A Canonical 2014-ben kezdte el az Ubuntu Core fejlesztését, hogy egy teljesen konténerizált platformot hozzon létre az IoT számára. Az Ubuntu Core-ban ugyanazt a kernel konténertechnológiát használják, amelyre a Docker és az LXC épül, hogy a rendszer minden komponensét egy biztonságos homokozóba helyezzék, jól definiált frissítéssel és visszaállítási lehetőséggel. Ezt azért tették, hogy a független, internetére csatlakoztatott eszközök számára, olyan frissítéseket kapjanak, amelyeket a biztonsági és üzleti igények kielégítésére, emberi beavatkozás nélkül telepítődnek, az edge (perem) rendszerekre. Az Ubuntu Core minimális mérete lehetővé teszi egy biztonságos, rugalmas, örökzöld operációs rendszer létrehozását, amelyre a legnagyobb kihívást jelentő környezetekben is lehet támaszkodni.

A konténeres megközelítés azt jelenti, hogy a rendszer minden egyes darabja megváltoztathatatlan, tisztán és egymástól függetlenül frissíthető lesz. Ez azt jelenti, hogy olyan alkalmazásokat is futtathat, amelyek csak a rendszer egy részét láthatja, csak azokat az adatokat érheti el, amelyeket az adott alkalmazásnak kell kezelnie. Ez azt jelenti, hogy az alkalmazások sokkal rugalmasabban használhatók lesznek, akár a legújabb verzióit is használhatja a Linux régebbi verzióin. Ideális esetben ez azt jelenti, hogy egy kiadó olyan alkalmazást adhat ki, amely minden asztali számítógépen jól működik.

Az asztali szoftvereket sok szempontból nehezebb konténerizálni, mint a szerver- vagy IoT-szoftvereket, mivel azt is általános kívánság, hogy az asztali alkalmazások jól működnének együtt. Ez a szoros integráció azt is megnehezíti, hogy az alkalmazások és a rendszerkomponensek közötti sandbox-határokat úgy határozzák meg, hogy az egyszerre biztonságos és könnyen használható legyen. A Snap hírhed arról, hogy az asztali gépen használva van néhány dolog még nincsen igazán lekerekítve. Mindazonáltal a fejlesztők izgatottan várják a teljesen konténerizált asztali gép gondolatának megvalósulását, ahol minden egyes komponens megváltoztathatatlan és egymástól elszigetelt. Folyamatosan javították az asztali Snap élményét. És idővel, amikor úgy gondolják, hogy a teljes rendszer így szállítható lesz, fel fogják kínálni az Ubuntu Desktop egy olyan verzióját, amely rendelkezik ezekkel az új képességekkel. Ez akár az Ubuntu 24.04 LTS verzióval együtt megvalósulhat.

Ebben a bejegyzésben a nem megváltoztatható operációs rendszerek felépítéséről, előnyeiről és hátrányairól, valamint az Ubuntu Core szerepéről az megváltoztathatatlan (immutable) Linux-okkal kapcsolatba. Az összeszerelhetőségre és a biztonságra való összpontosítás egyedülálló előnyökkel jár az IoT, az élek, a robotika és a felhő fejlesztői számára.

Van nyoma az megváltoztathatatlan Linux asztali gépeken való térnyerésére, és vitathatatlan a felhasználók számára jelentkező előnyök is.

Mi az az megváltoztathatatlan operációs rendszer?

Mik azok a tulajdonságok, amelyek egy operációs rendszert megváltoztathatatlanná tesznek:

• Csak olvasható: A megváltoztathatatlan operációs rendszer elsődleges jellemzője, hogy a futó rendszert a felhasználók vagy az alkalmazások közvetlenül nem módosíthatják.
• Atomikus frissítések: A frissítések egységesen kerülnek alkalmazásra; ez azt jelenti, hogy egyszerre vagy egyáltalán nem kerülnek sikeresen alkalmazásra.
• Kiszámítható: Mivel az operációs rendszer alapja nem változik, a viselkedése az eszközök között kiszámítható.
• Elszigetelt alkalmazások: Az alkalmazások el vannak szigetelve az operációs rendszer magjától és egymástól, általában konténerizációval. Ez biztosítja, hogy az alkalmazás által végrehajtott változtatások nem befolyásolják a központi rendszert vagy más alkalmazásokat.

Mik az előnyök?

