B.3. Funzionamento Interno di un Computer: i Diversi Livelli Coinvolti
Un computer è spesso considerato come qualcosa piuttosto astratto, e l'interfaccia visibile esternamente è molto più semplice rispetto alla complessità interna. Tale complessità deriva in parte dal numero di pezzi coinvolti. Tuttavia, questi pezzi possono essere visualizzati in strati, dove uno strato interagisce solo con quelli immediatamente sopra o sotto.
Un utente finale può utilizzarlo senza conoscere questi dettagli... fino a quando tutto funziona. Quando si affronta un problema come, "Internet non funziona!", la prima cosa da fare è identificare in quale strato ha avuto origine il problema. La scheda di rete (hardware) funziona? E' riconosciuta dal computer? Il kernel Linux la vede? I parametri di rete sono configurati correttamente? Tutte queste domande isolano uno strato adeguato e mettono a fuoco la potenziale fonte del problema.
B.3.1. Lo Strato più Profondo: l'Hardware
Cominciamo con un promemoria base che un computer è, prima di tutto, un insieme di elementi hardware. C'è generalmente una scheda principale (nota come scheda madre), con uno (o più) processori, qualche RAM, controller di dispositivi, e slot di espansione per schede aggiuntive (per altri controller di dispositivi). I più degni di nota tra questi controller sono gli IDE (Parallel ATA), SCSI e Serial ATA, per il collegamento di dispositivi di memorizzazione come gli hard disk. Altri controller includono l'USB, che è in grado di ospitare una grande varietà di dispositivi (che vanno dalle webcam ai termometri, dalle tastiere ai sistemi di automazione domestica) e l'IEEE 1394 (Firewire). Questi controller spesso consentono il collegamento di più dispositivi così il sottosistema completo gestito da un controller è quindi generalmente noto come "bus". Schede opzionali includono le schede grafiche (alle quali verranno collegati gli schermi dei monitor), le schede audio, le schede di rete, e così via. Alcune schede madri hanno già integrate queste caratteristiche, e non hanno bisogno di schede aggiuntive.
B.3.2. L'Avviatore: BIOS o UEFI
L'hardware, da solo, non è in grado di eseguire operazioni utili il corrispondente pezzo di software che lo guidi. Il controllo e l'interazione con l'hardware è lo scopo del sistema operativo e delle applicazioni. Questi, a loro volta, richiedono hardware funzionale per essere eseguiti.
This symbiosis between hardware and software does not happen on its own. When the computer is first powered up, some initial setup is required. This role is assumed by the BIOS or UEFI, a piece of software embedded into the main board that runs automatically upon power-up. Its primary task is searching for software it can hand over control to. Usually, as you may have learned in
Sezione 9.1, «Avvio del sistema», in the BIOS case, this involves looking for the first hard disk with a boot sector (also known as the
master boot record or
MBR), loading that boot sector, and running it. From then on, the BIOS is usually not involved (until the next boot). In the case of UEFI, the process involves scanning disks to find a dedicated EFI partition containing further EFI applications to execute.
Il settore di avvio (o la partizione EFI), a sua volta, contiene un'altro pezzo di software, chiamato bootloader, il cui scopo è quello di trovare ed eseguire un sistema operativo. Dal momento che questo bootloader non è incorporato nella scheda madre, ma è caricato dal disco, può avere più funzionalità del BIOS, il che spiega perché il BIOS non carica il sistema operativo stesso. Ad esempio, il bootloader (spesso GRUB su sistemi Linux) può elencare i sistemi operativi disponibili e chiedere all'utente di sceglierne uno. Di solito, viene fornita una scelta predefinita ed una di timeout. A volte l'utente può anche scegliere di aggiungere parametri da passare al kernel, e così via. Alla fine, un kernel viene trovato, caricato in memoria, ed eseguito.
Il BIOS/UEFI è anche responsabile del rilevamento edell'inizializzazione di un numero di dispositivi. Ovviamente, questo include i dispositivi IDE/SATA (di solito hard disk e unità CD/DVD-ROM), ma anche i dispositivi PCI. I dispositivi rilevati sono spesso elencati sullo schermo durante il processo di avvio. Se questo elenco scorre troppo velocemente, utilizzare il tasto Pausa per fermarlo il tempo sufficiente per leggere. Dispositivi PCI installati che non vengono visualizzati sono un cattivo presagio. Nel peggiore dei casi, il dispositivo è difettoso. Nella migliore delle ipotesi, è semplicemente incompatibile con la versione corrente del BIOS o con la scheda madre. Le specifiche PCI si evolvono, e le vecchie scehde madri non garantiscono di gestire i dispositivi PCI più recenti.
Sia il BIOS/EUFI che il bootloader sono eseguiti solo per pochi secondi ciascuno; ora stiamo ottenendo il primo pezzo di software che viene eseguito per un tempo più lungo, il kernel del sistema operativo. Questo kernel assume il ruolo di un direttore d'orchestra, e assicura il coordinamento tra hardware e software. Questo ruolo prevede diverse attività tra cui: guidare l'hardware, gestire i processi, gli utenti ed i permessi, il filesystem, e così via. Il kernel fornisce una base comune a tutti gli altri programmi sul sistema.
Anche se tutto ciò che accade al di fuori del kernel può essere accomunato sottola dicitura "user space" (spazio utente), possiamo ancora separarlo in strati software. Tuttavia, le interazioni tra i processi esterni al kernel sono più complesse rispetto a prima, e le classificazioni possono non essere così semplici. Un'applicazione utilizza comunemente librerie, che a loro volta coinvolgono il kernel, ma le comunicazioni possono coinvolgere anche altri programmi, o anche altre librerie che si chiamano a vicenda.
