Informatica e GNU/Linux

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1 Informatica e GNU/Linux Daniele Masini 27 marzo 2008

2 ii Titolo originale dell opera: Informatica e GNU/Linux Versione del 27 marzo 2008 Numero totale di pagine: 823 Autore: Daniele Masini Questo documento è reperibile da Copyright c Daniele Masini. È permesso copiare, distribuire e/o modificare quest opera seguendo i termini della Licenza per Documentazione Libera GNU, Versione 1.2 o ogni versione successiva pubblicata dalla Free Software Foundation; con le sezioni non modificabili intitolate Prefazione (eccetto le sottosezioni in essa contenute), GNU General Public License e GNU Free Documentation License, con nessun testo di fronte copertina, e con nessun testo di retro copertina. Una copia della licenza è acclusa nella sezione intitolata GNU Free Documentation License. In caso di modifica e/o di riutilizzo parziale della presente opera, secondo i termini della licenza, le annotazioni riferite a queste modifiche ed i riferimenti all opera originale, devono risultare evidenti e apportati secondo modalità appropriate alle caratteristiche dell opera stessa. IN NESSUN CASO È COMUNQUE CONSENTITA LA MODIFICA DI QUANTO, IN MODO EVIDENTE, ESPRIME IL PENSIERO O L OPINIONE DELL AUTORE. Quest opera è stata realizzata nella speranza che possa risultare utile, ma SENZA ALCU- NA GARANZIA ESPRESSA O IMPLICITA. Sebbene le informazioni siano state riportate in maniera tale da cercare di assicurarne quanto più possibile la correttezza e l accuratezza, l autore non si assume nessuna responsabilità per qualsiasi errore o danneggiamento del sistema che possa derivare in maniera diretta o meno dall utilizzo delle informazioni in essa contenute. Tutti i nomi di aziende, prodotti ed i relativi marchi, nonché eventuali loghi riportati nella presente opera, appartengono ai legittimi proprietari. Queste condizioni e questo copyright si applicano all opera nel suo complesso, salvo ove espressamente indicato in modo diverso. Copyright c Daniele Masini. Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with the Invariant Sections being entitled Prefazione (except the subsections contained), GNU General Public License and GNU Free Documentation License and with no Front-Cover Texts and no Back-Cover Texts. A copy of the license is included in the section entitled GNU Free Documentation License. If you modify this work and/or reuse it partially, under the terms of the license, the notices about these changes and the references about the original work, must be evidenced conforming to the work characteristics. IN NO EVENT IS ALLOWED TO MODIFY WHAT ARE CLEARLY THE THOUGHTS, THE OPINIONS AND/OR THE FEELINGS OF THE AU- THOR. This work is distributed hoping that it will be useful but WITHOUT ANY EXPLICIT NOR IMPLICIT WARRANTY. Even if information were reported keeping attention to their correctness and accuracy, the author does not assume any responsibility about any error or system damage that could be caused by using the information contained in this work. All Company names, Product names and related Trademarks and Logos contained in this work, belong to their legitimate owners. These conditions and this copyright apply to the whole work, except where clearly stated in a different way.

3 iii ad Eugenia

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5 Indice Prefazione GNU/Linux Organizzazione del testo Convenzioni tipografiche L autore xiii xiii xvi xvi xix I Il sistema 1 1 Introduzione Il computer Il sistema operativo Gli utenti L interfaccia utente I controller I dischi I dischi ottici Le partizioni Il filesystem Il software Il kernel ed i processi Input, output ed exit status Sistemi Operativi Multi Utente 13 SISTEMA OPERATIVO STRUTTURA ELEMENTI DI UN S.O SISTEMA MULTITASKING SISTEMA MULTITASKING-REQUISITI COOPERATIVE MULTITASKING PREEMPTIVE MULTITASKING SISTEMA MULTIUTENTE PROBLEMI TIPICI MULTIUTENZA SOLUZIONE UTENTI DI UN SISTEMA OPERATIVO BENEFICI DI UN SISTEMA MULTI-UTENTE PERCHÈ UNIX? QUALE UNIX? LINUX PERCHÈ LINUX? v

