Linux — дивовижне творіння: технологія, що сягає своїм корінням у 1970-ті і активно розробляється в 1990-х роках, стала широко поширеною на початку 21 століття. У цій статті ми поговоримо про історію Unix та BSD та про те, як ці системи призвели до розвитку Linux.

Переваги Unix

Денніс Рітчі та Кен Томпсон випустили перший реліз операційної системи Unix 3 листопада 1971 року. Коли обговорюють, що тоді було особливого в Unix, зазвичай підкреслюють, що Unix підтримувала можливість одночасної роботи кількох користувачів, тоді як у інших операційних системах на той час одне завдання виконувалося від початку до кінця без можливості переривання. Проте ще важливішою відмінністю Unix була можливість портування. У ті роки більшість операційних систем були прив’язані до конкретної архітектури процесора. За допомогою Unix ви могли оновлювати свій комп’ютер роками і десятиліттями і, як і раніше, використовувати одну і ту ж операційну систему з програмами. Це дало великий поштовх у розвитку обчислювальної техніки.

Якби Unix була прив’язана до комп’ютера PDP-11, на якому велася її початкова розробка, то дана ОС навряд чи залишила б помітний слід в історії. Можливість портувати систему дозволило Unix пережити еволюцію комп’ютерного обладнання і, зрештою, зайняти лідируючі позиції серед інших ОС. Як пише офіційна шкала подій Unix: “У 1973 році система була переписана на мову програмування Сі. Це зробило її кросплатформною і дуже вплинуло на історію розвитку ОС в цілому”.

Сьогодні кросплатформність Unix та її утиліт повною мірою присутня і в Linux: система, що спочатку розроблялася під процесори Intel, працює на декількох різних архітектурах. Коли ядро Linux зробило стрибок від процесорів Intel до архітектури ARM, тим самим зробивши доступним використання Linux на невеликих (з’явилися в 1990-х роках) мобільних пристроях, ця подія викликала загальне хвилювання в Linux-спільноті і відкрило нові перспективи розвитку обчислювальної техніки.

Важливість мови Сі

Портування Unix забезпечувалася тим, що замість Ассемблера для створення системи застосовувалася високорівнева мова програмування Сі. Ядро Unix стало однією з перших великих програм, написаних мовою Сі.

Мова Сі дозволила написати кросплатформну операційну систему мовою високого рівня, тому що … ну, тому що мова Сі насправді не була такою вже високорівневою мовою. На той час вже існувало багато мов високого рівня, таких як: FORTRAN, COBOL, LISP і ALGOL. І вони були достатньо “розумними”, оскільки могли приховувати від користувачів складні деталі комп’ютерної архітектури і дозволяли програмістам мислити термінами областей знань, у яких вони працювали. FORTRAN був схожий на наукові функції та рівняння. COBOL виглядав як опис бізнес-процесу. Кожна мова вимагала володіння своєю власною областю знань, але при цьому вам не потрібно було турбуватися про архітектуру процесора, що лежить в основі цього всього.

На відміну від них, мова Сі була дуже близькою до комп’ютерної архітектури. Вона реалізувала побітові операції за допомогою масок (які впливали на певні біти у змінній) та зміщень (які переміщували біти всередині змінної). Виходячи з пристрою PDP-11 і мови Асемблера, розробники вирішили реалізувати використання рядків таким чином: оскільки довжина рядка могла змінюватись, то для їх представлення витрачалися додаткові ресурси, тому мова Сі просто зберігає кожен рядок разом із кінцевим нульовим символом (нуль-термінатором), як це робилося в комп’ютерах PDP, для яких Сі і була спочатку розроблена. Концепція unions мови Сі, яка дозволяє по-різному зчитувати одну і ту ж область пам’яті, була корисною для драйверів пристроїв і мереж, оскільки заголовки мережевих пакетів, залежно від обставин, могли змінюватися.

