Linux (jádro)

Linus Torvalds chtěl svůj systém pojmenovat Freax, slovo vzniklé zkombinováním anglického slova freak (případně free) a písmene x jako odkazu na Unix, protože Linux se mu zdálo příliš sebestředné. Když později své soubory nahrál na FTP server (ftp.funet.fi), administrátor serveru Ari Lemmke adresář se soubory nazval Linux, jelikož se mu jméno Freax nelíbilo.[2]

Název Linux původně označoval jen samotné jádro, ale velmi brzy byl název komunitou zevšeobecněn a vztažen na celý systém, který se skládá z jádra operačního systému, knihoven, pomocných nástrojů a dalšího aplikačního software a je souhrnně označován jako linuxová distribuce. Toto označení je však kontroverzní a nepřesné, proto distribuce odvozené z Debianu používají název GNU/Linux, se kterým sám Linus nesouhlasí, protože GNU nástroje netvoří již dlouho významnou část distribuce (přestože právě GNU nástroje byly prvními, které byly v Linuxu použity).

Jádro bylo původně napsáno pro procesory architektury i386, ale postupně bylo portováno na mnoho dalších platforem. Je skoro celé napsáno v jazyce C, využívá některá rozšíření překladače GCC a obsahuje úseky kódu v jazyce symbolických adres (nepřesně assembler) v syntaxi AT&T.

Do linuxového jádra přispívá téměř 12 000 vývojářů z 1 200 různých firem z celého světa. Od roku 2005 se počet vývojářů ztrojnásobil. 70–95 % vývojářů je za svoji práci placeno, čili neplatí mýtus, že je jádro vyvíjeno jen dobrovolníky. Největšími přispěvateli do jádra jsou společnosti Red Hat (11,2 % změn), Novell (8,9 % změn), IBM (8,3 % změn) a následují Oracle, MontaVista a Cisco. Do jádra se denně průměrně doplní 3 621 řádků kódu a nová verze vychází zhruba jednou za 2,7 měsíce.[3]

Linus Torvalds začal vyvíjet jádro Linuxu v roce 1991 jako svůj koníček. Byl tehdy studentem finské univerzity v Helsinkách v oboru informatiky (součástí studia jsou unixové operační systémy). Vlastnil počítač kompatibilní s IBM PC s procesorem i386. V této době však neexistoval pro IBM PC volně dostupný unixový operační systém a Linusovi se nechtělo za komerční platit (MINIX, XENIX, SCO Unix).^[zdroj?] Tyto skutečnosti spolu s faktem, že byl výborný programátor, vedly k zahájení prací na tom, co bylo později označeno jako „Linux“.

Mezi důvody pro vznik právě unixového systému patřil fakt, že Unix je systém, který upřednostňuje jednoduchost. Linus byl dále inspirován MINIXem od Andrewa Tanenbauma, který napsal svoji verzi unixového systému jako doprovodný projekt ke své výuce a knihám o operačních systémech. Na rozdíl od něj však Linus nevyužil svůj projekt komerčně, protože preferoval otevřený vývoj (viz open source software).

Vývoj Linuxu začal jako emulátor terminálu napsaný v jazyce symbolických adres architektury IA-32 (tj. i386 a novější) a v programovacím jazyce C, který mohl být po překladu do binární podoby nabootován z diskety, takže mohl běžet mimo původní operační systém. V emulátoru terminálu běžela dvě vlákna: jedno pro odesílání znaků na sériový port a druhé pro příjem. Když pak chtěl Linus číst nebo zapisovat data na disk, rozšířil tento terminál, který uměl přepínat úlohy, o ovladač souborového systému. Terminál se pak pomalu začal rozvíjet v jádro unixového operačního systému (kompatibilní se standardem POSIX).

První verze linuxového jádra (0.01) byla na Internetu zveřejněna 17. září 1991.[4][5] Linus Torvalds k němu do usenetové skupiny comp.os.minix napsal:

V jádře 0.01 byla zahrnuta dostatečná infrastruktura pro spuštění unixového shellu bash. Původně bylo pro nastavení, kompilaci a instalaci Linuxu potřeba použít funkční systém MINIX. Též pro jeho zavaděč musel být použit jiný operační systém, ale brzy vznikly nezávislé zavaděče, z nichž nejznámější bylo LILO.