6 vi INDICE Il filesystem 19 I dispositivi di memoria di massa Partizionamento del disco I file di dispositivo Inizializzazione del filesystem La struttura del filesystem La struttura logica Il filesystem ext I file I permessi mount e umount Navigare nel filesystem Comandi utili Operazioni su file e directory 43 Creazione di file Creazione di directory Copia di file o directory Copia di file a basso livello Spostamento o rinominazione di file o directory Cancellazione di file o directory Visualizzazione del contenuto di un file Modifica del contenuto di un file Ricerca di file o nel contenuto di file Utenti ed accesso al sistema 71 User account La memorizzazione degli user account Il superuser Creare uno user account Modificare uno user account Cancellare uno user account Visualizzare le informazioni di uno user account Group account Memorizzazione dei group account Creare un group account Modificare un group account Cancellare un group account Visualizzare i dati di un group account Visualizzazione di UID e GID Modificare il proprio GID La cifratura della password Impersonare un altro utente Casi particolari System user e system group La procedura di login Comandi utili I processi 87 I processi Multitasking e multithreading I diritti di un processo Creazione di un processo Gestione della memoria Terminazione di un processo La gestione dei processi La comunicazione tra processi

7 INDICE vii I segnali Le pipe Appendici 99 Licenza 101 GNU Free Documentation License GNU Free Documentation License (italiano)

8 viii INDICE

9 Elenco delle figure 1 Il simbolo del progetto GNU ed il pinguino Tux (di L. Ewing), simbolo di Linux xiii 2 Esempio di interfaccia a caratteri (shell) di GNU/Linux xiv 3 Esempio di interfaccia grafica di GNU/Linux xv 1.1 Un computer Esempio di shell Esempio di interfaccia grafica Esempio di window Vista di un disco magnetico in sezione longitudinale e trasversale rispetto all asse di rotazione Interno di un hard disk Schematizzazione della suddivisione di un disco in partizioni Esempio di albero Esempio di albero Accesso sequenziale e accesso diretto Struttura tipica del filesystem di un sistema GNU/Linux Flag relativi ai permessi associati agli oggetti del filesystem Schematizzazione di un albero delle directory formato da più filesystem I canali di input, output ed error di un processo ix

10 x ELENCO DELLE FIGURE

11 Elenco delle tabelle 1 Simboli matematici utilizzati nel testo xviii 2 Multipli del sistema metrico decimale secondo il SI xviii 3 Multipli di quantità binarie secondo il SI xviii 1.1 File di dispositivo associati ai dischi e partizioni di un sistema GNU/Linux Caratteristiche principali del filesystem ext Tabella riassuntiva del significato dei bit dei permessi per un file Tabella riassuntiva del significato dei bit dei permessi per una directory I permessi (mode) sugli oggetti del filesystem, visualizzati per mezzo dell opzione -l del comando ls Unità di misura specificabili per le dimensioni dei blocchi Tipi di backup effettuabili con cp Attributi degli oggetti del filesystem mantenibili nella copia con cp Copia di sparse file con cp Possibili opzioni di -b o --backup Comandi di more Comandi di less (I parte) Comandi di less (II parte) Caratteri particolari all inizio del pattern di ricerca Combinazioni dei tasti sulla riga di comando di less Possibili basi per la visualizzazione con od Possibili formati di output di od Possibili valori di offset per hexdump Possibili suffissi per l opzione -size di find Possibili tipi di file specificabili con l opzione -type di find Possibili valori di format per l opzione -printf di find Elenco dei segnali inviabili ai processi Legenda delle azioni predefinite dei processi xi

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13 Prefazione Prima ti ignorano, poi ti deridono, poi ti combattono. Poi vinci. M. K. Gandhi Questo manuale, consigliato per il corso di Sistemi Operativi Multi-Utente: Unix non è altro che un estratto dell ottimo lavoro di Daniele Masini, che consiglio caldamente a chiunque sia interessato all argomento. GNU/Linux Nel 1991, dal lavoro di uno studente universitario, nacque il kernel di un sistema operativo Unix-like 1 che il progetto GNU (Gnu s Not Unix) 2 attendeva per la realizzazione di un vero e proprio sistema operativo open source 3. Tale kernel, denominato Linux in onore del suo autore Linus Torvalds, unito alle librerie di sistema già sviluppate da GNU, dette origine a GNU/Linux, ovvero il sistema operativo Unix-like open source che negli ultimi anni, grazie anche ad Internet, si è diffuso in tutto il mondo con una velocità senza eguali. Linux GNU/Linux Figura 1: Il simbolo del progetto GNU ed il pinguino Tux (di L. Ewing), simbolo di Linux. Si tenga presente che Linux è soltanto uno dei possibili kernel del sistema operativo GNU, ideato dalla Free Software Foundation 4, un organismo fondato nel 1985 da R. Stallman, con lo scopo di creare del software libero, a disposizione di tutti, sorgenti compresi. Esistono anche altri kernel, come Hurd 5, che permettono di far funzionare tale sistema, anche se per il momento non sono arrivati al livello di sviluppo di Linux. Grazie al fatto di essere governate dalla licenza GNU GPL (General Public License) 6, quindi libere da qualunque restrizione al loro utilizzo, modifica e diffusione, le varie 1 un sistema che ha caratteristiche simili al sistema operativo Unix creato dai Bell Labs, una divisione della AT&T. 2 v. 3 il codice sorgente dei programmi che compongono il sistema operativo è disponibile per chiunque (v. app.??). 4 v. 5 un insieme di miniserver basati su microkernel Mach, creati da un progetto GNU (v. 6 v. app.??. xiii

