És el teu primer dia com a tècnic a Tramontana S.L., una petita empresa espanyola que gestiona Tramontana Reserves, una aplicació web amb la qual agències i particulars reserven cases rurals. La Marta Vidal, responsable d'operacions, t'ensenya el rack: una única màquina anomenada srv-tramontana on viu tot. Li preguntes quin sistema operatiu porta i et respon: «Ubuntu Server. Linux, vaja». I aquí comença el curs.

Abans de tocar una sola tecla convé entendre què és exactament Linux, perquè gairebé tothom fa servir aquesta paraula de manera imprecisa. En aquesta lliçó veuràs què fa un sistema operatiu, quina part d'aquesta feina cobreix realment el nucli Linux, com s'organitza el sistema en capes, què significa que sigui programari lliure i per què això no és un detall ideològic sinó una propietat tècnica i econòmica que canvia el que pots fer amb els teus servidors. Acabarem comparant Linux amb Windows i macOS sense trampes, i veient per què Tramontana ha triat Linux.

1. Què és un sistema operatiu i quin paper juga
2. Què és exactament el nucli Linux
3. Què és una distribució (avançament)
4. L'arquitectura per capes d'un sistema Linux
5. Programari lliure, codi obert i la llicència GPL
6. On es fa servir Linux avui
7. Linux davant de Windows i macOS
8. Tramontana S.L.: per què aquesta empresa va triar Linux

Un ordinador, en cru, és un munt de circuits: un processador que executa instruccions, memòria RAM que les guarda mentrestant, discos que emmagatzemen dades de manera persistent, una targeta de xarxa, un teclat, una pantalla. Res d'això sap col·laborar tot sol.

El sistema operatiu és el programa que se situa entre el maquinari i les teves aplicacions i s'encarrega de quatre coses fonamentals:

• Gestionar el processador. Decideix quin programa s'executa a cada instant i durant quanta estona. El teu portàtil té potser 8 nuclis, però hi ha 300 processos en marxa: algú ha de repartir el torn. Això s'anomena planificació (scheduling).
• Gestionar la memòria. Dona a cada programa la il·lusió de tenir tota la RAM per a ell sol, impedeix que un programa llegeixi la memòria d'un altre i decideix què moure a disc quan falta espai.
• Gestionar els dispositius. Tradueix «desa aquest fitxer» a les ordres concretes que entén un SSD NVMe, un disc dur giratori o una unitat de xarxa. Els controladors (drivers) són la peça que coneix cada maquinari concret.
• Oferir una interfície de serveis a les aplicacions. Un navegador no sap parlar amb una targeta Wi-Fi: demana al sistema operatiu «obre'm una connexió a aquest servidor» i el sistema se n'ocupa.

A això s'hi afegeix una cinquena funció que en un servidor és la més important de totes: aïllar i controlar. Decidir qui pot llegir quin fitxer, qui pot apagar la màquina, qui pot obrir un port de xarxa. Sense sistema operatiu no hi ha usuaris, ni permisos, ni multitasca: hi ha un únic programa amo de la màquina.

Quan a Tramontana diguis «el servidor està saturat», estaràs parlant gairebé sempre d'una d'aquestes quatre funcions portada al límit: CPU repartida entre massa processos, memòria exhaurida, disc lent o xarxa congestionada.

Aquí arriba la precisió que gairebé ningú fa. Linux, en sentit estricte, no és un sistema operatiu complet: és un nucli.

El nucli (o kernel) és el cor del sistema operatiu: el programa privilegiat que arrenca primer, pren el control del maquinari i no el deixa anar. És qui realment implementa la planificació de CPU, la gestió de memòria, els sistemes de fitxers, la pila de xarxa i els controladors. Tota la resta —l'intèrpret d'ordres, el navegador, el servidor web— són programes normals que corren a sobre i li demanen favors.

Aquesta separació és real i està garantida pel maquinari. El processador té com a mínim dos modes d'execució:

Un programa en mode usuari que intenti escriure directament al disc no pot: el processador l'hi impedeix. Ha de fer una crida al sistema (system call o syscall), que és la porta oficial d'entrada al nucli. open(), read(), write(), fork(), execve() són algunes de les més conegudes. N'hi ha unes 350 a Linux, i tota la potència del sistema hi passa pel mig.