Коли програмісти хочуть писати дуже ефективний та “швидкий” код, вони використовують мову Сі або її сучасний варіант. Розробники, які використовують інші мови, регулярно порівнюють свої програми з програмами, написаними мовою Сі, і хваляться, коли їм вдається досягти порівнянної з мовою Сі ефективності. На жаль, ця ефективність досягається за рахунок шкоди безпеці: мова Сі не забезпечує програміста тим захистом, який є в інших мовах програмування, і дозволяє робити серйозні помилки (зокрема, переповнюючи значення змінних або виходячи за межі масивів).

Спроби створення відкритого вихідного коду

Задовго до появи ліцензій на вільне (або відкрите) програмне забезпечення, вихідний код Unix був відкритий для користувачів, які ліцензували операційну систему. Автори Unix володіли авторськими правами на вихідний код системи і іноді дуже жорстко контролювали його. Але ця позиція не применшує революцію, викликану доступністю вихідного коду Unix.

Оскільки у користувачів Unix був доступ до вихідних кодів системи, у них також з’явився доступ до опцій, які можна було змінити тільки шляхом перекомпіляції вихідних кодів системи. Практика перекомпіляції Unix для налаштування параметрів системи під конкретні потреби серверів є ще однією традицією, продовженою в Linux.

Доступність вихідного коду надійної, сучасної операційної системи було відчутним благом для студентів. У Unix не тільки вперше були застосовані важливі методи в галузі управління пам’яттю, планування тощо, але також містилися цікаві структури даних та алгоритми, які знаходили широке застосування і в інших програмах.

Операційна система Unix була чимось схожа на зозулю, яка підкладає свої яйця в чужі гнізда. Незважаючи на те, що винахідниками транзистора були Bell Labs (якими володіла компанія AT&T), вони не виробляли власні комп’ютери. Unix вперше з’явилася на комп’ютерах DEC (скор. від англ. “Digital Equipment Corporation”) у 1970-х роках. Але у DEC, як і в IBM та будь-якого іншого виробника, були свої власні операційні системи. У зв’язку з цим система Unix стартувала як химерний інструмент для дослідників, лише мінімально просочуючись у комерційне використання.

BSD та розвиток Інтернету

Наступний важливий етап нашої екскурсії з розвитку операційної системи Unix переносить нас у 1974 рік на протилежне узбережжя від Bell Labs, де вчені в галузі комп’ютерних наук Каліфорнійського університету в Берклі вирішили спробувати встановити на свої системи Unix. Вони та їхні студенти визнали Unix підходящим варіантом для своїх досліджень і почали вдосконалювати ОС, розширюючи її функціонал шляхом додавання всіляких нових системних викликів та утиліт.

Еволюція BSD (скор. від англ. “Berkeley Software Distribution”) була плавною та послідовною: від невеликого набору поліпшень до чогось абсолютно нового. Студенти, деякі з яких пізніше стали лідерами в галузі обчислювальної техніки, додавали до системи різні покращення. Одним з таких великих покращень став редактор vi, котрий тоді використовувався багатьма користувачами Unix, а тепер і користувачами Linux. Білл Джой, який у студентські роки створив редактор vi під час своєї ранньої роботи над системою Unix у Берклі, організував у 1977 році перший випуск свого редактора під маркою “Berkeley Software Distribution”. Пізніше Джой (разом з іншими співзасновниками) створив компанію Sun Microsystems, яка дозволила Unix взяти на себе великомасштабні обчислення.

“Beastie” — талісман BSD

Застосовуючи Unix для важких, пов’язаних із мережами обчислень, розробники BSD виявили відсутність багатьох необхідних системних викликів. Внаслідок чого вони додали до системи нові системні функції, а також бібліотечні виклики (які виконуються у середовищі користувача, а не у середовищі ядра). Зв’язок між Bell Labs та BSD став двоспрямованим, оскільки розробники Unix запозичили свої улюблені системні та бібліотечні виклики з BSD.

