Linux

Co je Linux a kde se používá

Linux je rodina svobodných operačních systémů založených na Linux kernelu a uživatelském prostoru pocházejícím primárně z projektu GNU. Díky modulární architektuře a otevřenému vývoji běží od embedded zařízení (routery, IoT, automotive) přes servery, superpočítače a cloud až po desktopové distribuce a mobilní platformy (Android).

Historie a licencování

• 1991: Linus Torvalds uvolňuje první verzi jádra pro x86.
• GNU nástroje poskytují shell, kompilátory a základní uživatelský prostor.
• Licence GPLv2: zajišťuje copyleft – modifikace jádra musí zůstat otevřené.
• Ekosystém vzniká kolaborací komunit, univerzit a firem (distribuce, ovladače, subsystémy).

Architektura jádra: monolit s moduly

Linuxové jádro je monolitické s možností dynamicky načítaných modulů (ovladače, souborové systémy, protokoly). Klíčové subsystémy:

• Správa procesů a plánovač (CFS): fair-share plánování, priority, affinity, NUMA.
• Správa paměti: stránkování, page cache, HugeTLB/THP, cgroups v2, memory compaction, zram/zswap.
• V/I a bloková vrstva: multi-queue (blk-mq), I/O plánovače, io_uring pro nízkolatenční async I/O.
• Síťový stack: Netfilter/nftables, TC/Qdisc, XDP, eBPF hooky, tun/tap, WireGuard.
• Bezpečnost: DAC, POSIX ACL, Linux capabilities, LSM (SELinux, AppArmor), seccomp-bpf, integrity (IMA/EVM).
• Zařízení: udev, devtmpfs, subsystémy (USB, PCI, DRM/KMS, HID, ALSA).
• Virtualizace: KVM (hardwarová akcelerace), virtio/virtiofs, VFIO/IOMMU.

Boot proces: od firmware k uživatelskému prostoru

1. Firmware (BIOS/UEFI) inicializuje HW a předá řízení zavaděči.
2. Bootloader (GRUB/systemd-boot) načte kernel a initramfs.
3. Kernel detekuje zařízení, mountne rootfs, spustí PID 1.
4. Init systém (systemd, OpenRC, runit) startuje služby a cíle (targets/runlevels).

Distribuce a správa balíčků

• Debian/Ubuntu (APT, dpkg), RHEL/CentOS/Alma/Rocky/Fedora (DNF/RPM), SUSE (zypper/RPM), Arch (pacman), Alpine (apk, musl libc).
• Modely aktualizací: point releases vs. rolling release, LTS a enterprise podpora.
• Alternativy: Nix/Guix (deklarativní), Flatpak/Snap/AppImage (desktop sandboxované aplikace).

Souborové systémy a správa úložišť

• Ext4: výchozí, žurnálování, stabilita.
• XFS: velké souborové systémy, paralelismus.
• Btrfs: copy-on-write, snapshoty, subvolumes, send/receive, checksums, komprese.
• ZFS on Linux: COW, pokročilé RAID-Z, deduplikace (licenční specifika mimo jádro).
• LVM2: logické svazky, thin provisioning, snapshots; mdadm pro softwarový RAID.
• F2FS: optimalizace pro flash/NAND.
• Network FS: NFSv4, SMB3, 9p, CephFS, GlusterFS.

Síťování a bezpečnost provozu

• Konfigurace: ip, ss, ethtool, systemd-networkd/NetworkManager, netplan.
• Firewall a filtrování: nftables (nástupce iptables), firewalld, UFW; TC pro shaping/policing, fq_codel/cake proti bufferbloatu.
• Tunneling/VPN: WireGuard, IPsec, GRE/VXLAN/Geneve; bridging/bonding/LACP.
• Zero trust a identita: strongSwan, SSSD, Kerberos, PAM, FIDO2/U2F.

Init, služby a logování

• systemd: units (service/socket/timer), cgroups integrace, targets, sandboxing (ProtectSystem, PrivateTmp, CapabilityBoundingSet).
• Journald a tradiční syslog (rsyslog, syslog-ng), rotace logů.
• Čas: chrony/systemd-timesyncd, NTP/PTP pro přesnou synchronizaci.

Virtualizace, kontejnery a orchestrace

• KVM/QEMU: plná virtualizace, libvirt/virsh, virtio, cloud-init.
• Namespaces a cgroups: izolace PID/NET/IPC/MNT/UTS/USER; řízení CPU/memory/IO.
• LXC/LXD a Docker/Podman: OCI image, overlayfs, rootless kontejnery.
• Kubernetes: CRI/CNI/CSI drivery, kubelet, containerd/cri-o, network policy (Calico/Cilium), service mesh (Istio/Linkerd).