Algunes dades que ajuden a dimensionar de què parlem:

• El nucli Linux supera avui els 40 milions de línies de codi, la major part controladors de dispositius.
• És un nucli monolític modular: tot corre en un mateix espai privilegiat (monolític), però pot carregar i descarregar peces en calent anomenades mòduls (per exemple el controlador d'una targeta de xarxa concreta).
• És multiusuari i multitasca real des del seu origen, no com a afegit posterior.

I hi ha una cosa que ajuda a fer-ho tangible: el nucli és, literalment, un fitxer al teu disc. A srv-tramontana el podràs veure:

Sortida:

Interpretació:

• vmlinuz és el nom tradicional del nucli comprimit (virtual memory linux gzipped).
• 6.8.0-41-generic és la versió, que aprendràs a llegir a la lliçó següent.
• 14 MB. Això és tot el que ocupa el cor del sistema operatiu que mou la major part d'internet. Tota la resta que hi ha al teu servidor —els gigabytes de programes, biblioteques i dades— viu per sobre d'ell.
• Els permisos -rw------- indiquen que només root el pot llegir; els estudiaràs a la lliçó 02-07.

Linus Torvalds va escriure i publicar aquest nucli el 1991. Ho veuràs en detall a la lliçó següent. El que importa ara: el nucli tot sol no et serveix de res. Si arrenques una màquina només amb el nucli Linux, el sistema s'atura immediatament perquè no troba cap programa per executar.

Per tenir un sistema utilitzable cal reunir el nucli amb centenars de programes: un intèrpret d'ordres, eines per copiar fitxers, un sistema d'arrencada, un gestor de paquets, biblioteques, un servidor SSH, potser un entorn gràfic. Aquesta feina de reunir, integrar, provar i mantenir tot el conjunt és el que fa una distribució.

Una distribució és, en una frase: nucli Linux + col·lecció de programes d'usuari + gestor de paquets + política de manteniment, empaquetat en una cosa que pots instal·lar.

Ubuntu, Debian, Red Hat Enterprise Linux, Fedora, Arch Linux, Alpine i Android són totes distribucions de Linux en aquest sentit: comparteixen nucli, difereixen en tota la resta. Per això dir «sé Linux» té sentit (el nucli i les bases són comuns) i alhora canviar de distribució obliga a reaprendre detalls.

La lliçó 01-03 està dedicada íntegrament a aquest tema: famílies, gestors de paquets, cicles de vida i com triar. Aquí n'hi ha prou que retinguis la relació: el nucli és una peça; la distribució és la caixa completa.

Aquesta és probablement la imatge mental més rendible de tot el mòdul. Un sistema Linux s'organitza en capes, i cada capa només parla amb la del costat:

Llegeix-ho de baix a dalt:

• Maquinari. La màquina física (o virtual, com serà el teu cas al laboratori).
• Nucli. Únic programari amb accés directe al maquinari. Aquí hi viuen els drivers.
• Crides al sistema. La frontera. És l'única porta legal entre els teus programes i el nucli, i és a més el contracte estable de Linux: Torvalds manté la regla que una syscall mai no trenca la compatibilitat amb programes existents. Per això un binari compilat el 2005 continua funcionant avui.
• Shell i biblioteques. Pocs programes invoquen syscalls a pèl. Fan servir biblioteques com glibc, que ofereix funcions còmodes (printf, fopen) que internament fan la syscall. El shell (Bash, en el nostre cas) és alhora una aplicació i la interfície principal de l'administrador: llegeix el que escrius i llança programes.
• Aplicacions. Tot el que fas servir i tot el que desplegues. Tramontana Reserves viurà en aquesta capa.

Un exemple concret de la cadena completa. Quan a srv-tramontana escriguis una cosa tan trivial com això:

Sortida (extracte fictici):

Passa això, capa a capa:

1. Bash (shell) analitza la línia, separa l'ordre cat de l'argument /var/log/tramontana/acces.log.
2. Bash demana al nucli crear un procés nou i executar el programa cat (syscalls fork() i execve()).
3. cat demana obrir el fitxer (open()). El nucli comprova permisos, localitza el fitxer al sistema de fitxers i retorna un identificador.
4. cat llegeix blocs (read()); el nucli els busca a la seva memòria cau o els demana al driver del disc.
5. cat escriu el que ha llegit a la sortida estàndard (write()), que el nucli dirigeix al teu terminal.