14 xiv PREFAZIONE componenti software del sistema operativo GNU/Linux non sono rimaste appannaggio di una sola persona o azienda, ma hanno coinvolto nello sviluppo un gran numero di persone in tutto il mondo, che costituiscono quella che comunemente viene detta comunità GNU/Linux. La velocità dello sviluppo di GNU/Linux è impressionante tanto che in pochi anni tale sistema operativo è divenuto adatto anche per utenti inesperti di informatica. Infatti, oltre all interfaccia a caratteri o shell (v. fig. 2), GNU/Linux è dotato anche di un interfaccia grafica 7 (un esempio della quale è riportato nella fig. 3) e di un corredo di software che nulla ha da invidiare a quello già presente in commercio per altri sistemi. Figura 2: Esempio di interfaccia a caratteri (shell) di GNU/Linux. Ma ciò che più di ogni altra cosa contraddistingue GNU/Linux è, come per altri sistemi operativi Unix-like, la sua affidabilità. Nessun processo infatti può compromettere il funzionamento del sistema operativo, neanche la stessa interfaccia utente (a meno che non si tratti di un processo che gira in kernel space). Inoltre GNU/Linux ha un altra importante caratteristica: può gestire più terminali per l accesso alla stessa macchina, ovvero si presenta come un vero sistema operativo multiutente. Questo va a vantaggio anche della manutenibilità del sistema, poiché anche se un processo potesse rendere impossibile l utilizzo di un terminale, ci sarebbe la possibilità di accedere al sistema attraverso un altro terminale e poter così terminare il processo che tiene bloccato il primo terminale. GNU/Linux, inoltre, come molti programmi sviluppati per questo sistema, fa parte del software libero (free software) 8 e questo è il suo vero punto di forza. Chiunque ha la libertà di leggere, modificare e ridistribuire il codice sorgente che lo compone. Per di più, sebbene si possa acquistarne una specifica distribuzione commerciale, è possibile reperire GNU/Linux anche scaricandolo gratuitamente da Internet o tramite l acquisto di riviste mensili del settore informatico, con CD (DVD) allegati, al costo di qualche euro! La scelta di un software può vincolare chi lo sceglie, al produttore dello stesso. Infatti, la licenza con la quale è distribuito un software proprietario vincola l utente finale al solo utilizzo dello stesso, negando a tutti, ad eccezione del produttore, di poter intervenire 7 in realtà per GNU/Linux sono disponibili più interfacce grafiche (v. cap.??). 8 v. app.??.

15 GNU/LINUX xv Figura 3: Esempio di interfaccia grafica di GNU/Linux. sul software stesso per modificarlo (correggerlo, adattarlo alle proprie esigenze). Si è comunque costretti ad attendere la modifica da parte del produttore, sempre che il produttore sia interessato ad apportare una modifica al proprio software. Con il software libero, invece, viene concessa la libertà di modifica a chiunque. Bisogna considerare anche il fatto che un software totalmente bug free (senza falle) è molto difficile da realizzare (per grossi progetti, praticamente impossibile). Inoltre un bug trovato da un utilizzatore del software diviene di pubblico dominio in tempi brevissimi grazie ad Internet, cosicché chiunque può venire a conoscenza della falla presente nel software e sfruttarla per comprometterne l uso o addirittura danneggiare l intero sistema (questo dipende dal ruolo che riveste il software che contiene il bug all interno del sistema). E questa possibilità c è per tutto il tempo che intercorre tra la scoperta del bug ed il rilascio di una patch (toppa) o di una nuova versione del software da parte dell azienda fornitrice del prodotto, che risolve il problema. Il software libero invece ha il vantaggio che, qualora venga rilevato un bug, chiunque (in grado di farlo) può realizzare e rendere disponibile una soluzione al problema (dato che il codice sorgente è modificabile) e chi lo desidera può reperirla ed utilizzarla nel proprio sistema. Un altra caratteristica di GNU/Linux è la sua elevatissima configurabilità, tanto che è possibile utilizzarlo su PC, palmari, supercomputer e macchine specifiche, utilizzando essenzialmente lo stesso kernel, modificando soltanto la configurazione del sistema. Nel testo quindi verrà fatto molto uso delle espressioni in generale, generalmente,... che indicano appunto il comportamento predefinito (default) del sistema, che, se diversamente configurato, potrebbe risultare differente da quello riportato nel testo. Anche i programmi sviluppati per il sistema GNU/Linux, in modo particolare quelli che appartengono alla categoria del software libero, sono caratterizzati da un elevata configurabilità, tendendo a portare avanti l idea che è il software che si deve adattare all utente e non viceversa (gli utenti possono avere esigenze diverse). Infine, GNU/Linux, riesce a gestire molto bene reti di computer, tanto che molti dei computer utilizzati per la gestione dei servizi su Internet sono basati su questo sistema operativo. Esso utilizza i protocolli definiti da standard pubblici, che danno quindi una maggiore garanzia di sicurezza ed affidabilità rispetto a quelli non pubblici (proprietari).