• Biztonság: A rosszindulatú szoftverek nehezebben tudnak változtatásokat eszközölni a rendszerben vagy egyik alkalmazásról a másikra átterjedni.
• Stabilitás: A rendszerfájlokat nem lehet véletlenül módosítani vagy törölni, az atomi frissítések pedig biztosítják, hogy a rendszerfrissítések nem hagyják a rendszert részben frissített és potenciálisan instabil állapotban.
• Reprodukálhatóság: Mivel az operációs rendszer indításról indításra azonos, könnyebb a rendszer tesztelése, ellenőrzése és ellenőrzése, valamint a problémák diagnosztizálása és elhárítása.
• Kezelhetőség: Mivel az operációs rendszer minden példánya azonos, a rendszergazdáknak nem kell aggódniuk a különböző rendszerek közötti váratlan változások vagy következetlenségek miatt. Az atomi frissítések és a visszaállítások leegyszerűsítik a rendszerfrissítések alkalmazásának és a problémák javításának folyamatát.

Mik a hátrányok?

• Csökkenő rugalmasság: Egy megváltoztathatatlan operációs rendszer kevésbé rugalmas, mint egy hagyományos operációs rendszer. A felhasználók nem tudják ugyanolyan mértékben módosítani a rendszerfájlokat vagy testre szabni a rendszerüket.
• Korlátozott kompatibilitás: Nem minden alkalmazás és szolgáltatás kompatibilis az megváltozhatatlan operációs rendszer által biztosított konténeres vagy elszigetelt környezetekkel.
• Tárolási követelmények: A frissítési mechanizmusok gyakran igényelik a lemez-pillanatfelvételek tárolását. Az elszigetelt alkalmazások redundanciát eredményezhetnek az alkalmazásfüggőségek tárolásában.
• Fejlesztői tapasztalat: Bár a konténeres fejlesztői környezetek előnyökkel járnak (például jobb elszigeteltség és reprodukálhatóság), további komplexitást is eredményezhetnek, és korlátozhatják a megszokott eszközök és munkafolyamatok használatát.

Az nem megváltoztatható operációs rendszerek különösen jól alkalmazhatók olyan környezetekben, ahol a stabilitás, a biztonság és a kiszámíthatóság elsődleges fontosságú, mint például a szerverek, az IoT-eszközök és a magas biztonságú környezetek. Az elmúlt években azonban a Canonicalnál az látták, hogy ezek a tulajdonságok jelentős felhasználói értéket mutatnak, először a mobil operációs rendszerek területén, majd egyre inkább a PC-k területén is.

A megváltoztathatatlan Linux operációs rendszer felépítése

Megismerve a tulajdonságokat, érdemes áttekinteni a mai megváltoztathatatlan Linux ökoszisztémában hozott tervezési döntéseket.

Chrome OS

A mobilokon kívül a Linux-alapú Chrome OS az az operációs rendszer, amely a leghatékonyabban népszerűsítette a megváltoztathatatlanság értékét a mindennapi felhasználók számára, és amelyet magas termelékenységre és a fejlesztés felhőalapú megközelítésére terveztek.

A Chrome OS a biztonságot helyezi előtérbe a csak olvasható operációs rendszerrel, a hardverrel támogatott titkosítás mellett a sandboxing alkalmazásokkal és folyamatokkal. Az ellenőrzött rendszerindítás során, a firmware és a kernel aláírásának ellenőrzése révén a rendszerindítási folyamat minden egyes szakaszában visszacsatolást kap, hogy a rendszert nem módosították-e.

A frissítések kezelése egy „A/B folyamat” segítségével történik, ahol az eszköz az operációs rendszer két változatát tárolja: egy aktívan futó és egy inaktív változatot, amelyre azonban a háttérben módosítások és frissítések alkalmazhatók. Ha a módosításokat sikeresen alkalmazzák, akkor a következő újraindításkor automatikusan az új verzió kerül kiválasztásra, ha nem, akkor az eszköz a meglévő képet indítja vissza, ami sokkal rugalmasabbá teszi a frissítéseket.

Fedora Silverblue és OSTree

A legújabb változatlan Linux-disztribúciók, mint például a Fedora Silverblue a Chrome OS-hez hasonló frissítési mechanizmust követnek az OSTree nevű eszközön keresztül. Az OSTree segítségével a teljes rendszerképek a háttérben letöltődnek, amikor egy frissítés elérhető, és a felhasználók a telepítés után egyszerűen indíthatják el a rendszerüket vele.

Az OSTree pillanatképeket tárol a rendszerről, amikor a változtatásokat alkalmazzák. A rendszerindítás során a felhasználónak megjelenik ezeknek a pillanatképeknek a listája, amely lehetővé teszi, hogy bármelyikkel elinduljon - gyakorlatilag kezdeményezve a rendszer visszaállítását. Ez a frissítési és visszaállítási mechanizmus enyhíti az instabilitást, amelyet az OSTree-t módosító felhasználók okozhatnak. Az eredmény az, hogy a felhasználók magabiztosan rétegezhetnek alkalmazásokat, vagy akár grafikus illesztőprogramokat az operációs rendszer pillanatfelvételeibe. Az OSTree minimalizálja a rendszerfrissítések tárolási és sávszélességi terheit azáltal, hogy minden egyes revízióban csak a „deltákat” (eltéréseket) szállítja.