No cal que memoritzis això, però sí que ho interioritzis: a Linux tot el que passa acaba sent un procés d'usuari fent crides al nucli. Quan al Mòdul 7 diagnostiquem un problema amb strace, el que veurem literalment és aquesta llista de syscalls.

Linux no només és gratuït: és lliure. I aquesta diferència té conseqüències pràctiques diàries.

La Free Software Foundation defineix quatre llibertats del programari lliure:

«Codi obert» (open source) és un terme posterior, popularitzat el 1998, que descriu gairebé el mateix conjunt de programari posant l'èmfasi en el model de desenvolupament col·laboratiu i no en l'ètica. A la pràctica diària els pots tractar com a sinònims; la diferència és de discurs.

El nucli Linux es distribueix sota la llicència GPL versió 2 (GNU General Public License). La seva clàusula característica és el copyleft: si distribueixes una versió modificada d'un programa GPL, l'has de distribuir també sota GPL i lliurar-ne el codi font.

Això és el que va impedir que Linux es fragmentés en versions privatives incompatibles, com sí que li va passar a Unix. Si un fabricant de routers fa servir Linux, està obligat a publicar les seves modificacions del nucli, i aquestes millores tornen a la comunitat.

Convé distingir dues famílies de llicències lliures:

Un matís important que evita malentesos legals: la GPL del nucli no es contagia als programes que s'executen a sobre. Tramontana Reserves pot ser programari propietari i tancat corrent sobre Linux sense cap problema. El límit és la syscall: creuar-la no crea obra derivada. Només si modifiquessis el nucli mateix tindries obligacions.

• Sense cost de llicència per màquina. Pots muntar entorns de desenvolupament, proves i preproducció idèntics al de producció.
• Sense bloqueig de proveïdor. Si Ubuntu deixa de convèncer-te, migres a Debian o Rocky Linux amb el mateix coneixement.
• Transparència auditable. En un entorn de ciberseguretat, poder inspeccionar el codi no és un luxe: és un requisit en molts plecs.
• Automatització sense fricció. Pots crear i destruir 40 servidors al núvol en un script (Mòdul 7) sense trucar a ningú.

La percepció popular («Linux és cosa de frikis, gairebé ningú el fa servir») és exactament la contrària de la realitat. A l'escriptori Linux és minoritari; en tota la resta, és dominant.

Tracta aquestes xifres com a ordres de magnitud, no com a dades exactes: varien segons la font i l'any. El missatge és el que compta.

Conseqüència professional directa, i és la raó per la qual estàs fent aquest curs: si treballes amb el núvol, amb contenidors, amb DevOps o amb ciberseguretat, no treballes amb Linux "de vegades": treballes amb Linux sempre. Kubernetes, Docker, Terraform, Ansible, la majoria de bases de dades i pràcticament tots els pipelines de CI/CD assumeixen Linux a sota.

Comparació honesta, sense fanatisme. Tots tres són bons sistemes per a propòsits diferents.

On brilla cadascun, dit sense adorns:

• Linux guanya clarament en servidors, núvol, contenidors, automatització, sistemes encastats i tot allò que hagi de funcionar mesos sense tocar-ho.
• Windows guanya a l'escriptori corporatiu, amb Active Directory, Office i compatibilitat de programari de tercers.
• macOS és un excel·lent escriptori de desenvolupament: com que per sota és Unix, gairebé tot el que aprenguis aquí també et servirà en un Mac.

I una nota tranquil·litzadora: els conceptes d'aquest curs (processos, permisos, shell, sistema de fitxers) són gairebé idèntics a macOS i molt traslladables a WSL2 a Windows. No estàs aprenent un producte: estàs aprenent la tradició Unix.

Tanquem aterrant tot això en el cas que ens acompanyarà durant vuit mòduls.

Tramontana S.L. té sis persones en plantilla. La Marta Vidal porta operacions i atenció a les agències; en Luis Ferrer és el desenvolupador que manté Tramontana Reserves, una aplicació web on es consulten cases rurals, es reserven nits i s'emeten factures. Tu hi entres com a tècnic de sistemes: la teva feina serà que la infraestructura funcioni, sigui segura i es pugui recuperar.

La infraestructura és deliberadament modesta:

• El teu portàtil de treball: Ubuntu Desktop 24.04 LTS, amb l'usuari alumne.
• El servidor: srv-tramontana, Ubuntu Server 24.04 LTS, amb l'usuari administratiu operador i el grup tramontana per a l'equip tècnic.

