Fundamentos do Linux

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Do que o Linux é feito: kernel, shell, distribuições e licenças

Fica mais fácil pensar no Linux como uma cebola. No centro está o hardware: CPU, memória, discos e placa de rede. Em volta dele fica o kernel, que cuida desse hardware diretamente. Por fora do kernel vem o shell (o bash, por exemplo), que interpreta os comandos que você digita, e na camada mais externa estão os programas que você usa de fato.

Os programas nunca mexem no hardware por conta própria. Quando um deles precisa ler um arquivo ou mandar algo pela rede, ele pede ao kernel com uma chamada de sistema (system call), e o kernel lida com o hardware e devolve o resultado. Assim, mesmo que um programa dê problema, o kernel protege o hardware e todos os outros programas. Troque o comando na cena abaixo para ver.

Distribuições: o kernel junto com as ferramentas

A rigor, “Linux” é o nome do kernel. Só o kernel não dá para usar, então ele vem empacotado com um shell, ferramentas de linha de comando, um gerenciador de pacotes e um instalador. Esse pacote completo se chama distribuição (ou distro). Existem duas grandes famílias, e sempre que os comandos forem diferentes, este guia mostra as duas lado a lado.

Uma versão do kernel como 5.15.0 se lê como “principal.secundária.patch” (major.minor.patch). Antigamente havia uma regra de que um número secundário par indicava uma versão estável, mas essa regra não é mais usada. Hoje o kernel.org publica a versão de desenvolvimento mais recente (mainline), as versões estáveis (stable) e as versões com suporte de longo prazo (longterm).

Software livre e a GPL

Linus Torvalds lançou o kernel Linux em 1991, e muitas das ferramentas em volta dele vieram do Projeto GNU, iniciado por Richard Stallman. Stallman também fundou a Free Software Foundation (FSF), cuja licença principal é a GPL. Qualquer pessoa pode usar, modificar e redistribuir um programa GPL, mas, se você distribuir uma versão modificada, precisa liberar o código-fonte dela nos mesmos termos da GPL. Esse jeito de garantir que a liberdade passe adiante para a próxima pessoa se chama copyleft.

Você já viu do que o Linux é feito. Agora vamos ver em que ordem essas camadas acordam quando você aperta o botão de ligar.

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O que acontece quando você liga a máquina: a sequência de boot

Entre apertar o botão de ligar e ver a tela de login, várias etapas rodam uma depois da outra. É uma corrida de revezamento em que cada etapa encontra a próxima e passa o bastão, então, se você souber em que etapa o boot parou, também sabe o que quebrou.

BIOS/MBR e UEFI/GPT: o jeito antigo e o jeito atual

Quatro nomes parecem muita coisa, mas fica simples quando você separa em dois pares. BIOS e UEFI são o firmware: o programa gravado na placa-mãe que roda primeiro quando você liga a máquina. MBR e GPT são formatos de tabela de partições: um sumário na frente do disco que diz “este disco está dividido assim”. O par antigo costuma ser BIOS + MBR, e o par atual, UEFI + GPT. O que muda entre os dois é como eles encontram a próxima etapa, o carregador de inicialização.

No Linux, a partição do sistema EFI costuma ficar montada em /boot/efi. As provas adoram perguntar isso como “onde fica o carregador de inicialização no boot com UEFI”.

O carregador de inicialização GRUB2

O carregador de inicialização encontrado e executado desse jeito é o GRUB2. O LILO também foi usado no passado, mas hoje o padrão é o GRUB2. Aqui está a pegadinha na hora de mudar as configurações: você não edita à mão o grub.cfg, que é o arquivo lido de fato no boot. Em vez disso, edita o arquivo de origem, /etc/default/grub, e depois roda o grub2-mkconfig (no Ubuntu, update-grub), que gera um grub.cfg novo.

Dos runlevels aos targets

O init antigo dividia os estados do sistema em “níveis de execução” (runlevels) numerados. O systemd trocou isso por targets e mapeia os números antigos para eles, então os nomes antigos continuam funcionando.

Você vê o target padrão com systemctl get-default e muda com systemctl set-default. Há dois modos para quando algo quebra. O rescue.target é o modo de recuperação: monta os sistemas de arquivos e deixa o administrador entrar sozinho, com um conjunto mínimo de serviços. O emergency.target é o modo de emergência, que sobe ainda menos coisa (o sistema de arquivos raiz é montado só para leitura). Quando um /etc/fstab errado trava o boot, normalmente você cai no modo de emergência.

Nos passos 3 e 4 do boot, o kernel encontrou o “sistema de arquivos raiz” e o montou. Agora vamos ver como os discos são divididos e montados.

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Dividir e montar discos: partições, sistemas de arquivos e a estrutura de diretórios

Não dá para usar um disco novo direto da caixa. São três passos. Primeiro você divide o disco em áreas (partições). Depois cria em cada partição um formato para guardar arquivos (um sistema de arquivos) com o mkfs. Por fim, monta a partição em um ponto da árvore de diretórios com o mount. Diferente do Windows, não existem unidades C: e D: separadas. Todo disco entra como um galho de uma única árvore que começa em /.

Sistemas de arquivos e swap

Os sistemas de arquivos mais comuns no Linux são o ext4 e o XFS. Os dois usam journaling: antes de aplicar uma mudança, eles a anotam primeiro em um diário (o journal). Assim, mesmo que a energia caia de repente, o sistema de arquivos corre menos risco de corromper, e a verificação também é mais rápida. A família RHEL usa XFS por padrão. O XFS é fácil de aumentar, mas considere diminuí-lo praticamente impossível (existe só um recurso que corta um pedacinho do final). A swap é um espaço em disco que o sistema usa por um tempo quando a memória fica curta. Ela não é montada em um diretório; você a liga com o swapon.

/etc/fstab: onde montar a cada boot

O que você monta com o comando mount some depois de reiniciar. Para montar a cada boot, adicione uma linha no /etc/fstab. Cada linha tem seis campos.

# dispositivo (ou UUID)                    montar em    tipo de FS  opções    dump  ordem fsck
UUID=4c2f…a91e                             /home        xfs         defaults  0     0
/dev/sdb1                                  /data        ext4        defaults,nofail  0  2

Se um disco listado aqui não estiver presente, o boot para no modo de emergência (capítulo 2). Coloque nofail nos discos que não são essenciais. Nomes de dispositivo como /dev/sdb1 podem mudar conforme a ordem em que os discos são conectados, então é mais seguro usar o UUID, que não muda.

A estrutura de diretórios (FHS)

Em qualquer distribuição, cada diretório tem uma função definida (o Padrão de Hierarquia do Sistema de Arquivos, FHS).

Com o disco montado, vamos olhar os arquivos dentro dele. O nome de um arquivo e o conteúdo dele, na verdade, ficam em lugares separados.