Мережевий стек був найважливішим внеском BSD у цій справі. Історія свідчить, що BBN Technologies створили Інтернет у рамках співпраці з оборонним агентством ARPA (пізніше DARPA). Але коли Інтернет став мейнстрімом, у ньому використовувалися стеки протоколів, мережеві служби та інструменти, створені проектом BSD.

Компанія AT&T, яка володіла Bell Labs, добре заробляла на ліцензуванні Unix.

Як уже згадувалося вище, до системи додавалися її вихідні коди. Але в Берклі зробили щось набагато радикальніше: вони випустили свій власний код під ліцензією, яка дозволяла користувачам вносити зміни і робити все, що вони захочуть, включаючи продаж системи із внесеними до неї змінами. Ліцензія BSD була однією з перших вільних ліцензій на програмне забезпечення з відкритим вихідним кодом. І вона досі застосовується багатьма проектами.

Популярність BSD обумовлювалася безкоштовним поширенням системи, а не якоюсь її технічною перевагою над Unix від Bell Labs. Як вже було згадано, AT&T не відчувала жодних докорів сумління щодо включення напрацювань BSD до Unix. Сьогодні код BSD виглядає застарілим і в деяких моментах навіть трохи жахливим, але операційна система та її утиліти були дуже популярні на той час. Наприкінці 1970-х і на початку 1980-х років, до того, як персональні комп’ютери стали комерційно доступними, великою популярністю користувалися VAX і мінікомп’ютери з BSD.

BSD також стала поштовхом до прориву, який привів Unix у комерційне русло: заснування Sun Microsystems. Білл Джой та його колеги скористалися дозвільною ліцензією BSD для продажу комп’ютерів з їхньою власною доопрацьованою версією операційної системи BSD, яку назвали SunOS. Робочі станції та сервери міні-комп’ютерів Sun Microsystems знищили покоління інших компаній, які виробляли міні-комп’ютери, і почали встановлювати стандарти для сучасних обчислень та мереж — все на основі SunOS, що, звичайно ж, мало на увазі використання BSD.

Розкол BSD

Деякі прихильники BSD звинувачують у відсутності прогресу системи страх, невпевненість і сумніви, пов’язані з проектом під час судового процесу на початку 1990-х років. AT&T подала до суду на BSDi (компанію, яку розробники BSD створили у 1991 році для комерціалізації BSD), звинувачуючи останню в недобросовісній конкуренції. Згодом претензії AT&T розрослися до набагато серйозніших, а саме: компанія звинуватила BSDi у тому, що та включила вихідний код Unix (який належав AT&T) у BSD. Однак варто враховувати, що й самі розробники Unix отримали велику вигоду із включення незліченної кількості утиліт та функцій, створених розробниками BSD. Позов був врегульований менш ніж за два роки, і, зрештою, з проекту BSD було прибрано всі “хвости” системи Unix від AT&T.

Уорнер Лош (Warner Losh), колишній член основної команди розробників FreeBSD, у своїх коментарях підкреслював, що, на його думку, спочатку у BSD було цілком собі “здорове” середовище, представлене розробниками Дослідницької групи комп’ютерних систем (скор. “CSRG” від англ. “Computer Systems Research Group”). У 1995 році ця команда закінчила свою роботу і її розпустили. Ці події призвели до роздробленості всередині самого проекту BSD.

Керівництво почало приймати рішення, які інші учасники проекту вважали свавіллям. 386BSD, FreeBSD, NetBSD, OpenBSD — одна за одною невеликі команди незадоволених розробників відокремлювалися від основного проекту і створювали свої власні відгалуження від основної системи (так звані форки). З іншого боку, незважаючи на те, що в порівнянні з BSD спільнота Linux була зовсім незрілою, учасники розробки ядра Linux зуміли зберегти свою єдність.

