Linus Walleij ONLINEVERSIONEN - TRYCKNING FÖRBJUDEN

Att använda GNU/Linux Linus Walleij ONLINEVERSIONEN - TRYCKNING FÖRBJUDEN Jag har sålt rättigheterna att trycka den här boken till Studentlitteratur, det betyder att du inte får trycka egna exemplar av boken från detta manuskript. Anledningen till att jag sålt rättigheterna är att jag vill att boken skall få spridning. Det finns mer information om detta för den som vill veta alla överväganden, se: http://www.df.lth.se/~triad/ gnulinux/20040514102823 Någon speciell licens finns inte för boken, inte än i varje fall, så det är vanlig sträng upphovsrätt som gäller. Det går däremot bra att sprida boken vidare i denna elektroniska form. Bokens hemsida: http://www.df.lth.se/~triad/gnulinux/

Innehåll 1 Inledning 3 1.1 Läsanvisning.......................... 4 1.2 Läsarens förkunskaper.................... 4 1.3 Om formen........................... 6 1.4 Bäst-före-datum........................ 7 1.5 Datorvetenskaperna..................... 7 1.6 Något grundläggande om operativsystem......... 8 1.6.1 Konstruktionshierarkier............... 11 1.6.2 Operativsystemets hierarkier............ 14 1.7 Tack............................... 16 2 POSIX 19 2.1 Historia............................. 21 2.2 Mach, MacOS X, GNU/Hurd................ 23 2.3 POSIX innehåll........................ 25 2.3.1 Skal och kommandon................ 25 2.3.2 Processer........................ 33 2.3.3 Demoner........................ 42 2.3.4 Användare....................... 44 2.3.5 Filsystemet...................... 51 2.3.6 Reguljära uttryck................... 75 2.3.7 Texteditorer...................... 78 2.3.8 Datum och tid..................... 89 2.3.9 Rör, filter och skript................. 90 2.3.10 Nätverket....................... 103 2.3.11 Terminalinloggning................. 105 2.3.12 At- batch- och cronjobb............... 107

Innehåll 3 De fria mjukvaruprojekten 111 3.1 Ekonomisk förklaring..................... 113 3.2 Antropologisk, sociologisk, eller psykologisk förklaring. 115 3.3 Att deltaga i fria mjukvaruprojekt............. 117 3.4 Licenser............................ 119 3.4.1 GNU General Public License, GPL......... 120 3.4.2 BSD-licensen..................... 122 3.4.3 MIT-licensen...................... 123 3.5 Versionsnummer....................... 124 4 Distributionerna 127 4.1 Hur distributionerna fungerar................ 129 4.1.1 Installationsmedia.................. 131 4.1.2 Inventera din hårdvara............... 133 4.1.3 Bootstrap loader och multiboot........... 135 4.1.4 Partitionering..................... 138 4.2 Debian GNU/Linux..................... 142 4.2.1 Installation av Debian................ 145 4.2.2 DEB, dpkg och APT-systemet............ 146 4.2.3 Felrapportering.................... 151 4.3 Red Hat Linux / Fedora Core................ 151 4.3.1 Installation av Red Hat & Fedora Core....... 154 4.3.2 RPM-systemet..................... 156 4.3.3 Up2date, Red Carpet, YUM och APT för RedHat. 157 4.3.4 Felrapportering.................... 159 4.4 Linux From Scratch...................... 159 4.5 Alla de övriga......................... 160 4.6 Program utanför distributionen............... 163 5 GNU/Linux-projekten 165 5.1 GNU-projektet......................... 165 5.2 Linuxprojektet......................... 169 5.3 BSD............................... 172 5.4 Arkitekturen i GNU/Linux-systemen........... 173 5.4.1 Hantering av dynamiska kärnmoduler...... 176 5.4.2 Hur kärnan startar.................. 178 5.4.3 Kärnkontroll körnivåer.............. 183 5.4.4 Exkursion i körnivå 1................ 188 5.4.5 Dynamiska länkbibliotek.............. 189 5.4.6 Standardisering.................... 191 5.4.7 Filsystemets hierarki................. 193 5.4.8 Enhetsfilerna i /dev................. 194 5.4.9 Kärn- och processkontroll /proc......... 196 iv