I una convenció de rutes que en Luis i tu acordeu des del principi, i que a la lliçó 01-06 veuràs que no és capriciosa sinó pur estàndard FHS:

Per què Linux i no Windows Server? Les raons que la Marta et resumeix en cinc minuts de cafè són aquestes:

1. Cost. Amb sis persones i marges ajustats, zero euros de llicències per servidor i per entorn de proves són diners reals.
2. Requisits de l'aplicació. Tramontana Reserves es desplega amb les eines habituals de l'ecosistema web (Python, nginx, PostgreSQL, més endavant contenidors). Tot això és de casa a Linux.
3. Recursos. Un servidor sense escriptori deixa pràcticament tota la RAM i la CPU per a l'aplicació.
4. Estabilitat i cicle de vida. Ubuntu 24.04 LTS té suport de seguretat fins al 2029: cinc anys sense migracions forçades.
5. Continuïtat cap al núvol. El pla a dos anys és moure part de la infraestructura al núvol i a contenidors. El que aprenguis a srv-tramontana es trasllada tal qual.
6. Talent i documentació. Qualsevol problema que tinguis, algú l'ha tingut i documentat abans.

També hi ha una raó negativa, i és sa reconèixer-la: si Tramontana depengués d'Active Directory, d'aplicacions d'escriptori Windows o d'un ERP que només corre en SQL Server, la decisió hauria estat una altra. Triar tecnologia és triar en funció de restriccions reals, no de gustos.

• Confondre el nucli amb el sistema complet. Dir «he instal·lat Linux» és una simplificació còmoda; el que has instal·lat és una distribució. Quan algú et pregunti «quin Linux fas servir?», la resposta útil és «Ubuntu Server 24.04», no «Linux».
• Creure que lliure significa gratuït. Free en anglès és ambigu. Hi ha programari lliure de pagament (Red Hat Enterprise Linux es ven amb suport) i programari gratuït que no és lliure (moltes apps sense codi font). El que defineix el programari lliure són les quatre llibertats, no el preu.
• Témer que la GPL "contamini" la teva aplicació. Executar el teu programari sobre Linux no t'obliga a res. Només modificar i distribuir codi GPL genera obligacions.
• Pensar que Linux és difícil perquè és diferent. La corba d'entrada és més pronunciada perquè el sistema no amaga el que fa. Aquesta mateixa transparència és la que després et permet diagnosticar problemes que en altres sistemes són caixes negres.
• Esperar que Linux sigui un clon de Windows. No ho és i no ho pretén ser. Buscar «el Tauler de control» és començar amb mal peu: aquí la configuració són fitxers de text a /etc i ordres, i això és un avantatge tan bon punt vulguis automatitzar.
• Consell pràctic. Quan llegeixis documentació, fixa't sempre en per a quina distribució i versió està escrita. Un tutorial de CentOS 7 pot ser enganyós a Ubuntu 24.04. Hi tornarem a 01-03.

Classifica cada element segons la capa a la qual pertany en l'arquitectura vista (maquinari, nucli, syscalls, shell/biblioteques, aplicacions) i justifica cada resposta en una frase:

1. El controlador de la targeta de xarxa del servidor.
2. La funció write().
3. Bash.
4. L'aplicació Tramontana Reserves.
5. El planificador que reparteix temps de CPU.
6. La biblioteca glibc.

En Luis Ferrer et planteja tres afirmacions. Indica si cadascuna és vertadera o falsa i corregeix-la si és falsa:

1. «Com que Tramontana Reserves corre sobre Linux, que és GPL, estem obligats a publicar el codi de la nostra aplicació.»
2. «Android no té res a veure amb Linux, és un sistema de Google.»
3. «Podem muntar tres entorns idèntics (desenvolupament, proves i producció) sense cost de llicències.»

La Marta et demana un argumentari de mitja pàgina per justificar davant de la gerència que srv-tramontana continuï amb Linux en comptes de migrar a Windows Server. Escriu tres arguments a favor i, per ser honest, un escenari en què la decisió correcta seria Windows Server.

Solució a l'Exercici 1

Idea clau: només dos elements dels sis són en mode nucli. Tota la resta, inclòs el shell que faràs servir cada dia, és un programa d'usuari més.