K Linusově překvapení byl o jeho nedokonalý systém velký zájem a záhy začal dostávat e-mailem další podněty, opravy a zdrojové kódy. Linus jádro dále vyvíjel a zároveň začal příspěvky ostatních do svého jádra začleňovat a upravené zdrojové kódy obratem zveřejňovat (další verze byla zveřejněna již v říjnu). Od té doby se na vývoji podílely tisíce vývojářů z celého světa. Model vývoje linuxového jádra a podobného softwaru byl později výstižně popsán v eseji Katedrála a tržiště (anglicky The Cathedral and the Bazaar) od Erica S. Raymonda.

Již velmi brzo předběhl Linux ve vývoji svůj vzor – MINIX.^[zdroj?] Zejména v počátcích byl při vývoji využíván Projekt GNU, který se již delší dobu zabýval myšlenkou vývoje volně dostupného unixového systému, avšak vlastní jádro operačního systému neměl. Z projektu GNU hned od počátku Linux využil výše zmíněný GNU bash a další nástroje (základní unixové nástroje používané na příkazovém řádku, kompilátor GCC, později též GNU C Library a další). Sám Linux však nikdy nebyl součástí GNU, i když samotné jádro používá licenci GPLv2, která též pochází od GNU.

Linus je dodnes hlavou vývoje jádra, které je zveřejňováno na serveru kernel.org.[6] Sám vydává nové verze, přičemž některé starší verze jsou udržovány jinými lidmi. Kromě něj se na vývoji podílejí tisíce programátorů z celého světa.[7] Již delší dobu se dá říct, že vývoj jádra je z velké části placen firmami, jako jsou Red Hat, Intel, IBM a další.[8]

Linuxové jádro je koncipováno jako jednolitá část kódu s podporou načítání externích modulů. Toho se využívá ke zvýšení stability, urychlení běhu jádra, zmenšení velikosti samotného jádra a zmenšení paměťových nároků.

Linuxové jádro obsahuje podporu opravdového multitaskingu (umožňuje provozovat více úloh/aplikací zároveň), virtuální paměti, správy paměti (správa paměti řízená jádrem, nikoli aplikacemi), sdílených knihoven, modulů, sdílených copy-on-write spustitelných souborů a nezávislých síťových vrstev podporujících mimo jiné síťové protokoly IPv4 a IPv6.

V současné době je Linux modulárním monolitickým jádrem. Ovladače zařízení typicky běží v ring 0 s plným přístupem k hardwaru, avšak některé se nacházejí v uživatelském prostoru. Na rozdíl od standardních monolitických jader lze ovladače zařízení jednoduše konfigurovat jako moduly a za běhu je zavádět či odstraňovat. Rovněž na rozdíl od typických monolitických jader lze na moduly za určitých podmínek uplatňovat preemptivní multitasking. Tato vlastnost byla přidána za účelem lepšího řízení hardwarových přerušení a pro zlepšení podpory symetrického multiprocesingu. Preemptivnost navíc snižuje latenci, a tak zkracuje dobu odezvy, což je důležité v real-time aplikacích a desktopových nasazeních.

Fakt, že Linux není mikrojádro, byl známým tématem flame waru mezi Linusem Torvaldsem a Andy Tanenbaumem v diskusní skupině comp.os.minix v roce 1992.[13][14]

Hardware je také začleněn do systému souborů. Rozhraní ovladačů zařízení k uživatelským aplikacím je zobrazeno prostřednictvím položky v adresářích /dev nebo /sys. Informace o procesech jsou také mapovány do souborového systému prostřednictvím adresáře /proc.

V současné době je z těch vyšších programovacích jazyků podporován pouze C. Existují však rozšíření umožňující programování součástí v jazyce C++. Tato skutečnost byla mnohokrát diskutována, nicméně s výsledkem takovým, že nelze podporu C++ v nativním linuxovém jádře očekávat ani v budoucnu.

Platformně závislé úseky vyžadovaly komunikaci s hardwarem na nižší úrovni, a proto v podstromu architektur lehce narazíme na kód napsaný základním strojovým jazykem – assemblerem.