Innehåll 5.4.10 Filsystemstyper.................... 202 6 Fönstersystemet X 213 6.1 XFree86............................. 214 6.2 Arkitekturen i X........................ 217 6.3 Konfiguration......................... 220 6.4 Programmen i X........................ 238 6.5 Teckenuppsättning...................... 245 6.6 X-terminaler.......................... 248 6.7 Skrivbordsmiljöer....................... 249 6.7.1 Motif och CDE.................... 250 6.7.2 Qt och KDE...................... 252 6.7.3 GTK+ och GNOME.................. 254 6.8 VNC.............................. 257 7 Kringutrustning 259 7.1 Skrivarhantering: CUPS och Foomatic........... 259 7.2 Scanner............................. 262 7.3 USB-enheter.......................... 264 7.3.1 USB-lagringsenheter, digitalkameror........ 264 7.4 CD- och DVD-bränning................... 266 7.4.1 Skapa en Data-CD/DVD.............. 268 7.4.2 Skapa en Audio-CD/DVD............. 271 8 Kompilera själv 275 8.1 Kompileringsverktyg..................... 276 8.2 Beroenden........................... 277 8.3 GNU Autotools........................ 279 8.3.1 Utvecklarens perspektiv............... 279 8.3.2 Användarens perspektiv............... 281 8.4 Att kompilera Linuxkärnan................. 284 9 Internet och andra nätverk 289 9.1 Allmänt om datornät..................... 290 9.2 TCP/IP-stacken: internetprotokollen............ 292 9.2.1 Tillämpningssprotokoll............... 293 9.2.2 Transportprotokoll: TCP............... 295 9.2.3 Transportprotokoll: UDP.............. 296 9.2.4 Transportprotokoll: RTP............... 297 9.2.5 Nätverksprotokoll: IP................ 297 9.2.6 Nätverksprotokoll: ICMP.............. 300 9.2.7 Nätverksprotokoll: ARP............... 301 9.2.8 Länkprotokoll: PPP.................. 301 v

Innehåll 9.2.9 Svårdefinierat: DHCP................ 303 9.3 Att ställa in nätverket..................... 303 9.3.1 Net-tools........................ 305 9.3.2 DNS-konfiguration.................. 311 9.3.3 PPP-anslutning.................... 312 9.3.4 ADSL-anslutning................... 313 9.3.5 Inetutils........................ 314 9.4 Xinetd och TCPd....................... 318 9.5 SSH............................... 319 9.6 NTP............................... 324 10 Säkerhet 327 10.1 Fysisk säkerhet........................ 328 10.2 Uppdatering av systemet................... 329 10.3 Säkerhetskopiering...................... 330 10.3.1 Vad?.......................... 332 10.3.2 Hur ofta?........................ 333 10.3.3 Hdup.......................... 334 10.3.4 Rsync.......................... 335 10.4 Kryptering........................... 340 10.4.1 Kryptering av hårddisk............... 341 10.5 Intrångsskydd......................... 345 10.5.1 Intrångsdetekteringssystem............. 346 10.6 Brandvägg med netfilter................... 347 10.6.1 Nätverksöversättning: maskerade nät....... 352 10.6.2 Annan paketbearbetning.............. 353 10.7 Virus, maskar o.s.v....................... 355 11 Tillämpningsprogram 357 11.1 Kontorsprogram........................ 358 11.1.1 OpenOffice.org.................... 360 11.1.2 GNOME Office.................... 362 11.1.3 K Office........................ 363 11.2 World Wide Web-bläddring................. 365 11.2.1 Mozilla......................... 367 11.2.2 Konqueror....................... 372 11.2.3 Webbredigeringsprogram.............. 373 11.3 Elektronisk post........................ 374 11.3.1 Skräppostfilter.................... 377 11.4 Chattprogram......................... 378 11.5 Peer-to-peer.......................... 378 11.6 Ombrytningsprogram och typsättning........... 379 11.7 Multimedia.......................... 380 vi

Innehåll 11.7.1 Ljudsystemet i kärnan................ 382 11.7.2 Mediaspelare..................... 383 11.7.3 Rippning...................... 384 11.8 Diverse............................. 385 A Att byta från Windows till GNU/Linux 389 A.1 Affärsmodellen och kundperspektivet........... 390 A.2 Viktiga olikheter........................ 392 A.3 Skalet.............................. 393 A.4 Lika för lika.......................... 393 A.5 Windowsprogram i GNU/Linux.............. 397 A.6 Samba blandad miljö................... 399 B Stordrift av GNU/Linux-system 401 B.1 Katalogtjänster: YP, NIS, LDAP............... 402 B.2 NFS............................... 404 B.3 RAID.............................. 405 B.4 Internetservrar......................... 407 B.5 Driftövervakning....................... 408 vii