Solució a l'Exercici 2

1. Falsa. El copyleft de la GPL afecta les obres derivades del programa GPL mateix. Executar una aplicació sobre el nucli, comunicant-s'hi per crides al sistema, no crea obra derivada: la interfície de syscalls està explícitament exclosa a la nota de llicència del nucli. Tramontana Reserves pot ser tancada. El que sí que exigiria publicar codi seria modificar el nucli o una biblioteca GPL enllaçada estàticament i distribuir-la.

2. Falsa. Android fa servir el nucli Linux com a base, amb modificacions pròpies de Google que en bona part s'han anat integrant al nucli oficial. El que no fa servir és el userland GNU habitual (fa servir Bionic en lloc de glibc i el seu propi entorn d'execució). Per això Android és una distribució de Linux molt atípica, però Linux al capdavall. És, de fet, la causa principal que Linux sigui al 70 % dels mòbils del món.

3. Vertadera. La llibertat 0 (fer servir el programa per a qualsevol finalitat, sense límit d'instal·lacions) és precisament el que ho permet. Pots clonar srv-tramontana tantes vegades com vulguis sense pagar ni notificar-ho a ningú. Només pagaries si contractessis suport comercial, i seria opcional. Aquesta és una de les raons pràctiques més fortes a favor de Linux en una empresa petita.

Solució a l'Exercici 3

Arguments a favor de mantenir Linux a srv-tramontana:

1. Cost total. Zero euros en llicències de sistema operatiu, tant en producció com en els entorns de desenvolupament i proves. En una empresa de sis persones, aquesta partida es destina a una altra cosa. A més no cal gestionar CAL ni auditories de llicències.

2. Alineació amb la pila tecnològica i amb el futur. Tramontana Reserves s'ha recolzat en eines de l'ecosistema web (nginx, PostgreSQL, Python) que són ciutadanes de primera classe a Linux. I el pla de moure part de la infraestructura al núvol i a contenidors en dos anys exigeix Linux: Docker i Kubernetes són tecnologia Linux nativa. Migrar ara a Windows seria pagar dues vegades.

3. Eficiència i estabilitat operativa. Un servidor sense entorn gràfic dedica pràcticament tota la memòria i la CPU a l'aplicació, i Ubuntu 24.04 LTS ofereix cinc anys d'actualitzacions de seguretat sense migració forçada. Els reinicis per actualització són molt menys freqüents, cosa que es tradueix en menys finestres de manteniment nocturn.

Escenari en què Windows Server seria la decisió correcta:

Si Tramontana adquirís un ERP de gestió hotelera que només existeix per a Windows i requereix SQL Server, i a més la plantilla creixés fins a necessitar gestió centralitzada d'identitats i equips amb Active Directory i directives de grup, l'elecció racional seria Windows Server (o un entorn mixt). Forçar Linux en aquest cas significaria emulació, capes de compatibilitat i suport del fabricant inexistent: més cost i més risc, no menys. La tecnologia es tria per les restriccions del negoci, no per preferència personal.

Ja tens les bases conceptuals sobre les quals se sosté tota la resta:

• Un sistema operatiu gestiona CPU, memòria, dispositius i serveis, i a més aïlla i controla els usuaris.
• Linux és un nucli, no un sistema complet: la peça privilegiada que parla amb el maquinari. Tota la resta són programes d'usuari.
• L'arquitectura per capes —maquinari, nucli, syscalls, shell i biblioteques, aplicacions— explica com es comunica cada part, i les crides al sistema són la frontera exacta entre els teus programes i el nucli.
• El programari lliure i la GPL no són un detall ideològic: determinen que puguis desplegar sense llicències, auditar el codi i no dependre d'un proveïdor.
• Linux és dominant en servidors, núvol, contenidors, mòbils i supercomputació, encara que minoritari a l'escriptori.
• Tramontana S.L. ha triat Linux per cost, encaix tecnològic, eficiència i continuïtat cap al núvol. srv-tramontana serà el teu camp de treball durant tot el curs.

Moltes de les decisions de disseny que et trobaràs a partir d'ara —per què la configuració són fitxers de text, per què hi ha tantes ordres petites en lloc de pocs programes grans, per què «tot és un fitxer»— no s'entenen si no saps d'on vénen. A la lliçó següent, Història de Linux, recorrerem el camí des d'Unix als Bell Labs el 1969 fins al nucli que es desenvolupa avui amb milers de col·laboradors, i enunciarem la filosofia Unix: els principis que expliquen pràcticament tot el que veuràs en els vuit mòduls d'aquest curs.