri sviluppatori iniziano a contribuire al miglioramento del suo sistema. Il termine Linux è un gioco di parole tra il nome del fondatore, Linus, e UNIX.
1993: Viene creata la distribuzione Debian. Debian è una distribuzione non commerciale, basata sulla comunità. Sviluppato originariamente per l'uso sui server, è molto indicato per questo ruolo; tuttavia è un sistema universale, utilizzabile anche su un personal computer. Debian costituisce la base per molte altre distribuzioni, come Mint o Ubuntu.
1994: la distribuzione commerciale Red Hat viene creata dalla società Red Hat, che oggi è il principale distributore del sistema operativo GNU/Linux. Red Hat supporta la versione comunitaria Fedora e, fino a poco tempo fa, la distribuzione gratuita CentOS.
1997: Viene creato l'ambiente desktop KDE. Si basa sulla libreria di componenti Qt e sul linguaggio di sviluppo C++.
1999: Viene creato l'ambiente desktop GNOME. Basato sulla libreria di componenti GTK+.
2002: Viene creata la distribuzione Arch. Il suo tratto distintivo è che offre una rolling release (aggiornamento continuo).
2004: Ubuntu viene creato dalla società Canonical (Mark Shuttleworth). È basato su Debian ma include software libero e proprietario.
2021: Viene creato Rocky Linux, basato sulla distribuzione Red Hat.

Informazione

Disputa sul nome: anche se le persone sono abituate a chiamare il sistema operativo Linux verbalmente, Linux è propriamente il kernel. Non dobbiamo dimenticare lo sviluppo e il contributo del progetto GNU alla causa open source, quindi! Preferisco chiamarlo il sistema operativo GNU/Linux.

Quota di mercato¶

Nonostante la sua diffusione, Linux rimane relativamente sconosciuto al grande pubblico. Linux infatti è nascosto in smartphone, televisori, internet box, ecc. Quasi il 70% delle pagine web servite nel mondo sono servite da un server Linux o UNIX!

Linux equipaggia poco più del 3% dei personal computer ma più dell'82% degli smartphone. Il sistema operativo Android, ad esempio, utilizza un kernel Linux.

Linux equipaggia il 100% dei 500 supercomputer dal 2018. Un supercomputer è un computer progettato per ottenere le massime prestazioni possibili con le tecniche conosciute durante la sua progettazione, soprattutto per quanto riguarda la velocità di calcolo.

Progettazione dell'architettura¶

Il kernel è il primo componente software.
- È il cuore del sistema Linux.
- Gestisce le risorse hardware del sistema.
- Gli altri componenti software devono passarvi attraverso per accedere all'hardware.
La shell è un'utilità che interpreta i comandi dell'utente e ne garantisce l'esecuzione.
- Shell principali: shell Bourne, shell C, shell Korn e shell Bourne-Again (bash).
Applicazioni sono programmi utente, tra cui, a titolo esemplificativo e non esaustivo:
- Browser Internet
- Elaboratore di testi
- Fogli di calcolo

Multi-task¶

Linux appartiene alla famiglia dei sistemi operativi a condivisione di tempo. Divide il tempo di elaborazione tra diversi programmi, passando da uno all'altro in modo trasparente per l'utente. Questo implica:

Esecuzione simultanea di più programmi.
Distribuzione del tempo di CPU da parte dello scheduler.
Riduzione dei problemi causati da un'applicazione interrotta.
Prestazioni ridotte quando ci sono troppi programmi in esecuzione.

Multiutente¶

Lo scopo di MULTICS era quello di consentire agli utenti di lavorare da diversi terminali (schermo e tastiera) su un unico computer (all'epoca molto costoso). Ispirandosi a questo sistema operativo, Linux ha mantenuto la capacità di lavorare con più utenti contemporaneamente e in modo indipendente, ciascuno con il proprio account utente con spazio di memoria e diritti di accesso a file e software.