Innehåll viii

KAPITEL 1 Inledning När någon säger jag vill ha ett operativsystem där jag bara behöver säga vad jag vill ha gjort, ge honom en slickepinne. Okänd Detta är en bok om operativsystemet GNU/Linux, eller bara Linux, som många kallar det. Redan den plurala namngivningen GNU/Linux, antyder något om hur operativsystemet såväl som detta verk, boken, har strukturerats. Boken speglar systemet. GNU/Linux-beteckningen förordas av Free Software Foundation av det enkla skälet att de anser att deras arbete med det system som i folkmun bara kallas Linux på detta vis kommit att skuggas av den kärna som skrivits på initiativ av den så omhuldade Linus Torvalds. Inte ens GNU/Linux är egentligen en rättvisande beteckning, men mer fullständiga beteckningar i stil med Qt/KDE/X/GNU/Linux skulle inte precis se vackert ut heller. GNU/Linux är en bra kompromiss som namnger de två viktigaste beståndsdelarna i världens näst vanligaste operativsystem: GNU och Linux. Vad är dessa ting? Det skall boken försöka förklara. Boken har som mål att presentera GNU/Linux på ett vis som lämpar sig för en användare som vill använda sin egen dator som arbetsstation, och vill förstå vad den gör och hur systemet är uppbyggt. Boken är också tänkt att kunna användas som referensverk för att hantera vissa vanliga problem, eller ge specifika kunskaper på ett visst område.

Kapitel 1 Inledning 1.1 Läsanvisning Resten av detta kapitel är menat som introduktion av vissa grundläggande begrepp. Om du kan det här med datorer så skumma och se att allt är bekant och hoppa till nästa kapitel. De övriga kapitlen bygger på varandra. Jag introducerar först POSIXsystem rent generellt för att sedan begränsa perspektivet till GNU/ Linux-system. Om du redan kan något POSIX-system bra, till exempel Solaris, kan du kanske hoppa över detta kapitel, eller nöja dig med att läsa det översiktligt. Om du precis har skaffat dig en Linux-distribution av något slag, såsom RedHat Linux eller Debian, är det möjligt att du vill installera den så fort som möjligt för att ha något att öva dig på. Du kan i så fall hoppa direkt till kapitel 4 för att hitta det du söker. Detta kapitel har skrivits så att det ska gå att läsa fristående i viss grad. Gå sedan tillbaka och läs boken från början om du vill lära dig mer. Många av de som börjar använda GNU/Linux kommer från Microsoft Windows-världen. Av detta skäl finns det ett speciellt appendix med namnet Att byta från Windows till GNU/Linux, appendix A. Möjligen vill du läsa detta appendix först, det beror på. Det skadar aldrig att smygtitta lite. Slutligen finns även ett övrsiktligt appendix som jag kallat för stordrift av GNU/Linux-system. Detta är ett vanligt användningsområde för GNU/Linux, men att behandla ämnet uttömmande är inte möjligt bokens sidor räcker inte till. I en del kapitel förekommer ord som foo, bar, foobar och fnord. Dessa är mer eller mindre vedertagna motsvarigheter till matematikens X och Y, d.v.s. variabler som kan bytas ut mot något annat i en verklig situation. 1 1.2 Läsarens förkunskaper Detta är ingen nybörjarbok om att använda datorer. Inte heller är detta en hårdvarubok. Här kommer inte att redogöras för hur du kopplar in sladdarna i din dator och slår på strömbrytaren, vad en mus eller skrivare är till för, eller hur en floppydisk eller CD-ROM är tänkt att användas. Sådant får du lära dig bättre och mer pedagogiskt på annat håll. 1 Dessa kallas ibland metasyntaktiska variabler: Foobar kommer möjligen från ordet fubar ur amerikansk soldatslang från första (och andra) världskriget (f**ed up beyond all recognition). Fnord kommer från den skönlitterära Illuminatustrilogin av Robert Shea och Robert Anton Wilson. 4