16 xvi PREFAZIONE Non solo, il sistema è anche in grado di gestire dei meccanismi di sicurezza molto efficaci, tanto che le macchine sulle quali esso gira, possono anche essere utilizzate come veri e propri firewall. Per tutti gli aspetti sopra elencati, molte aziende hanno già adottato il sistema GNU/Linux per il proprio parco macchine. Esso infatti può essere considerato come una valida alternativa libera ai costosi sistemi operativi proprietari, che spesso investono più sul marketing che sulla qualità del prodotto, ovvero più sull apparire piuttosto che sull essere. Va anche detto che GNU/Linux è un sistema operativo che si presta molto bene per essere utilizzato a scopi didattici per l enorme documentazione in proposito ed anche per il fatto che il sistema, appartenendo al software libero, non pone alcun limite alla possibilità di vedere come esso è stato realizzato. Comunque sia, il fatto che in un mercato sia presente la possibilità di scelta da parte del cliente, ovvero un regime di concorrenza, è, senza dubbio, di per sé un fattore positivo, poiché questo spinge tutti i concorrenti (produttori) a fare meglio, e quindi a rilasciare sul mercato dei prodotti sempre migliori. Spetta poi al cliente valutare e scegliere il prodotto che meglio si confà alle sue esigenze. Organizzazione del testo La trattazione dei vari argomenti è distribuita secondo il seguente schema: parte I Tratta gli aspetti dei singoli sistemi (sistemi stand-alone), senza considerare l interconnessione con altri sistemi; capitolo 1 In questo capitolo sono illustrate tutte le nozioni di base necessarie alla comprensione del testo. Viene fornita una panoramica sui sistemi di elaborazione con particolare riferimento ai PC ed a GNU/Linux; capitolo In questo capitolo viene trattata la gerarchia del filesystem e la sua struttura sia fisica che logica. Vengono illustrati i file, le directory, il mount dei dischi, i dispositivi,...; capitolo In questo capitolo vengono illustrati rapidamente i comandi che permettono l utilizzo di base degli oggetti del filesystem come la creazione, visualizzazione, modifica, ricerca e cancellazione dei file e directory; capitolo In questo capitolo è trattata la gestione degli account e delle password, la procedura di login ed il sistema di autenticazione; capitolo In questo capitolo viene trattato il kernel del sistema, la gestione dei processi nonché i meccanismi di comunicazione tra gli stessi; parte Contiene appendici relative ad argomenti di contorno o che non hanno trovato una posizione specifica all interno del testo. Convenzioni tipografiche Nel testo saranno utilizzate le convenzioni tipografiche di seguito elencate grassetto in questo modo saranno evidenziati i nuovi termini man mano che verranno introdotti nel testo. Un esempio è il seguente:

17 CONVENZIONI TIPOGRAFICHE xvii... dette origine a GNU/Linux, ovvero il sistema operativo... inclinato in questo modo saranno evidenziate sia le espressioni sulle quali si vuol porre l attenzione che i termini particolari. Un esempio è il seguente: italic... utilizzata per il mounting delle periferiche... in questo modo saranno evidenziati i nomi di prodotti ed aziende citati nel testo. Un esempio è il seguente:... motore di ricerca come ad esempio Google,... monospaced in questo modo sarà evidenziato tutto l input/output del sistema (ciò che è digitato con la tastiera e che è visualizzato sullo schermo dal sistema), i nomi ed il contenuto dei file, gli indirizzi di pagine web e quelli di posta elettronica. Un esempio è il seguente: $ man 8 mount monospaced inclinato in questo modo saranno evidenziati i nomi dei processi. Un esempio è il seguente: meta... che viene avviato dal kernel è init tramite l esecuzione... in questo modo saranno evidenziate le parti del metalinguaggio per l illustrazione della sintassi dei comandi e dei dati (i segnaposto per gli argomenti). Le parti opzionali saranno racchiuse tra parentesi quadre [ e ]. Un esempio è il seguente: # useradd [option] username In tal caso option sarà un argomento opzionale, ovvero l utente può impartire il comando useradd senza specificare option, ma username deve essere sempre specificato. Gli elementi che fanno parte di elenchi di scelta vengono racchiusi tra parentesi graffe { e }, separati tra loro dal carattere pipe. Ad esempio # /etc/init.d/httpd {start restart stop...} In tal caso gli elementi start, restart, stop (ecc.) fanno pate di un elenco di parametri tra cui l utente può scegliere per impartire il comando /etc/init.d/httpd. In genere tali parametri sono da ritenersi mutuamente esclusivi, ovvero soltanto uno di essi può essere specificato. key in questo modo saranno evidenziati i tasti da premere. Un esempio è il seguente:... della macchina in genere premendo il tasto Canc (o Del ). In questo modo saranno rappresentati i tasti che non hanno un corrispondente carattere visualizzabile sullo schermo o tali che la funzione che essi richiamano all interno di un programma viene effettuata in seguito alla pressione del tasto, senza che sia necessario premere nessun ulteriore tasto di conferma (tipicamente il tasto Return ). Nel testo saranno anche evidenziati dei paragrafi nel modo seguente: In questo modo saranno evidenziati i paragrafi che si riferiscono a dettagli implementativi, note storiche o commenti vari.

18 xviii PREFAZIONE Un altra convenzione utilizzata è quella relativa alla rappresentazione del simbolo del prompt della shell di sistema: essa denota immediatamante i privilegi che si devono avere per effettuare determinate operazioni. Un cancelletto (#), tipico prompt dell amministratore del sistema nei sistemi Unix-like, indica che l utente che digita i comandi deve avere privilegi amministrativi, ovvero quelli dell utente superuser; un simbolo di dollaro ($) indica che non è necessario che l utente goda dei diritti amministrativi sul sistema. Si dà per scontato, salvo specifico avviso, che all interno dei file di configurazione e degli script le linee vuote e quelle che iniziano con il carattere # (cancelletto) sono ignorate. Il significato dei simboli matematici utilizzati nel testo è riportato nella tab. 1. Simbolo Significato N insieme dei numeri naturali Z insieme dei numeri interi Q insieme dei numeri razionali R insieme dei numeri reali infinito {...} insieme (elenco di valori) [...] insieme chiuso (intervallo di valori, estremi inclusi) (...) insieme aperto (intervallo di valori, estremi esclusi) elemento appartenente ad un insieme insieme contenuto in un insieme per ogni esiste : tale che circa uguale = congruenza j a se a 0 a valore assoluto di a. Esso vale a se a < 0 nx a i sommatoria (equivale a a 0 + a 1 + a a n) i=0 ny a i produttoria (equivale a a 0 a 1 a 2... a n) i=0 Tabella 1: Simboli matematici utilizzati nel testo. Prefisso Simbolo Coeff. moltiplicativo kilo- k = 10 3 mega- M = 10 6 giga- G = 10 9 tera- T = peta- P = exa- E = zetta- Z = yotta- Y = Tabella 2: Multipli del sistema metrico decimale secondo il SI. Prefisso Simbolo Coeff. moltiplicativo kibi- Ki = 2 10 mebi- Mi = 2 20 gibi- Gi = 2 30 tebi- Ti = 2 40 pebi- Pi = 2 50 exbi- Ei = 2 60 zebi- Zi = 2 70 yobi- Yi = 2 80 Tabella 3: Multipli di quantità binarie secondo il SI.