MicroOS és Btrfs pillanatfelvételek

Az openSUSE MicroOS-t, akárcsak az Ubuntu Core-t, elsősorban IoT és más egycélú felhasználási esetekre tervezték. Azonban,most már támogatja a teljes asztali környezetet openSUSE Aeon néven. A MicroOS Btrfs pillanatfelvételeket használ, a frissítések alkalmazásához klónozza az aktuálisan futó root fájlrendszert, majd az új root fájlrendszert jelöli meg következő indítási célpontként. Bár ez az OSTree-től eltérő megközelítés, a Btrfs pillanatképek használata optimalizálja a több indítható rendszerkép fenntartásával járó tárolási követelményeket is, mivel a copy-on-write műveletnek köszönhetően a rendszer többszörös indítható rendszerképeket készít.

Konténeres alkalmazások

Míg a rendszerfrissítés utáni újraindítás gyakran előnyös, mivel a mögöttes változások hatással lehetnek a futó alkalmazásokra vagy szolgáltatásokra, az alkalmazásfrissítésekkel szemben ugyanezt a követelményt támasztani nem kívánatos, mivel ez a rendszer működésének szükségtelen megszakításához vezethet.

Ennek megoldására a fent említett változhatatlan operációs rendszerek kihasználják a konténeres asztali alkalmazások (Docker, Flatpak stb.) előnyeit, amelyek az alap-OS-től függetlenül futnak, és nem tekinthetők az operációs rendszer fájlrendszerének részének. Ez lehetővé teszi a változtathatóság ellenőrzött szintjét azon alkalmazások és szolgáltatások számára, amelyek nem tekinthetők kritikusnak a rendszer indításához (és kezeléséhez). Egy ilyen mechanizmus lehetővé teszi, hogy az alkalmazások saját ütemükben frissüljenek, anélkül, hogy újra kellene indítani őket, és anélkül, hogy veszélyeztetnék az alaprendszer rugalmasságát.

Snap-ok

A snap-ok szintén megváltoztathatatlan alkalmazások. Amikor egy snap telepítésre kerül, egy teljes, önálló csomagként érkezik, amely tartalmazza az alkalmazást és az összes szükséges függőséget. Ezek az elemek egy megváltoztathatatlan squashfs fájlrendszerbe vannak csomagolva. Ez azt jelenti, hogy a "snapped" szoftver nem módosítja a gazdarendszer könyvtárait vagy beállításait, illetve nem függ azoktól, ami konzisztenciát és kiszámíthatóságot eredményez a különböző hosztok között.

Egy snap frissítési folyamata során a teljes csomagot atomikusan cserélik le, és a felhasználói adatokat a verziók között másolják, így biztosítva, hogy az alkalmazás mindig konzisztens állapotban legyen, csökkentve ezzel a részleges frissítések által gyakran okozott problémák kockázatát.

A snaps további biztonsági előnyöket is nyújtanak a „szigorú korlátozás” és a robusztus aláírási és ellenőrzési folyamat révén. Amikor egy fejlesztő feltölt egy Snap csomagot a Snap Store-ba, azt egy részletes biztonsági ellenőrzést követően a fejlesztő fiókjához regisztrált kulccsal írják alá. Amikor egy snapd-t futtató Linux-disztribúció letölti és telepíti a snap csomagot, az aláírást a Snap Store nyilvános kulcsaival ellenőrzi. Ez biztosítja, hogy a snap csomagot nem hamisították meg, és hogy megbízható forrásból származik.

Hogyan ötvözi az Ubuntu Core a változtathatatlanságot az összeférhetőséggel?

A snaps mögött álló technológia azonban túlmutat az asztali alkalmazások terjesztésén. Az Ubuntu Core esetében ez a biztonságra és stabilitásra vonatkozó filozófia az Ubuntu operációs rendszer egészét alkotó komponensekre is vonatkozik.

Ahelyett, hogy az operációs rendszert egyetlen változhatatlan  „pacaként” kezelné, az Ubuntu Core különálló összetevőkre bontja azt. Az Ubuntu Core alapját például négy elsődleges snap alkotja:

• Gadget: Meghatározza a rendszer bootloaderét, a partíciók elrendezését és a snaps alapértelmezett konfigurációit.
• Kernel: Tartalmazza a Linux kernelt és a hardverillesztőket.
• Base: Egy minimális Ubuntu OS-kép, amely csak a szükséges szolgáltatásokat és segédprogramokat tartalmazza a rajta futó alkalmazások támogatásához.
• Snapd: Az Ubuntu Core rendszerben lévő összes snap csomagok életciklusát kezeli.