1.2 Läsarens förkunskaper Detta är heller ingen kom igång med -bok. Jag räknar med att du är begåvad nog att ta en distribution av GNU/Linux och begripa hur du startar installationen. Emellertid: om det uppstår problem under själva installationen, och du vill lösa detta problem själv, kan denna bok mycket väl innehålla svaret. Det är därför boken har ett ordentligt index, så att du ska kunna hitta de relevanta delarna lätt. Överlag har jag inte mycket till övers för böcker av typen The complete morons guide to running Linux. Michi Henning spekulerade vid ett tillfälle 2 i hur världen skulle se ut om det publicerades böcker i stil med Brain surgery in 14 easy lessons, Complete Idiots Guide to Contract Law etc. Jag vill ta detta tillfälle att provocerande ställa frågan: varför skall datoranvändning vara enkelt? Vem har fått för sig detta? Det vanliga svaret brukar vara att alla skall och måste använda datorer i detta samhälle. Inom religion och andra områden talas det ibland om exoteriska läror, som läror för massorna. Inom den gammalgrekiska religionen kunde detta vara mytologin med alla dess mytiska väsen. En folkets religion som inte ställde några svåra frågor. Den esoteriska eller hemliga kunskapen, om världens och religionens verkliga väsen, var förbehållen en mindre skara lärjungar. Därmed inte sagt att den skall vara fysiskt svåråtkomlig, kunskapen skulle finnas där för de som aktivt sökte den. Detta är, om du så vill, en esoterisk bok. Det finns inget enkelt sätt att lära sig en sådan sak som matematik, och det är inte enklare med ett operativsystem. 3 Det är kanske inte alla förbehållet att förstå och använda GNU/Linux-system på djupet, eller att administrera dem. Detta är alltså i den meningen en elitistisk bok, som riktar sig till en publik med förmåga och vilja att förstå abstrakta resonemang. Den är inte för GNU/Linuxsystem vad en körskola är för bilar, alltså något alla skall kunna begripa. Den är en bok om tekniken inuti GNU/Linux. Den är avsedd för den typ av människor som alltid köper en servicemanual till sin bil och inte tvekar att sticka in huvudet under motorhuven. Och precis som är fallet med bilar fordras det inte att du är ingenjör för att klara av saken hjälpligt. Om du bara vill använda Linux, eller bara vill att det ska funka så sluta läs här och köp en annan bok. Naturligtvis vill jag att alla skall använda GNU/Linux, och nog tror jag att att den här boken bidrar också till det. Min erfarenhet säger mig dock, att bakom varje användare av ett operativsystem, som inte själv kan sköta systemet, står en person 2 Se [12] 3 Och trots detta har livet stick i stäv med all logik lärt mig följande: när datorsystem skall förklaras är det vissa människor som anser att det låter obskyrt, är hopplöst krångligt, och som inte sällan ger uttryck för en viss arrogans och ointresse. Jag undrar om de skulle behandla utlåtanden från sin läkare eller advokat på det viset. 5

Kapitel 1 Inledning som denne ringer till när denne får problem. Ibland är denna person avlönad och heter helpdesk, och ibland är det en oavlönad kompis, granne eller annan person i bekantskapskretsen. Detta gäller alla operativsystem och alla användare. Den här boken är för den där personen som användaren ringer till, när problem uppstår. Jag ska understryka att det definitivt är värt att lära sig GNU/Linux på djupet, till exempel till en början genom att läsa denna bok. Det är först med förståelse för de tekniska detaljerna och systemets grundtankar, som du till fullo kan förstå vidden av och skönheten i GNU/Linux och andra POSIX-system. En del av de som kommer i kontakt med denna bok kommer säkert att tycka att den är alldeles för enkel. Det är bra för er! Ge boken till nån som behöver den istället. 1.3 Om formen Jag har envisats med att i denna bok konsekvent kalla operativsystemet som avhandlas för GNU/Linux, medan dess kärna kallas Linux. En kommentar jag hört om detta är, något i stil med: Alla kallar det ju bara för Linux, det är meningslöst att försöka definiera mer precisa begrepp, även om det är korrekt, för ingen fattar det. Förutom att jag tror detta vore felaktigt och föraktfullt mot bokens förhoppningsvis självständigt tänkande läsare, så är min vision av mitt eget författarskap att detta handlar om att lyfta andra till samma nivå som jag själv, inte att jag skall sänka mig till några ospecificerade andras låga nivå. Ett liknande resonemang gäller valet av begreppet fri mjukvara istället för den populära termen öppen källkod (engelska: Open Source). Den senare är något jag uppfattar som mest förvirrande. Denna bok innehåller ingen ordlista. Den har däremot ett omfattande index där du kan hitta de ställen där orden är definierade i sitt rätta sammanhang, på så vis läser du lite mer och lär dig lite mer än du skulle gjort om du bara fått definitionen på ett ord. När det dyker upp en fotnot i texten 4 betyder detta att det i fotnoten finns mer utbroderande anmärkningar som skulle kunna verka onödigt förvirrande vid en första genomläsning. Om du just har läst något som verkade intressant och stöter på en fotnot, bör du läsa fotnoten för mer information. Fotnoter används ibland även för utvikande förklaringar om något är lite oklart, t.ex. om jag använder ett begrepp som kanske inte är allmänt vedertaget, samt för hänvisningar till vissa källor. 4 D.v.s. en sådan här 6