Можна було б поставитися до поширення різних варіантів відгалуження від BSD як до подарунку користувачам, адже кожна система мала свої сильні сторони, і користувачі могли вибирати те, що їм більше підходило. Але форки не залишили по собі жодного варіанта з досить великою критичною масою спільноти, за винятком, можливо, FreeBSD, яка б дозволила їм розвиватися. Будь-хто, хто хотів вести розробку програм для BSD, повинен був вибрати якийсь один, конкретний дистрибутив або йому довелося б виконати великий обсяг роботи з портування своїх програм на різні дистрибутиви.

Unix виривається вперед!

Оскільки різні BSD-проекти були відсунуті на другий план, у 1980-х роках відбувся безпрецедентний поворот до єдиної культури операційних систем. Спостерігаючи за успіхами Sun Microsystems, решта компаній (IBM, DEC та ін.) теж звернулися до систем BSD або Unix.

Шанувальники інших операційних систем дивилися на особливості Unix і були спантеличені її, здавалося б, непереборним поширенням. Крім міні-комп’ютерів, виробництво яких відстоювали DEC і Sun Microsystems, компанії почали випускати робочі станції, призначені для одного інженера або вченого. Хоча це було досить дорого в порівнянні з персональними комп’ютерами, що пропонувалися в 1980-х роках, ціна на робочі станції встановлювалася таким чином, щоб компанії могли надати кожному співробітнику, що потребує цього, свій власний комп’ютер.

Комерційному впровадженню Unix значною мірою сприяло створення стандарту кросплатформного графічного інтерфейсу. Цей інтерфейс аж ніяк не заміняв командний рядок, але дозволяв використовувати текстові процесори, CAD/CAM, інструменти візуалізації та інші важливі програми, яких прагнули “професійні користувачі”. Графічний інтерфейс був створений у рамках спільного проекту MIT, DEC та IBM зі створення розподільного обчислювального середовища — Project Athena, який відіграв дуже важливу роль у створенні X Window System.

Погоня за прибутком численних вендорів призвела до збільшення кількості різних варіантів виконання програм, що ускладнило їхню кросплатформність. Частковим вирішенням проблеми стало створення специфікації POSIX, призначеної для стандартизації системних викликів Unix, викликів бібліотек та основних утиліт, таких як командна оболонка (shell).

Кожна реалізація Unix, включаючи Linux, намагалася підтримувати даний стандарт. І це забезпечило бажану узгодженість у деяких важливих технологіях, таких як потоки (полегшені процеси), яких гостро потребували багато розробників в епоху багатоядерних процесорів.

Але, як і багато інших стандартів, POSIX не був досконалим і повільно реагував на зміни навколишнього середовища. Наприклад, було важко правильно розрахувати час за частки секунди, що було необхідно для багатьох програм. Іноді якась операційна система створювала кращий інтерфейс, ніж POSIX, для якоїсь функції, незалежно від того, чи будуть інші вендори використовувати це поліпшення чи ні.

Open Software Foundation (OSF)

Історія вказує, що люди часто об’єднуються перед зовнішньою загрозою. Саме в такому положенні виявилася більша частина комп’ютерної індустрії в 1988 році, коли AT&T (власник Unix) та Sun Microsystems оголосили про дещо туманне партнерство. Було незрозуміло, наскільки AT&T збільшить успіх Sun Microsystems, що й без того зростає. Була присутня загроза для інших вендорів. Sun Microsystems відмовилася від використання SunOS — системи, за допомогою якої компанія комерціалізувала ринок обчислювальної техніки, та перейняла останню версію Unix від AT&T — UNIX System V Release 4 (SVR4).

У відповідь на перспективу втратити бізнес через партнерство AT&T і Sun Microsystems, решта великих постачальників створила консорціум під назвою Open Software Foundation (OSF). Група добре проявила себе і почала подавати великі надії, створивши інструментарій для X Window System під назвою Motif. Більшість розробників вважає Motif більш привабливим, ніж відповідний інструментарій, запропонований Sun Microsystems, під назвою OPEN LOOK. Після успішного випуску цього інструментарію OSF взялася за амбітніші проекти, включаючи версію Unix під назвою OSF/1, серверні частини компілятора, названі ANDF (скор. від англ. “Architectural Neutral Distribution Format”) та DCE (скор. від англ. “Distributed Computing Environment”) та ін.

