O que é Linux?

A resposta mais simples e correta para esta pergunta pode ser:

Linux é um kernel de código livre criado em 1991 por Linus Torvalds, que segue o padrão POSIX

No entanto, esta resposta não satisfaz a curiosidade de quem não sabe:

• O que é um kernel?
• O que é código livre?
• O que é POSIX?
• O que o nome Linux significa?
• Por que o Linux é tão popular?

E eu pretendo responder a tudo isso nesta primeira aula.

Parte I - UNIX, o antepassado do LINUX

Antes que você possa responder o que é Linux, é preciso conhecer o POSIX, que nasceu por consequência do UNIX. O UNIX é o sistema operacional antepassado do Linux, no qual o Linux foi (indiretamente) baseado.

Sistema Operacional UNIX

• Em 1969, foi concebido um sistema operacional chamado UNIX
• Dentro do Bell Labs
• Por Ken Thompson, Dennis Ritchie e outros
• Foi licenciado comercialmente por diversas empresas, gerando múltiplas versões diferentes do Unix
• Originalmente desenvolvido em linguagem Assembly
• Diz a lenda que Ken Thompson escreveu a primeira versão do Unix em 3 semanas

Sistema de arquivos do UNIX

• O UNIX nasceu originalmente como um simples sistema de arquivos para o PDP-7, desenvolvido por Ken Thompson
• Árvore de diretórios
• Para navegar no sistema de arquivos, utiliza-se comandos como ls, pwd e cd

Características do UNIX

• Multi-user e multiprocess
• Sistema de arquivos (filesystem) com diretórios
• Arquivos especiais (/dev/*)
• Árvore de processos (fork)
• Redirecionamento de I/O <, > e Pipe |
• Separadores de comandos (; e &)
• Sistema init
• System Calls
• Traps (Core dump, interrupt, quit)

Programas inclusos no UNIX

• Editor de texto ed
• Assembler as
• make
• Shell UNIX sh
• Utilitários - desde básicos como cd, ls, cp, grep, find, até gerenciais como passwd, kill, ps
• mail - nas versões iniciais, funcionava apenas para troca de mensagens entre usuários de um mesmo computador
• man - manual
• Compilador C cc (a partir de 1973)
• Jogos como xadrez e blackjack

A Linguagem de Programação C

• Em 1971, Ken Thompson, um dos criadores do Unix, iniciou o desenvolvimento de um compilador da linguagem Fortran para o Unix;
• Este projeto acabou se transformando na linguagem chamada “B”;
• Então, Ritchie juntou-se com outro pesquisador do Bell Labs, Brian Kernighan, e desenvolveu a evolução da linguagem B, que foi denominada “C”.

A era “C”

• Os pesquisadores do Bell Labs refizeram todo o código do Unix na linguagem C
• Isso permitiu a portabilidade do sistema para múltiplas arquiteturas
• Antes o Unix era somente compatível com os computadores PDP-7, PDP-9 e PDP-11
• Além disso, o Unix passou a contar com um compilador C (cc)
• No total, foram 2 anos de desenvolvimento até esta versão do Unix
• Em 1977, o número de sistemas Unix instalados era de aproximadamente 500
• 125 desses estavam em universidades

Diferentes versões do UNIX

A partir do momento que o código do Unix foi reescrito em C, sua popularidade aumentou exponencialmente. Em 1984, haviam 100,000 instalações UNIX em todo o mundo. E com essa nova versão, vieram também outras distribuições licenciadas do Unix, tais como:

• System V (AT&T)
• University of California, Berkeley (BSD)
• Microsoft (Xenix)
• Sun Microsystems (SunOS/Solaris)
• HP/HPE (HP-UX)
• IBM (AIX)

5 anos depois, em 1989, haviam 1.2 milhões de instalações.

Parte II - O que é o Kernel?

O Kernel é a parte mais central de todo sistema operacional. Uma possível tradução de “Kernel” é “núcleo”, ou então “centro”. O Kernel realiza as ações mais primitivas de um sistema, e o Unix já possuía um Kernel.

Estrutura do Sistema Operacional UNIX

No Unix, o Kernel assume funções como:

• Gerenciamento de processos
• Leitura e escrita de arquivos
• Controlar discos rígidos e dispositivos periféricos (teclado, monitor, impressora, discos)
• Alocação de memória RAM aos processos

Syscalls - chamadas de sistema

• Em volta do Kernel, há o shell sh, que foi chamado assim por ser como uma “casca” do Kernel.
• O shell tem como função executar comandos e programas de maneira interativa.
• Quando o shell e outros programas necessitam executar ações privilegiadas, estes devem solicitar ao Kernel.
• Essa solicitação é denominada System call ou simplesmente Syscall.
• O Kernel então executa a ação solicitada e retorna o resultado ao programa que fez a chamada.

Por exemplo, suponha que você deseja ler o conteúdo de um arquivo chamado “report.txt” em um editor de texto. O seu editor não possui permissão para ler o arquivo do disco rígido. Para isso, ele deve solicitar ao Kernel que abra o arquivo com a syscall open. Logo, os programas de computador dependem do Kernel para funcionarem.