1.4 Bäst-före-datum En litteraturhänvisning av det här slaget[28] anger en källa där du hitta de originaltexter som citeras, eller läsa mer om något specifikt ämne. En litteraturlista som svarar mot dessa nummer återfinns i slutet av boken, före indexet. 1.4 Bäst-före-datum När jag sist gav mig tid att skriva en fackbok som berörde tekniska områden fick jag på ett direkt vis erfara att litteratur av detta slag har en synnerligen kort halveringstid. På samma vis kan denna text komma att revideras, beroende på tid och möjlighet. Vad beträffar referenserna till Internet sist i boken är dessa väl närmast att betrakta som ett skämt, men den som har tillgång till ett arkiv med Internetfiler av typen The Wayback Machine kan kanske kolla vad som fanns på de angivna URL:erna vid angivet datum. Internetadresser som anges direkt i texten eller i fotnoter är naturligtvis inte heller inhuggna i sten. 1.5 Datorvetenskaperna Nu några ord om de fackmänniskor som eventuellt skulle kunna ha nytta av denna bok. Det finns minst fem akademiska discipliner som sysslar med datorer. Att känna till dessa och deras inriktning och deras anhängares egenheter är nödvändigt för att kunna bedöma värdet och relevansen av den information de producerar: Datalogi är läran om datorns teoretiska aspekter, i synnerhet programmering och programvarukonstruktion. Sorteringsalgoritmer, operativsystem, artificiell intelligens och diverse matematisk exercis som relaterar direkt till datorer och inte primärt till matematik är populärt bland anhängare av denna disciplin. Favoritapplikation: graftraversering på polynomiell tid. Förebild: Donald Knuth. Datorkommunikation är läran om hur datorer kommunicerar i nätverk. Detta område behandlar köteori, nättopologi, datorsäkerhet, protokoll o.s.v. Företrädarna älskar routrar, twisted-pair-kabel, analyser av DoS-attacker 5 och buffer overflow och allt annat som gör livet värt att leva. Favoritapplikation: webbserver. Förebild: Agner Krarup Erlang. 5 DoS, Denial of Service, är avsiktliga överbelastningsattacker riktade mot olika former av nätverkstjänster. 7

Kapitel 1 Inledning Datorteknik är läran om hur datorer konstrueras rent elektroniskt. Vilka processorer och minnen du skall välja, hur de skall sättas samman, hur du tillverkar en egen ASIC eller FPGA o.s.v. är kära ämnen för de som studerar denna disciplin. De flesta är datoringenjörer. Favoritapplikation: styrsystem på kisel. Förebild: Charles Babbage. Numerisk analys är en matematisk disciplin för vars skull de första datorerna byggdes på 1950-talet. Företrädarna sysslar med att lösa matematiska problem och framställa approximativa lösningar till matematiska problem med hjälp av datorer. Favoritapplikation: iterativ lösning av differentialekvation. Förebild: Isaac Newton. Systemvetenskap går ut på att bygga system och när jag ställt frågan till de som arbetar inom detta område har de till och med satt ett frågetecken efter påståendet att de system en systemvetare arbetar med måste innehålla en dator. Området förknippas med förkortningen ADB vilket utläses Automatisk Databehandling. System av den typ som systemvetare gärna arbetar med tenderar att inbegripa framför allt databaser, arbetsflöden och dokumenthantering. Deras huvudsakliga verksamhet är att automatisera ekonomiska och administrativa stödsystem. Genom användning av datorer blir detta enklare än det var på den tiden då kartotek fick användas. Favoritapplikation: stock-ticker (en rullande list som visar börskurser). Förebild: Bill Gates. Förhoppningen är att boken skall kunna förstås och användas till dagligdags av lärjungar till alla fem disciplinerna, och är ni inte akademiker så kan ni säkert ändå känna en dragning till någon av ovanstående beskrivningar. Det praktiska användandet av ett operativsystem, vilket denna bok handlar om, faller på ett märkligt vis mellan dessa vetenskaper. Traditionellt sett är praktiskt användande av teknik en yrkesutbildning, och anses kanske inte fint nog att lära ut vid universitet, vad vet jag. 1.6 Något grundläggande om operativsystem För att föra en diskussion runt något fordras att samtalsparterna i någon mån talar samma språk. För detta syfte presenteras här en snabbkurs, eller som anglosaxerna säger, crash course i grundläggande operativsystemteori. Detta är dock ingen bok om operativsystem i största allmänhet, och innehållet är därför sparsmakat; den som önskar exakt 8