Linux momentálně dokáže běžet na následujících počítačových platformách:

• ARM
  • Acorn: Archimedes, A5000 a série RiscPC
  • StrongARM, Intel XScale apod.
  • Hewlett Packard iPAQ
  • Nintendo DS (projekt DS Linux)
  • Apple iPod (IPodLinux projekt iPodLinux)
• Atmel AVR32
• Axis Communications CRIS
• Fujitsu FR-V
• Hewlett Packard Alpha
• Hewlett Packard PA-RISC
• Hitachi: SuperH (SEGA Dreamcast), H8/300
• IBM S/390 (31bitové)
• IBM zSeries a System z9 mainframe (64bitové)
• Intel 80386 a vyšší (i386): IBM PC a kompatibilní s procesory:
  • 80386, 80486, a variantami od AMD, Cyrix, Texas Instruments a IBM
  • celá série Pentium
  • AMD 5x86, K5, K6, Athlon (všechny 32bitové verze), Duron
  • AMD64: AMD 64bitové procesory (dříve známá jako x86-64)
  • Cyrix 5x86, 6x86 (M1), 6x86MX a série MediaGX (National/AMD Geode)
  • VIA Technologies VIA C3 a novější
  • podpora pro procesory Intel 8086, 8088, 80186, 80188 a 80286 je ve vývoji (viz projekt ELKS a ELKS on GitHub)
  • Microsoft Xbox (procesor Pentium III) (viz Xbox Linux)
  • SGI Visual Workstation (procesor Pentium II/III s čipsetem SGI)
• Intel IA-64
• MIPS
  • Silicon Graphics, Inc.
  • Cobalt Qube, Cobalt Raq
  • Sony PlayStation 2 (viz PS2 Linux)
  • DECstation
  • Tilera[16]
  • některé další
• Motorola 68020 a vyšší:
  • novější Amigy: A1200, A2500, A3000, A4000
  • Apple Macintosh II, LC, Quadra, Centris a raná série Performa
  • stanice Sun Microsystems série 3 (experimentální, používá Sun-3 MMU)
  • stroje nezaložené na Sun 68020 vyžadují PMMU Motorola 68851
• NEC v850e
• Renesas M32R
• PowerPC a IBM POWER:
  • většina novějších počítačů Apple (všechny Power Macintoshe používající PCI, omezená podpora pro starší NuBus Power Mac)
  • klony PCI Power Mac pod značkami Power Computing, UMAX a Motorola
  • Amigas upgradované „Power-UP“ kartou (jako Blizzard nebo CyberStorm)
  • systémy IBM RS/6000, iSeries a pSeries
  • deskyPegasos I a II
  • některé embedded PowerPC platformy
• SPARC a UltraSparc: Sun série 4, pracovní stanice a servery SPARCstation/SPARCserver, Ultra, Blade a Fire, stejně jako klony od výrobce Tatung a další

Kompletní seznam portů naleznete na Linux Ports.

Jádro samotné je poskytováno pod licencí GPL verze 2. Některé části mohou být pod licencí GPL v2 a novější (označováno jen jako "GPL"), případně i pod dalšími svobodnými licencemi.

Moduly (ovladače) mohou být tvořeny pod záštitou jedné z hned několika licencí: GPL, GPL v2, GPL s dalšími právy, duální BSD/GPL, duální MPL/GPL a konečně proprietární. Moduly s proprietární licencí jsou ale problematické – nelze je šířit v jednom celku s jádrem, vývojáři jádra se k nim většinou staví odmítavě a v některých případech mohou být nelegální (záleží na způsobu implementace).[17]

Maskotem Linuxu je tučňák jménem Tux vytvořený Larrym Ewingem v roce 1996. Existuje mnoho variant Tuxe, některé ve 3D. Maskotem je právě tučňák, protože Linus Torvalds podle svých slov „má rád tučňáky, toť vše.“ Jméno Tux prý znamená Torvaldsův UniX a už mu to zůstalo.[18]

V prostředí Linuxu je „panic“ systémová chyba vyvolaná jádrem, která na rozdíl od chyb vyvolaných uživatelskými programy nevyhnutelně vede k zastavení práce počítače. Tento stav je možné vyvolat zavoláním funkce panic z hlavičkového souboru sys/system.h. Většinou je však vyvolán neošetřenou procesorovou výjimkou, jako například odkazováním se do neplatné části paměti. Tyto neošetřené výjimky jsou často důsledkem chyby v kódu jádra, případně ale také mohou indikovat hardwarové selhání, například paměti RAM nebo chyb v aritmetických funkcích procesoru.