O padrão POSIX

• A fim de padronizar os sistemas UNIX, foi definido o padrão IEEE 1003.
• Esse padrão foi denominado POSIX, que significa Portable Operating System com o sufixo “IX”, herdado do UNIX.
• O POSIX determinou partes fundamentais do sistema operacional, tais como:
  • como as syscalls devem ser implementadas
  • como utilitários como grep, ls e sed devem se comportar
  • formato de arquivos e estrutura de diretórios
  • conjunto de caracteres, localização e variáveis de ambiente
  • expressões regulares (regex)
  • dispositivos de entrada e saída
• Os sistemas compatíveis com o POSIX devem seguir essa especificação à risca.

Parte III - O projeto GNU e a Free Software Foundation

Com o padrão POSIX definido, quase todas as peças estavam se encaixando para que o Linux nascesse. Porém, um ator revolucionário ainda entraria em cena para mudar a história.

“Free Unix!”

• Em 1983, o cientista do MIT Richard Stallman anunciou que estava trabalhando em um sistema operacional totalmente compatível com o Unix, chamado GNU (Gnu’s Not Unix).
• Compatível com o UNIX = POSIX
• O GNU seria um Kernel + todas as utilidades necessárias para programar em C
  • compilador C
  • editor de texto
  • shell
  • linker e assembler
• Além disso, o GNU seria compatível com os programas já existentes feitos para o Unix
• E ainda propôs melhorias, como nomes de arquivos mais longos
• Stallman havia participado da criação do padrão POSIX (e inclusive cunhou o nome POSIX)
• Para contextualizar, nessa época a Internet ainda não existia

Veja também: anúncio inicial do projeto GNU

Free Software Foundation

Para que o GNU pudesse ser verdadeiramente livre para todos, Stallman precisou criar uma licença “copyleft”, chamada GPL (GNU General Public License). A GPL define que o software disponibilizado sob esta licença é completamente gratuito e sua distribuição deve ser livre. Mas talvez o ponto mais importante de todos seja este: o software livre pode ser modificado por qualquer pessoa, e até mesmo redistribuido - contanto que esta nova versão seja também tão livre quanto.

Parte IV - Linus

• Em 1991, o estudante da universidade de Helsinki Linus Torvalds adquire um computador Intel 80386 (i386)
• O processador executava na frequência 12.5 MHz
• 10x mais rápido que o PDP-11, que executava em 1.25 MHz
• Linus começou a brincar com seu 80386 escrevendo pequenos programas

MINIX

• Livro “Operating Systems Design and Implementation” de Andrew S. Tanembaum (1988)
• O minix foi criado para o aprendizado de programação, com fins didáticos
• Era um Kernel simples + alguns utilitários mais básicos
• Linus começou a utilizar o minix em seu 80386
• No entanto, alguns recursos do minix traziam insatisfação para Linus, em especial o seu emulador de terminal

Linux

• Partindo deste princípio, Linus iniciou o desenvolvimento de um emulador de terminal para o 80386, que juntamente com um bootloader evoluiu para um kernel básico
• Linus conseguiu portar o GCC, compilador C do projeto GNU, para seu pequeno Kernel, além do shell bash
• Linus divulgou seu pequeno projeto de “hobby” para o grupo de usuários do minix

GNU/Linux

• Com a evolução do projeto de Torvalds, e a contribuição de inúmeros voluntários e usuários, o projeto cresceu muito em popularidade nos anos subsequentes
• O Linux tornou-se portável, ou seja, pôde ser executado em outras arquiteturas além da i386
• Foi distribuído sob a licença GPL
• O projeto GNU possui um Kernel chamado hurd, que não estava maduro o suficiente para competir com o Linux
• Os sistemas operacionais com Kernel Linux + GNU começaram a nascer e se popularizar

Os anos seguintes

• Nos anos 1990, o Linux cresceu ainda mais em popularidade
• Nasceram versões como a Slackware, Debian e Red Hat
• E nos anos 2000 o Linux se popularizou ainda mais com a criação do Ubuntu Linux
• O Sistema Operacional Android é uma distribuição Linux
• Atualmente, a maioria esmagadora dos serviços de computação são desenvolvidos e executados em sistemas Linux
• Além de dispositivos IoT, smartphones, entre outros

Parte V - Próximos passos

Por que utilizar Linux

• Você já utiliza Linux (mas não sabe)
• Filosofia Free Software
• Até o Windows tem o WSL
• Desenvolvimento de software
• Docker
• IoT
• Servidores e supercomputadores

Como aprender a utilizar o Linux?

• LPI - Linux Professional Institute
• https://learning.lpi.org/en/

Para saber mais

• Podcast com Brian Kernighan, co-criador da linguagem C: YouTube
• Entrevista com Linus Torvalds: Computer History Museum
• Livro sobre a criação do Linux: Just for Fun
• Documentário UNIX: YouTube
• História disso tudo: Revolution OS: YouTube
• Website do Richard Stallman: stallman.org

Uma Breve História Sobre os Computadores