1.6 Något grundläggande om operativsystem kunskap i detta område rekommenderas att läsa någon av de utmärkta böcker i ämnet som producerats. 6 De första datorer som människan skapade saknade operativsystem. I begynnelsen skrevs ett program genom att byta plats på kablar i Z3 som tillverkades i Nazityskland år 1941, den första generellt programmerbara dator som någonsin skapats. Innan dess fanns det specialdatorer, som bara vara byggda för att utföra en enda sak, ibland var de inte ens digitala siffermaskiner utan analogimaskiner som representerade tal med strömmar, spänningar, vattennivåer eller pneumatiskt tryck. Dessa var avledningar av de första reglertekniska systemen. Efter Z3 kom ENIAC, den första helt elektroniska datorn, som färdigställdes i USA år 1947. Den var byggd av elektronrör och programmerades också enbart med kablar. Efter den kom sedan datorer, oftast under namnet matematikmaskier att uppstå i en strid ström. Programmeringssystemen utvecklades så att programmen kunde matas in på hålkort istället för med kablar, och resultaten kom ut på hålkort de också. Beräkningsförloppet kunde följas på lampor. På 1960-talet utvecklades de första operativsystem som kallades operativsystem, bland dem OS/360 från IBM och snart därefter MUL- TICS 7 som var ett forskningsprojekt som bedrevs av MIT, AT&T Bell Labs och General Electric. Dessa operativsystem var utformade för datorer som hade skärm och tangentbord i form av en enklare terminalskrivmaskin, och ett kunde interagera med användaren via skrivna kommandon. När hemdatorerna (ibland kallade mikrodatorer) dök upp under 1970- och 1980-talen, saknade de i princip operativsystem och hade därför backat i datorernas evolutionära utveckling. Det vanligaste var istället att när en hemdator slogs på startades en interaktiv tolk för programspråket BASIC. De första versionerna av IBM PC hade exempelvis denna egenhet, om användaren inte hade stoppat in en diskett med ett operativsystem i datorn. Därefter fick hemdatorerna också operativsystem: bit för bit byggdes de på med operativsystem, så att de blev som riktiga datorer. Vad menar vi egentligen med ett operativsystem? Den saken är inte helt klar. En av de bästa förklaringar jag känner till är att tänka evolutionärt: först får program skrivas för en viss dator, på ett vis som är specifikt för just den datorn. Inga delar av dessa program kan återanvändas på någon annan dator. Efter hand som datorn används uppstår behov av att återvända vissa ständigt återkommande 6 Se exempelvis Abraham Silberschatz bok Operating System Concepts[28]. 7 Multiplexed Information and Computing Service var tänkt att leverera datorkraft till företag och hushåll på samma vis som elektricitet och vatten. 9

Kapitel 1 Inledning Figur 1.1: En hålremsa med en s.k. bootstrap-loader till en gammal dator av märket Hewlett-Packard. funktioner, så att hjulet inte behöver uppfinnas på nytt för varje program. För Datasaab D21, en hiskelig rad av kylskåp som under en tid tillverkades i den stora byggnad som ligger snett bakom Linköpings järnvägsstation, fanns exempelvis programbibliotek med matematiska funktioner (såsom matrismultiplikationer och andra operationer besläktade med lineär algebra) på stora rullband som kunde användas istället för att tillverka helt nya program varje gång. De återanvändbara delarna får till sist en sammanhållen struktur och kallas då för ett operativsystem, och alla som använder datorn förutsätter att det finns där. På så vis är ett modernt operativsystem summan av de saker som har befunnits vara bra att återanvända. Användargränssnittet, rutiner för att läsa in data från tangenbord och hårddiskar, rutiner för att skriva ut och lagra data, rutiner för att kommunicera med datornätverk. Allt detta samlas i operativsystemet. De nya datorprogram som skrivs kan sedan räkna med att operativsystemet redan finns där i någon form. De absolut mest grundläggande delarna av operativsystemet brukar vara inbyggda i datorn i form av ett ROM 8 vid leverans och kallas då ibland för BIOS efter engelskans Basic Input/Output System. Dessa har då rollen av att starta upp och initialisera hårdvaran och sedan ladda in det egentliga operativsystemet. Den specifika funktion som laddar in 8 ROM är en engelsk akronym som utläses Read Only Memory, ett halvledarminne som bara kan läsas, ej skrivas. 10