Bezpečnostní model

• DAC & ACL: vlastník/skupina/práva, POSIX ACL pro jemnozrnný přístup.
• Capabilities: granularizace privilegia root (CAP_NET_ADMIN apod.).
• LSM: SELinux (kontextové politiky), AppArmor (profilování), Smack; auditd/auditctl.
• Sandboxing: seccomp-bpf, namespaces, Landlock, Flatpak portály, systémové MAC politiky.
• Aktualizace: livepatch (kpatch/kGraft), automatizace security fixů, reproducible builds.
• Šifrování: dm-crypt/LUKS2, fscrypt (per-file), TPM 2.0 integrace, FIDO2.

Vývojářský ekosystém

• Toolchain: GCC/Clang, glibc nebo musl, binutils, make/ninja, CMake/Meson.
• Jazyky: C/C++, Rust (rustc/LLVM, Rust-for-Linux), Go, Python, Java.
• Debugging & profiling: gdb/lldb, strace/ltrace, perf, eBPF (bcc/bpftrace), valgrind, systemtap.
• Distribuční build systémy: OBS (SUSE), Koji (Fedora/RHEL), Launchpad (Debian/Ubuntu).

Observabilita a výkon

• Metodika: měřit → analyzovat → optimalizovat; sledovat CPU, paměť, IO, síť, latence.
• Nástroje: top/htop/atop, vmstat/iostat, sar, pidstat, perf record/report, bpftrace, ss -tinap, ethtool -S.
• Kernelové technologie: eBPF/XDP pro packet path, kprobes/tracepoints/uprobes, io_uring.
• Monitoring: Prometheus + node_exporter, Grafana, journald/rsyslog → Loki/ELK/OpenSearch.

Desktopová prostředí a grafický stack

• DE: GNOME, KDE Plasma, Xfce, Cinnamon, MATE; správci oken (i3, sway).
• Grafika: DRM/KMS v kernelu, Mesa (OpenGL/Vulkan), Wayland (náhrada X.Org), PipeWire (audio/video).
• Správa balíků a sandbox: Flatpak (portály), Snaps; fontconfig, tema/ikony.

Linux v cloudu a na serveru

• Cloud-native: immutable images, boot přes cloud-init/Ignition, systemd-timers pro úlohy.
• SLA a spolehlivost: HA (Pacemaker/Corosync), clustering, keepalived/VRRP, rozdělení rolí (control/data/storage).
• Bezstavové vs. stavové služby: databáze (PostgreSQL, MySQL, Redis), storage vrstvy (Ceph, Longhorn), loadbalancing (HAProxy, NGINX, Envoy).

Embedded, real-time a speciální use-casy

• Yocto/OpenEmbedded, Buildroot: custom obrazy pro zařízení.
• PREEMPT_RT: deterministické latence, izolace CPU, IRQ threading.
• Automotive/Industrial: AGL, CIP, OPC UA, TSN (Time-Sensitive Networking).

Tabulka: klíčové komponenty Linuxového systému

Checklist: zavedení Linuxu v produkci

1. Volba distribuce podle podpory, ekosystému a životního cyklu.
2. Definice bezpečnostních politik (LSM, firewall, aktualizační okna, zálohování).
3. Standardizace image (CIS benchmarky, hardening, minimální footprint).
4. Automatizace (Ansible/Puppet/Salt, IaC – Terraform pro cloud, deklarativní konfigurace).
5. Monitoring a logování (metric + log + trace), alerting a SLO/SLI.
6. Disaster recovery: zálohy, testy obnovy, dokumentace běžných operací (runbooks).

Tipy pro výkon a spolehlivost

• Oddělte kritické workloady pomocí cgroups, cpuset a NUMA policy.
• Pro vysokou propustnost sítě zvažte XDP/eBPF, správnou velikost ring bufferů a offloadů.
• Pro nízkou latenci I/O použijte io_uring a moderní NVMe stack, zvažte fstrim a mount options (noatime, lazytime).
• U workloadů citlivých na jitter nastavte IRQ affinity, CPU isolation a rtprio dle potřeby.

Best practices bezpečnosti

• Princip nejmenších oprávnění, bezrootové služby, capabilities místo full root.
• Aktivní LSM (SELinux nebo AppArmor) s režimem enforcing, pravidelný audit logů.
• Oddělené mounty (noexec,nodev,nosuid), read-only rootfs u kontejnerů/immutable buildů.
• Rotace a patchování (kernel livepatch, automatizované security-updaty v údržbových oknech).
• Ověřování integrity (AIDE, IMA), bezpečná správa tajemství (pass, sops, vault).

Závěr

Linux poskytuje robustní, škálovatelný a bezpečný základ pro moderní infrastrukturu – od mikrokontrolérů po globální clustery. Otevřený vývoj, široká volba distribucí a bohatý ekosystém nástrojů umožňují systém přizpůsobit specifickým požadavkům. Úspěšné nasazení stojí na disciplíně: standardizaci, automatizaci, měření a průběžném zabezpečení.