19 L AUTORE xix Infine è opportuno notare che, sebbene nella pratica vengano spesso utilizzati impropriamente i prefissi legati ai multipli del sistema metrico decimale (riportati nella tab. 2), nel testo viene fatto uso dei prefissi relativi ai multipli del sistema binario come indicato dal SI (Sistema Internazionale) 9 e riportato nella tab. 3. Si avranno pertanto i kibibyte (1 KiB = byte), i mibibyte (1 MiB = byte), i gibibyte (1 GiB = byte) e così via, al posto dei kilobyte (1 kb = byte), megabyte (1 MB = byte), gigabyte (1 GB = byte),... L autore Nato a Firenze nel 1970 e laureato con lode in Ingegneria elettronica nel 1996 presso la facoltà di Ingengeria dell Università degli Studi di Firenze, ha manifestato fin dall adolescenza un vivido interesse per l elettronica ed in particolare per i computer. Ha conosciuto GNU/Linux nel 1995 e ci si è dedicato più approfonditamente a partire dal Si è occupato di analisi e sviluppo software, di comunicazione di rete e di meccanismi per la riservatezza dei dati. Attualmente lavora come sistemista/project manager nel settore ICT presso una nota azienda in provincia di Firenze e scrive articoli su riviste di informatica, con particolare riferimento al software libero. Crede fermamente nella libertà e nella condivisione dell informazione come contributo all accrescimento della conoscenza della società, al fine di promuoverne, quanto più agevolmente, il progresso. Firenze, Luglio 2006 Daniele Masini Via G. Duprè, Scandicci (FI) Italy 9 v.

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21 Parte I Il sistema 1

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23 Capitolo 1 Introduzione So di non sapere. Socrate In questo capitolo saranno fornite le nozioni necessarie alla comprensione degli argomenti trattati nei capitoli successivi. Dopo una rapida panoramica su come vengono rappresentate le informazioni all interno di un elaboratore elettronico, si danno le definizioni di base per il software e l hardware. Quindi si forniscono i termini relativi al filesystem, al kernel, ai processi ed agli utenti. Infine vengono riportate le distribuzioni di GNU/Linux più conosciute con le loro rispettive caratteristiche e le modalità di reperimento della documentazione sul sistema. 1.1 Il computer Un computer o elaboratore elettronico è una macchina che esegue rapidamente istruzioni opportunamente codificate: i programmi. computer Figura 1.1: Un computer. L utilizzo del computer è diventato ormai di uso quotidiano in tutti gli ambiti delle varie attività, dalla scuola, all ufficio, all uso domestico e questo per il semplice fatto che l elaboratore permette di svolgere, in tempi piuttosto brevi, alcuni compiti, per i quali è stato opportunamente istruito per mezzo dei programmi o applicazioni (v. sez. 1.7). Il termine piuttosto dipende dalla velocità dei circuiti elettronici che costituiscono il computer e dalla qualità dei programmi. È quindi sempre più sentita l esigenza di avere programmi che vadano il più possibile incontro a chi li usa (gli utenti), ovvero un buon programma non è soltanto quello che svolge correttamente il proprio compito, ma che lo fa anche più velocemente possibile ed il suo funzionamento avviene attraverso un interfaccia quanto più possibile intuitiva o user friendly (amichevole per l utente). 3

24 4 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE 1.2 Il sistema operativo Un computer non è in grado di funzionare se non è opportunamente programmato. Pertanto, all accensione di un computer viene fatto eseguire un programma particolare: il sistema operativo (operating system). Esso è in grado di comandare l intero siste- ma, fornisce un interfaccia di accesso al sistema stesso, gestisce la memorizzazione delle informazioni sulla memoria di massa e permette l esecuzione di altri programmi. È il programma fondamentale per il funzionamento di tutti i circuiti elettronici presenti in un computer e dei dispositivi ad esso connessi. Nei sistemi operativi Unix-like il sistema operativo stesso si suddivide nel kernel, nei programmi di base e nelle librerie di sistema (system library). Il kernel è il cuore del sistema operativo: quello che ha a che fare con i vari dispositivi che compongono il computer stesso, cioè l hardware. I programmi di base sono i vari programmi che servono per poter utilizzare il sistema (l interfaccia utente, i comandi essenziali,...). Le librerie di sistema sono opportune porzioni di programmi che si interfacciano con il kernel, disponibili per esere utilizzate da altri programmi. sistema operativo kernel 1.3 Gli utenti Le persone che interagiscono con il sistema si dicono utenti ed in GNU/Linux, come in qualunque sistema operativo multiutente, è possibile definirne più di uno per ogni sistema. La definizione degli utenti è necessaria poiché il sistema deve riconoscere l utente al momento del suo accesso (o login) in maniera da poter attuare per esso le politiche di accesso alle varie parti del sistema in base al suo profilo. L insieme degli utenti che possono accedere al sistema è generalmente memorizzato all interno del sistema stesso. Ogni utente è identificato univocamente da un valore numerico, lo UID (User IDentifier) ed a questo sono associati uno username (il nome dell utente) ed una password (parola d ordine). Al momento dell accesso, il sistema richiede all utente di inserire il proprio username e per verificare che si tratti proprio di lui, richiede anche la relativa password, che solo l utente in questione dovrebbe conoscere. Se l utente viene riconosciuto, in base allo username ed alla password inseriti, questi viene fatto accedere all interfaccia utente del sistema (v. sez. 1.4). I sistemi Unix-like fanno una distinzione tra utenti standard e l amministratore del sistema (intendendo per amministratore colui che lo gestisce, lo configura,...), detto anche superuser, il cui UID è 0 e che generalmente ha uno username uguale a root. Mentre per gli utenti standard il sistema attua un meccanismo di controllo di accesso alle varie risorse ciò non avviene nei confronti del superuser. È pertanto opportuno ridurre al minimo gli accessi al sistema in qualità di superuser, per evitare di modificare inavvertitamente parti del sistema che potrebbero comprometterne il funzionamento. I concetti qui introdotti saranno trattati più in dettaglio nel cap L interfaccia utente interfaccia utente Una volta acceduto al sistema tramite un opportuna procedura di riconoscimento (login), un utente si trova davanti quella che viene detta interfaccia utente, dalla quale si possono impartire comandi al sistema stesso. GNU/Linux ha la possibilità di presentare due tipi di interfaccia utente shell (detta anche interfaccia testuale o interfaccia a riga di comando) è l interfaccia di base, la più vecchia ma dalle enormi potenzialità. Questa è in grado di gestire soltanto caratteri (i simboli alfanumerici presenti sui tasti della tastiera) e si presenta essenzialmente con uno schermo nero suddiviso in 24 righe per 80 colonne, sul quale appare una sequenza di simboli, il prompt, che indica che il sistema è pronto per ricevere un comando dall utente (v. fig. 1.2), seguiti dal carattere, generalmente lampeggiante, (oppure ), il cursore (o caret), che