1.6 Något grundläggande om operativsystem resten av operativsystemet kallas då ofta bootstrap loader, eller kort boot loader. Detta namn kommer från tanken på att en dator s.a.s. lyfter sig själv i håret när operativsystemet startas egentligen behövs nämligen ett operativsystem för att kunna starta ett operativsystem, men bootstrap:en är ett undantag som löser upp detta moment 22. En bootstrap är en sådan där ögla som sitter baktill på en stövel (engelska: boot) och sinnebilden här är alltså en person som lyfter upp sig själv genom att ta tag i denna ögla och dra, något som den legendariske Baron von Münchhausen sade sig kunna göra. Någon form av minimal BIOS finns nästan alltid, ett äldre sådant kan beskådas i figur 1.1. Programmet på bilden laddas in i datorn och startas, varefter datorn är redo att läsa datorprogram från andra hålremsor och magnetskivor. I senare tid används begreppet boot loader även om ett litet program som ligger först på datorns hårddisk och som väljer och laddar in ett operativsystem som finns på denna hårddisk. Vi kommer senare att stifta bekantskap med två sådana program: LILO (Linux Loader) och GNU GRUB (GNU GRand Unified Bootloader). 9 1.6.1 Konstruktionshierarkier Det som är ovan springer ur det som är inunder, och det som är inunder springer ur det som är ovan, men allt utgår från Det Endas mirakel. 10 Hermes Trismegistos smargdtavla Inom alla tekniska vetenskaper konstrueras system enligt hierarkiska modeller av komponenter, vare sig de är fysiska och tillverkade av materia, eller de är virtuella och manifesterar sig i den fysiska världen bara på det mikroskopiska planet. Detta hierarkiska komponenttänkande manifesterar sig i sprängskisser över tekniska apparater där barn kan identifiera beståndsdelarna, eller ingenjörers ritningar med noggrann dokumentation av alla ingående detaljer var för sig och lika noggranna instruktioner för hur de skall sättas samman. Vi lär oss tidigt detta grundläggande förhållande till teknik, så grundläggande skulle jag gissa, att den som inte greppar just detta förmodligen aldrig kan förstå teknik ordentligt. I min barndom var det en gul bok i stort format med titeln Så funkar det av Joe Kauffman som lärde mig teknikens inre logik. 9 Detta avhandlas på sidan 4.1.3. 10 Min översättning av den engelska översättningen av den latinska översättningen av den arabiska källan. (Tillhör den alkemiska traditionen.) 11

Kapitel 1 Inledning VDD A A B B F A B F GND Figur 1.2: Här syns hur ett datorchip konstrueras från byggelement till mer abstrakta hierarkier, längst till vänster en förenkling av det faktiska fysiska kretsmönstret på kiselbrickan, som formar de fyra komplementära CMOS-transistorerna. Längst till höger den logiska schemasymbol som symboliserar hela detta kretsmönster. Komponenttänkandet är första nyckeln till att förstå all teknik. Komponenttänkandet är hierarkiskt på så vis att mindre komponenter bildar större komponenter. Den fysiska datorn består av en låda av metall eller plast, med ett eller flera kretskort inuti, anslutna till omvärlden via kontakter. Kretskorten består av elektroniska komponenter och ledningstrådar. De elektriska komponenterna består av olika kemiska föreningar, ledningsbanorna av koppar. En digitalelektronisk komponent består av anslutningspinnar, en plastkapsel och en kiselbricka. Kiselbrickan är fotografiskt etsad med dopade halvledarmönster som utgör logiska grindar. De dopade områdena består av avsiktliga föroreningar av olika grundämnen. Och så vidare, ändra ner till subatomära nivåer som vi inte fullt förstår oss på än. På samma vis kan den logiska konstruktionen i ett operativsystem delas ned i en rad hierarkiska nivåer. Det är en vanlig missuppfattning att tekniska system består av en strikt hierarki detta är felaktigt de närmaste nivåerna interagerar på ett intrikat vis, och även avlägsna nivåer påverkar varandra. På så vis är ett operativsystem mer som en levande kropp där de olika organen påverkar varandra och bara helhetens harmoni räknas. Den andra nyckeln för att förstå tekniken i ett operativsystem är att det är indelat i skikt. Detta innebär att komponenterna är ordnade över eller under varandra med hänsyn tagen till viss funktionalitet. Detta hänger starkt samman med komponenttänkandet, ty varje komponent kan täcka en eller flera nivåer av funktionalitet, men sällan en och en halv nivå. Vanligtvis täcker den bara en enda. I figur 6.3 på sidan 219 ser 12