OSF, як і BSD, не могла координувати незалежних, а іноді й конкуруючих учасників. Компанії-учасниці не могли відмовитись від своїх суперечливих інтересів на користь справжньої співпраці. “Розорити сусіда”, здавалося, було їх конкурентною стратегією.

Шлях Microsoft

Перш ніж продовжити історію про Unix, ми повинні згадати про єдину важливу операційну систему за останні 30 років, яка майже нічим не зобов’язана Unix — Microsoft Windows. Після випуску свого першого великого проекту — операційної системи DOS, яка керувала персональним комп’ютером від IBM, Microsoft послідовно пішла непересічним з Unix шляхом.

Перша версія операційної системи Microsoft Windows не є самостійною ОС, а швидше графічною надбудовою над DOS. Фактична монополія Microsoft на операційні системи для ПК приносила компанії протягом десятиліття велику вигоду, але зростаючі вимоги, які вимагали додатки від комп’ютерів наприкінці 1980-х років, змусили їх шукати зовсім нову базу для своєї операційної системи. Вони розробили оновлену операційну систему, назвавши її Windows NT, в основу якої лягли ідеї кількох сторонніх проектів (не Unix).

   Одним із таких проектів був OpenVMS — операційна система, яку корпорація DEC створила для своєї лінійки комп’ютерів VAX. Коли цифрові технології занепали, провідний розробник OpenVMS на ім’я Дейв Катлер приєднався до Microsoft для розробки нової версії операційної системи Windows.

   Іншим проектом був Mach — дослідницький проект, який очолив Річард Рашид з Університету Карнегі-Меллон. Mach був радикально новим кроком у побудові архітектур операційних систем, у межах якого висувалась концепція використання мікроядра замість звичного всім монолітного ядра. Мікроядро виконувало лише мінімальний набір обов’язків і використовувало різні зовнішні служби для більшості завдань, зазвичай виконуваних операційною системою. Теоретично концепція мікроядра виглядала досить привабливою, відображаючи тенденцію до модульності, що пронизувала обчислювальну техніку протягом останніх чотирьох десятиліть (як сучасні мікросервіси). Проте спроби використовувати мікроядро в операційних системах загального призначення зазнали краху і зникли разом із Mach. Хоча в основі архітектури Windows NT спочатку і закладалося застосування мікроядра, зрештою, Windows NT залишилася без значної частини спадщини мікроядра Mach. У результаті Річард Рашид залишив цей проект, щоб приєднатися до Microsoft, обійнявши кілька високих посад у компанії.

У Microsoft визнавали важливість операційної системи Unix. Доказом цього служив той факт, що компанія протягом кількох років ліцензувала варіант Unix під назвою Xenix, зробивши великий внесок у розвиток ядра Linux і тепер пропонує у складі своєї системи емулятор Linux під назвою WSL (Windows Subsystem for Linux).

Проект GNU

Раніше ми згадували, що BSD сподобалася багатьом користувачам, тому що їм не потрібно було платити ліцензійні відрахування компанії AT&T, як у випадку з користуванням Unix. Річард Столлман побачив у цьому ще більше можливостей у середині 1980-х років. З характерним розмахом за допомогою цілого маніфесту він оголосив про створення клону Unix. На додаток до дорожньої карти даного проекту, цей маніфест кидав прямий виклик поняттю інтелектуальної власності (термін, який Столлман пізніше визначив як шкідливий сам по собі) і розповідав про новий спосіб випуску програмного забезпечення, який зрештою втілився у вигляді ліцензії GNU GPL (або Copyleft).