25 1.4. L INTERFACCIA UTENTE 5 indica la posizione dell schermo dove sarà visualizzato il prossimo carattere. Nel testo il cursore sarà sempre indicato con il carattere (underscore), anche se la sua forma può variare da un sistema all altro. Figura 1.2: Esempio di shell. L utente può quindi inserire un comando tramite la tastiera e premere il pulsante Return (o Invio ) (v. sez.??) per confermarlo. I comandi vengono impartiti con la seguente sintassi $ command [args] dove $ rappresenta il prompt della shell; command args è il comando da eseguire (generalmente il nome di un file eseguibile); è un eventuale elenco di argomenti (parametri) che possono essere specificati al comando che li interpreta e si comporta di conseguenza (gli argomenti sono specifici per ogni comando); Il comando per esteso (comprensivo degli eventuali argomenti), cioè la parte command [args] costituisce quella che viene chiamata riga di comando, che è poi l ordine impartito al sistema. X Window System (spesso denominata anche X Window, o soltanto X, interfaccia grafica o GUI Graphic User Interface) è l interfaccia più innovativa, ma anche la più avida di risorse (memoria). Questa si presenta con una schermata analoga a quella della fig. 1.3, cioè quello che viene definito desktop (scrivania), sul quale vi sono delle piccole immagini, dette icone (icon), con le quali l utente può interagire per mezzo del dispositivo di puntamento (mouse). Le applicazioni sviluppate per tale interfaccia si basano su finestre (window), ovvero si presentano all utente come delle schede con una veste grafica, nelle quali si possono inserire dei dati con la tastiera, cliccare pulsanti grafici,... (v. fig. 1.4). Le window costituiscono l interfaccia grafica delle applicazioni. riga di comando

26 6 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE Figura 1.3: Esempio di interfaccia grafica. La shell è l interfaccia di base del sistema poiché le applicazioni vengono sempre lanciate in esecuzione attraverso una riga di comando (anche se si utilizza l interfaccia grafica). Quindi tutti i comandi, come anche quelli riportati nel presente testo, sono impartibili tramite la shell. Nel seguito del testo, salvo specifico avviso, la shell di riferimento sarà Bash (v. cap.??). Le interfacce utente saranno descritte più in dettaglio nei cap.?? e??. controller I controller I controller sono parte dell hardware dedicata alla gestione di circuiti particolari (sono dei processori dedicati). Ne sono un esempio, il controller della memoria centrale che si preoccupa di gestire le richieste di lettura/scrittura delle informazioni dalla/nella memoria centrale, il controller dei dischi ATA che si preoccupa di gestire l accesso al supporto fisico dei dischi ATA, I dischi testine traccia I dischi magnetici sono i dispositivi più utilizzati come memoria di massa nei PC. Un disco magnetico può essere composto da più piatti (v. fig. 1.5) di materiale trasparente ai campi magnetici, ricoperto su entrambe le facce da un deposito di materiale ferromagnetico. I piatti costituiscono il supporto fisico sul quale sono memorizzate le informazioni. L accesso alle informazioni contenute sul disco avviene per mezzo di trasduttori magnetici che sono le testine. Queste sono in numero pari al doppio dei piatti che costituiscono il disco: una per ogni faccia. Quando il disco è in funzione, i piatti ruotano attorno al proprio asse con una velocità angolare costante. Le testine possono muoversi soltanto trasversalmente rispetto al senso di rotazione dei piatti, avvicinandosi o allontanandosi dall asse di rotazione dei dischi stessi. La posizione delle testine individua una traccia su ogni faccia dei piatti del disco, costituita dalla porzione circolare del