1.6 Något grundläggande om operativsystem du till exempel hur många skikt av abstraktioner som döljer sig mellan användargränssnittet i ett GNU/Linux-system och den hårdvara som faktiskt till sist gör jobbet. Grundtanken är följande: Nivå 1 Nivå 2 Nivå 3 En sak som befinner sig på nivå 1 skall i idealfallet inte behöva bekymra sig om vad som finns på nivå 3, utan skall bara utformas på så vis att nivå 2 kan kommunicera med den. Detta ger en hierarkisk åtskillnad mellan två nivåer av abstraktion. Det är underförstått att det som finns på en lägre nivå är mer detaljerat inte nödvändigtvis mer komplicerat eller viktigare än det som finns på en högre nivå. Saker som finns på en högre nivå är ackumulerade och överordnade, men måste fylla upp krav från underliggande nivåer. Om vi till detta tankesätt lägger anmärkningen att ett system på en viss nivå följer sin egen dynamik, och inte bara kan förstås i termer av de underliggande komponenter det består av, kallas den resulterande synen för holism. Tanken att en helhet kan beskrivas bara som summan av ett antal komponenter skulle däremot kunna kallas för atomism. Att intuitivt förstå både delarna och helheten är kärnan för all förståelse av teknologi. Det är nödvändigt att ha en sådan syn för att förstå datorer. Huruvida en sådan världssyn är tillämplig inom naturvetenskapen i stort där t.ex. kvarkar bygger atomer, som bygger molekyler, som bygger celler, som bygger organ, som bygger levande varelser är en annan fråga. Datorsystem är medvetet konstruerade av komponenter, som lagts samman så att de bildar en ny, självständig enhet. De är alltså konstruerade på ett holistiskt vis, och skall förstås holistiskt. 11 Det finns andra sätt att förstå datorer. Ett vanligt är ceremoniellt och liknar ett religion: användaren lär sig att upprepa ett visst beteende, som denne varken förstår eller kan förklara. Användaren har lappar 11 Nå, det har funnits eller finns i mindre grad datorsystem som inte konstruerats på detta vis. Operativsystem som skrevs för datorer med trumminnen kunde t.ex. optimeras för att synkroniseras med trummans rotationshastighet. Här förekom inte ens någon avskiljning mellan maskin och program då är det inte fråga om att de här två nivåerna (maskinen och datorprogrammet) kan uppfattas som system som skall betraktas oberoende av varandra längre, eftersom det ena så klart bär spår av det andra. Det finns också datorprogram av allehanda slag som genom brist på struktur fått en karaktär som knappast kan kallas holistisk. XFree86 (se avsnitt 6 på sidan 213) brukar ibland framhållas som ett sådant. 13

Kapitel 1 Inledning Figur 1.3: Kärnan i operativsystemet. med steg-för-steg-beskrivningar för att utföra varje liten uppgift på sin dator. Användaren har ingen mental modell för hur det som finns inuti datorn är uppbyggt utan ser den som en svart låda. Det här beteendet för tanken till magi, och förklarar varför utomstående ibland kan uppfatta en datorteknikers arbete som ren magi: det ser nämligen bara ut som en lång rad obegripliga manövrar eftersom denne saknar en tillämplig förklaringsmodell. GNU/Linux är medvetet uppbyggt på ett vis som uppmuntrar och möjliggör en djup förståelse för hur systemet är sammansatt och hur de olika delarna samverkar. Lär dig tänka i termer av hierarkiska nivåer, och du lär dig förstå datorer. 1.6.2 Operativsystemets hierarkier Med ordet system i operativsystem ligger underförstått att det är ett system av komponenter. Om det inte var på det viset skulle det knappast kunna kallas för ett system. Då skulle vi kanske kalla det för operativmonolit, operativatom eller något liknande som ger uttryck för att det är fråga om en odelbar enhet. Alla någorlunda moderna operativsystem består av komponenter; hundratals, tusentals eller tiotusentals beroende på hur grovt du sållar. I en dator kan den innersta delen av operativsystemet, den viktigaste komponenten illustreras i figur 1.3. Här finns en kärna i centrum, runt vilken flera lager av nötmassa lindat sig. I ett GNU/Linux-system utgörs kärnan bara av en enda komponent; dess kärna är vad som kallas monolitisk. Emellertid visar det sig, om vi tittar närmare på kärnan, att den faktiskt består av moduler, d.v.s. komponenter, den också. 12 I Intel 80386-sammanhang talas om olika 12 Se avsnitt 5.4 på sidan 173. 14