Столлман довгий час вносив відчутний внесок у розвиток обчислювальної техніки. У той момент, коли він розпочав свій проект GNU (рекурсивний акронім від “GNU is Not UNIX”), найбільш значущим його технічним досягненням став Emacs — текстовий редактор, який працював на великій кількості найрізноманітніших систем і був портований на Unix.

Лого GNU

Проект GNU, випустивши GNU Compiler Collection (GNU GCC) наприкінці 1980-х років, сильно вплинув на комп’ютерну сферу. Вони були настільки кращими, ніж інші компілятори мови Сі, що розробники всієї індустрії пропрієтарного програмного забезпечення були дещо приголомшені. У вільного програмного забезпечення явно прослідковувалося майбутнє.

Але у проекту GNU, у буквальному значенні цього слова, було відсутнє ядро. Виявилося, що це потребує зовсім іншого рівня складності ніж створення утиліт та бібліотек, які Столлман та його колеги розробляли досі. Вони назвали свій проект по створенню ядра GNU Hurd, і вирішили використовувати концепцію мікроядра, яку побачили в Mach. Чи то через це дизайнерське рішення, чи то через якусь іншу слабкість, Hurd дуже відставав від решти GNU. На той час GNU був схожий на велосипед із чудовою рамою, кермом, гальмами та перемиканням передач, але без коліс. Його користувачам доводилося залежати від пропрієтарних вендорів, які постачали найважливішу частину операційної системи.

Пробіл був заповнений у 1991 році з попереднім випуском ядра Linux. Лінус Торвальдс, творець ядра Linux, думав, що Unix “не такий вже й поганий”, і тому вирішив його наслідувати. Проте Торвальдс значною мірою покладався і на проект GNU. Для створення свого коду він використовував GNU GCC, зв’язавши код ядра з бібліотеками GNU і як один зі своїх перших додатків портував командну оболонку bash.

“Пінгвін Tux” — талісман Linux

Рух за вільне ПЗ

Тепер ми можемо розглянути причину, через яку Linux-системи досягли великих успіхів, тоді як BSD-системи зазнали невдачі.

Так само, як початкова привабливість BSD значною мірою ґрунтувалася на вільній ліцензії, Linux-системи були помічені зростаючими центрами обробки даних 21 століття як чудові операційні системи для масового розгортання. Пропрієтарні системи були обтяжені не лише своєю вартістю, а й явними бюрократичними накладними витратами на придбання ліцензій та контроль за ними.

До кінця 1990-х років усі компанії, які пропонували дещо інші версії Unix, зрозуміли, що будь-яке ПЗ та послуги, які вони сподівалися запропонувати в майбутньому, мають працювати на GNU/Linux. Пропозиція операційної системи, яку будь-хто міг би вільно встановлювати, мала стати центральним елементом їхніх бізнес-стратегій.

Академічне та ділове визнання вільного програмного забезпечення з відкритим вихідним кодом демонструє те, наскільки змінився цей рух із часів розквіту BSD. Річард Столлман об’єднав рух за вільне програмне забезпечення із проектом GNU. Через деякий час спільнота прихильників ПЗ з відкритим вихідним кодом набрала сили, про що свідчило проведення в тому ж році великої конференції з вільного програмного забезпечення під назвою LinuxWorld Conference and Expo (різні фахівці з вільного програмного забезпечення також називають 1998 рік поворотним моментом для сфери вільного ПЗ).

Спадщина Unix

Мільйони людей щохвилини беруть у руки мобільні телефони та планшети. Якщо це пристрої Android, то додатки запускаються в сильно зміненій версії Linux від Google. Пристрої Apple, у свою чергу, запускають адаптовану компанією Apple версію системи BSD, випущену як операційна система з відкритим вихідним кодом — Darwin. Що б ці користувачі не робили зі своїми пристроями, вони цілком ймовірно взаємодіють з хмарними серверами, що працюють під керуванням GNU/Linux. Таким чином, спадщина Unix є всюди.

Шкала ключових подій Unix та Linux

Це адаптований переклад циклу статей сайту fosslife.org.