Multiprocessore¶

Linux è in grado di lavorare con computer multiprocessore o con processori multi-core.

Multipiattaforma¶

Linux è scritto in un linguaggio di alto livello che può essere adattato a diverse piattaforme durante la compilazione. Questo permette di funzionare su:

Computer di casa (PC o laptop)
Server (dati, applicazioni,...)
Computer portatili (smartphone o tablet)
Sistemi integrati (computer per auto)
Elementi di rete attivi (router, switch)
Elettrodomestici (TV, frigoriferi,...)

Aperto¶

Linux si basa su standard riconosciuti come POSIX, TCP/IP, NFS, e Samba, che gli consentono di condividere dati e servizi con altri sistemi applicativi.

La filosofia UNIX/Linux¶

Trattare tutto come un file.
Portabilità del valore.
Fai solo una cosa e falla bene.
KISS: Mantienilo semplice stupido (Keep It Simple Stupid).
"UNIX è un sistema operativo semplice, ma bisogna essere un genio per capirne la semplicità" (Dennis Ritchie)
"Unix è facile da usare. Solamente che non è chiaro con quali utenti sia amichevole." (Steven King)

Le distribuzioni GNU/Linux¶

Una distribuzione Linux è un insieme coerente di software assemblato attorno al kernel Linux e pronto per essere installato insieme ai componenti necessari per gestire questo software (installazione, rimozione, configurazione). Ci sono distribuzioni associative o comunitarie (Debian, Rocky) e commerciali (RedHat, Ubuntu).

Ogni distribuzione offre uno o più ambienti desktop, fornisce un set di software preinstallato e una libreria di software aggiuntivo. Le opzioni di configurazione (ad esempio le opzioni del kernel o dei servizi) sono specifiche per ogni distribuzione.

Questo principio permette alle distribuzioni di essere orientate ai principianti (Ubuntu, Linux Mint...) o completamente personalizzabili per gli utenti avanzati (Gentoo, Arch); le distribuzioni possono anche essere più adatte ai server (Debian, Red Hat) o alle workstation (Fedora).

Ambienti desktop¶

Esistono numerosi ambienti grafici, come GNOME, KDE, LXDE, XFCE, etc. Ce n'è per tutti i gusti e la loro ergonomia regge il confronto con i sistemi Microsoft o Apple.

Allora perché c'è così poco entusiasmo per Linux, quando questo sistema è praticamente privo di virus? Forse perché molti editori (Adobe) e produttori (Nvidia) non giocano ai giochi gratuiti e non forniscono una versione del loro software o driver per GNU/Linux? Forse è la paura del cambiamento, o la difficoltà nel trovare dove acquistare un computer Linux, o ancora i pochi giochi distribuiti sotto Linux. Quest'ultima scusa, almeno, non dovrebbe essere vera a lungo, con l'avvento del motore di gioco Steam per Linux.

Desktop GNOME

L'ambiente desktop di GNOME 3 non utilizza più il concetto di desktop ma quello di GNOME Shell (da non confondere con la shell a riga di comando). Serve come desktop, come dashboard, area di notifica e selettore di finestre. L'ambiente desktop GNOME si basa sulla libreria di componenti GTK+.

Desktop KDE

L'ambiente desktop KDE è basato sulla libreria di componenti Qt. È tradizionalmente consigliato agli utenti che hanno familiarità con l'ambiente Windows.

Tux - La mascotte di Linux

Libero / Open source¶

Gli utenti di sistemi operativi Microsoft o Mac devono acquistare una licenza per utilizzare il sistema. Questa licenza ha un costo, anche se di solito è trasparente (il prezzo della licenza è incluso nel prezzo del computer).

Nel mondo GNU/Linux, il movimento del Software Libero fornisce principalmente distribuzioni libere.

Libero non significa gratuito!

Open source: il codice sorgente è disponibile, quindi è possibile consultarlo e modificarlo a determinate condizioni.