Erre a képre további OS snaps rétegezhetők, hogy az operációs rendszer egyéb elemeit, például az asztali környezetet lehetővé tegyék.

Még több atomi művelet

Az operációs rendszer felépítésének ez az összetehető megközelítése számos kulcsfontosságú előnnyel jár. Először is a felhasználók egyszerűsített Ubuntu Core-képeket állíthatnak össze, amelyek csak az egycélú alkalmazások futtatásához szükséges komponenseket tartalmazzák, így minimalizálva mind az operációs rendszer lábnyomát, mind a potenciális támadási felületet.

A másik előny, hogy bármelyik snap típus a saját ütemében frissülhet, jelentősen csökkentve ezzel az eszköz újraindításának szükségességét. A ki- és visszaváltások (és a visszaváltások) sokkal részletesebbek, lehetővé téve például, hogy a hálózati stack frissítései a kerneltől eltérő ütemezéssel fussanak.

Hogyan teremtenek a csatornák további rugalmasságot

A snaps másik jellemzője a csatornák használata a frissítések kézbesítéséhez. Minden snap négy szabványos csatornával rendelkezik: stable, candidate, beta és edge. Ezek a csatornák lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy kiválasszák, mennyire legyenek csúcstechnológiájúak a szoftvereik. A stabil csatorna a legteszteltebb és legmegbízhatóbb, míg az edge csatorna tartalmazza az alkalmazás kiadójának legújabb módosításait. Ez a modell lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy a számukra megfelelő kockázati szintet válasszák.

A csatornák emellett lehetővé teszik a fokozatos bevezetést és az egyszerű visszaállítást is. A fejlesztők vagy a rendszergazdák a frissítéseket tesztelés céljából a felhasználók egy részhalmazának küldhetik el, mielőtt mindenki számára bevezetnék azokat. Ha egy frissítéssel kapcsolatban probléma merül fel, könnyen vissza lehet állítani egy korábbi verzióra. Ez pillanatokonként is elvégezhető, így minimálisra csökkenthető a rendszer megzavarása.

Az Ubuntu Core lehetőségei Linux asztali számítógépek számára

A színfalak mögött a Canonical csapata aktívan vizsgálja az Ubuntu Core előnyeit az IoT területén túl, leginkább a fejlesztők és a mindennapi felhasználók körében. Az Ubuntu Core-ban rejlő tulajdonságok, mint például a biztonságos rendszerindítás, a helyreállítási állapotok és a hardverrel támogatott titkosítás jelentős javulást hoznának a felhasználók számítógépének biztonsági helyzetében. Emellett a felhasználói élményben is bevezeti a modularitás fogalmát, ahol a felhasználók alternatív asztali környezetekkel kísérletezhetnek, miközben egy rendkívül stabil, aláírt és biztonságos LTS-alapon maradnak.

A snap-csatornák használata a disztribúció bizonyos elemeinek „gördülékenységét”, rolling tulajdonsággal is felvértezi. A játékosok például választhatnak egy olyan kernelcsatornát, amely a legújabb NVIDIA-illesztőprogramokat szállítja, amint azok elérhetővé válnak, ugyanúgy, ahogy az Ubuntu Desktop csapata tette a Mesa esetében a Steam snap csomagjainak részeként.

A stabilitás és a biztonság ilyen szintje azonban a fejlesztők és a barkácsolók számára kompromisszumokkal jár, mivel korlátozza az alap operációs rendszer módosítását a „csak működik” élmény érdekében. Azon fejlesztők számára, akik a készüléküket nyílt forráskódú fejlesztési platformnak tekintik, a megoldást az LXD-alapú Crostinihez hasonló konténer alapú környezetek jelentik. A barkácsolók számára továbbra is a klasszikus Ubuntu képek maradnak az előnyben részesített útvonal, hogy lehetővé tegyék a rendszerük feletti teljes ellenőrzést (és felelősséget).

További információkért nézze meg az alábbi linkeket:

• ubuntu.com/core az Ubuntu Core funkcióinak összefoglalójáért.
• ubuntu.com/core/stories, ahol arról olvashat, hogyan használják ma az Ubuntu Core-t a hálózati, mezőgazdasági, robotikai és drónalkalmazásokban.
• ubuntu.com/tutorials, ahol kipróbálhatja az Ubuntu Core-t.

(forrás)