27 1.5. I DISCHI 7 Figura 1.4: Esempio di window. supporto magnetico che transita sotto di esse. Ogni traccia viene suddivisa in porzioni, tutte della stessa grandezza: i settori 1. Quest ultimi hanno generalmente la capacità di contenere 512 byte. Generalmente i settori del disco vengono detti anche blocchi fisici, sebbene si tratti di un blocco individuato dalla logica microprogrammata che controlla il disco, e quindi risultato di un astrazione. Si prlo comunque di blocco fisico per distinguerlo da quello logico introdotto da un livello superiore di astrazione che è il filesystem (v. cap ). settori blocchi fisici La meccanica del disco (l insieme dei bracci che sostengono le testine, il motore che li muove e quello che fa ruotare i piatti) è comandata dall apposita circuiteria presente sull unità a disco. Questa comprende dei circuiti integrati contenenti quello che viene detto firmware (microcodice o logica microprogrammata) del disco che costituise l interfaccia tra il sistema ed il disco stesso I dischi ottici Mentre la gestione e l organizzazione dei dischi magneto-ottici (MO) sono sostanzialmente analoghe a quelle dei dischi magnetici (la scrittura delle informazioni avviene con tecnologia magnetica, mentre la lettura delle stesse viene effettuata per mezzo di un raggio laser tecnologia ottica), i dischi ottici (CD, DVD), nei quali la lettura e scrittura delle informazioni avviene per mezzo di un raggio laser, richiedono una memorizzazione dei dati in maniera sequenziale, consentendo eventualmente un aggiunta in coda. Per questo, i dati vengono registrati su tali supporti utilizzando un unica traccia a spirale dal centro verso la periferia del disco Le partizioni I dischi fissi e quelli rimovibili in grado di memorizzare grandi quantità di informazioni, possono essere suddivisi in partizioni che sono aree del disco in ognuna delle quali è possibile memorizzare le informazioni secondo uno specifico filesystem (v. sez. 1.6). partizioni 1 poiché il disco ruota a velocità angolare costante, i settori delle tracce più esterne saranno fisicamente più grandi (più lunghi) di quelli delle tracce più interne, ma conterranno la stessa quantità di informazioni.

28 8 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE Figura 1.5: Vista di un disco magnetico in sezione longitudinale e trasversale rispetto all asse di rotazione. In pratica, i dischi fissi vengono sempre suddivisi in partizioni (al limite soltanto una). Nel caso di dischi rimovibili di elevata capacità, non suddivisi in partizioni, si parla di superfloppy. partition table MBR Il sistema di suddivisione dei dischi in partizioni riconosciuto e gestito da GNU/Linux è quello utilizzato dal DOS 2 e dai sistemi operativi da esso derivati. La partition table, ovvero l elenco delle partizioni in cui è suddiviso il disco e la relativa posizione fisica sul supporto magnetico, è memorizzata nella parte finale del primo settore del disco che è escluso dal partizionamento, cioè non è contenuto in nessuna partizione. Tale settore è detto MBR (Master Boot Record) poiché contiene anche il codice per l avvio del boot loader (v. cap.??) cioè il meccanismo di caricamento del sistema operativo. Lo spazio riservato per annotare i dati delle partizioni nel MBR è limitato e consente la suddivisione del disco in un massimo di 4 partizioni (partizioni primarie). La possibilità di suddividere lo spazio di un disco in un massimo di 4 partizioni, può essere troppo limitante: per questo sono state introdotte le partizioni estese, partizioni che possono contenere al loro interno delle partizioni logiche. La fig. 1.7 rappresenta un esempio di suddivisione di un disco in partizioni. In essa sono presenti 3 partizioni primarie ed una estesa, suddivisa a sua volta in 2 partizioni logiche. In questo modo, risulteranno essenzialmente 5 partizioni utilizzabili: le 3 2 il DOS (Disk Operating System) è un sistema operativo analogo a MS-DOS (Microsoft DOS) e DR-DOS (Digital Research DOS).

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