Un software libero è necessariamente open-source, ma non è vero il contrario, poiché il software open-source si distingue per la libertà offerta dalla licenza GPL.

GNU GPL (Licenza pubblica generale GNU)¶

La GPL garantisce all'autore di un software la sua proprietà intellettuale, ma consente la modifica, la ridistribuzione o la rivendita del software da parte di terzi, a condizione che il codice sorgente sia incluso nel software. La GPL è la licenza nata dal progetto GNU (GNU is Not UNIX), che è stato determinante per la creazione di Linux.

Questo implica:

La libertà di eseguire il programma, per qualsiasi scopo.
La libertà di studiare il funzionamento del programma e di adattarlo alle proprie esigenze.
La libertà di ridistribuire le copie.
La libertà di migliorare il programma e di pubblicare tali miglioramenti a beneficio dell'intera comunità.

D'altra parte, anche i prodotti con licenza GPL possono avere un costo. Non si tratta del prodotto in sé, ma della garanzia che un team di sviluppatori continuerà a lavorarci per farlo evolvere e per risolvere gli errori, o anche per fornire assistenza agli utenti.

Aree di utilizzo¶

Una distribuzione Linux eccelle per:

Server: HTTP, e-mail, groupware, condivisione di file, ecc.
Sicurezza: Gateway, firewall, router, proxy, ecc.
Computer centrali: Banche, assicurazioni, industria, ecc.
Sistemi integrati: Router, Internet box, SmartTV, ecc.

Linux è una scelta adatta per ospitare database o siti web, oppure come server di posta, DNS o firewall. In breve, Linux può fare praticamente tutto, il che spiega la quantità di distribuzioni specifiche.

Shell¶

Generalità¶

La shell, nota come interfaccia di comando, consente agli utenti di inviare comandi al sistema operativo. Oggi è meno visibile dopo l'implementazione delle interfacce grafiche, ma rimane un mezzo privilegiato sui sistemi Linux che non dispongono di interfacce grafiche e i cui servizi non sempre hanno un'interfaccia di impostazione.

Offre un vero e proprio linguaggio di programmazione che include strutture classiche (cicli, alternative) e componenti comuni (variabili, passaggio di parametri e sottoprogrammi). Consente la creazione di script per automatizzare determinate azioni (backup, creazione di utenti, monitoraggio del sistema, ecc.).

Sono disponibili diversi tipi di shell, configurabili su una piattaforma o in base alle preferenze dell'utent. Alcuni esempi includono:

sh, la shell standard POSIX
csh, shell orientata ai comandi in C
bash, Bourne-Again Shell, shell di Linux

Funzionalità¶

Esecuzione del comando (verifica il comando dato e lo esegue).
Reindirizzamento di Input/Output (restituisce i dati a un file invece di scriverli sullo schermo).
Processo di connessione (gestisce la connessione dell'utente).
Linguaggio di programmazione interpretato (che consente la creazione di script).
Variabili d'ambiente (accesso a informazioni specifiche del sistema durante il funzionamento).

Principio¶

Principio di funzionamento della SHELL

Verificare le proprie Conoscenze¶

Il sistema operativo è necessario per:

Vero
Falso

Il sistema operativo è necessario per:

Gestire la memoria fisica e virtuale
Consentire l'accesso diretto alle periferiche
Affidare la gestione dei compiti all'elaboratore
Raccogliere informazioni sui programmi utilizzati o in uso

Tra queste personalità, quali hanno partecipato allo sviluppo di UNIX?

La nazionalità originale di Linus Torvalds, creatore del kernel Linux, è:

Quale delle seguenti distribuzioni è la più vecchia:

Debian
Slackware
RedHat
Arch

Il kernel di Linux è:

Il software libero è necessariamente open-source?

Vero
Falso

Il software Open-Source è necessariamente gratuito?

Vero
Falso

Quale delle seguenti non è una shell: