O Que É o Sistema Operacional Unix? Um Guia Simples da Ideia Dentro do Seu Celular e da Internet

Você provavelmente nunca digitou a palavra "Unix", mas usa o Unix todos os dias. Se você tem um iPhone ou um Mac, ele roda um sistema Unix certificado. Se tem um celular Android, ele roda o Linux, um primo próximo do Unix. Os sites que você visita, a nuvem que guarda as suas fotos e todos os 500 supercomputadores mais rápidos do mundo rodam sobre a mesma família de ideias.

Essas ideias nasceram em 1969, num laboratório em Nova Jersey, nos Estados Unidos, num computador que a maioria das pessoas hoje nem reconheceria. Este artigo explica, em linguagem simples, o que é o Unix, o que o torna especial e como um pequeno projeto de pesquisa acabou movendo boa parte do mundo.

Nascido no Bell Labs

Nos anos 1960, o Bell Labs, o braço de pesquisa da companhia telefônica americana AT&T, trabalhava num sistema operacional ambicioso chamado Multics, junto com o MIT e a General Electric. Ele era poderoso, mas enorme e lento para avançar, e em 1969 o Bell Labs saiu do projeto.

Dois pesquisadores do Bell Labs, Ken Thompson e Dennis Ritchie, sentiam falta de um sistema confortável para trabalhar. Thompson encontrou um minicomputador sem uso, um PDP-7, em parte para continuar rodando um jogo espacial que ele tinha escrito, e começou a construir um pequeno sistema operacional próprio. Um colega, Brian Kernighan, o apelidou de brincadeira de "Unics", um trocadilho com Multics, e o nome virou Unix.

Duas decisões tornaram o Unix especial:

• Em 1973, Ritchie e Thompson reescreveram o Unix em C, a linguagem que Ritchie tinha acabado de criar (veja O Que É a Linguagem de Programação C?). Os sistemas operacionais normalmente eram escritos na linguagem de máquina específica de um computador. Escrito em C, o Unix podia ser levado, ou portado, para novos tipos de computador com um esforço modesto.
• A AT&T não podia vender produtos de computação, por causa de um acordo judicial de 1956 com o governo americano. Então ela licenciou o Unix para universidades por um valor pequeno, com o código-fonte incluído. Uma geração inteira de estudantes aprendeu computação lendo e melhorando o Unix.

Em 1983, Thompson e Ritchie receberam o Prêmio Turing, muitas vezes chamado de Nobel da computação, pelo trabalho com o Unix.

As camadas de um sistema Unix

• O kernel (núcleo) é o coração do sistema. Ele decide qual programa usa o processador a cada momento, distribui a memória, lê e grava arquivos e conversa com o hardware. Os programas nunca mexem no hardware diretamente; eles pedem ao kernel.
• O shell (casca) é o programa que lê os comandos que você digita e inicia outros programas para você. Tem esse nome porque é a "casca" em volta do núcleo.
• Os programas são todo o resto: de ferramentas pequeninas a navegadores.

O Unix também foi feito desde o primeiro dia para muitas pessoas dividirem um computador e muitos programas rodarem ao mesmo tempo. Isso é normal hoje, mas era uma grande novidade em 1969, e é por isso que os sistemas Unix são tão bons em servidores que atendem milhares de usuários.

A filosofia do Unix: ferramentas pequenas que trabalham juntas

Em vez de construir programas gigantes que fazem tudo, o Unix incentiva muitas ferramentas pequenas, cada uma fazendo bem uma única tarefa:

• ls lista os arquivos de uma pasta.
• grep encontra as linhas que contêm um texto.
• sort coloca as linhas em ordem.
• wc conta linhas e palavras.

A mágica está em como elas se combinam. Em 1973, o Unix ganhou os pipes (canos), inventados por Doug McIlroy: o símbolo | manda a saída de um programa direto para o próximo, como mangueiras de jardim conectadas. McIlroy resumiu a filosofia assim (em inglês): "Write programs that do one thing and do it well." Ou seja: escreva programas que façam uma coisa só, e bem feita.

Veja um exemplo real. Escrevemos uma historinha de três linhas e perguntamos ao Unix quais palavras aparecem mais:

1$ tr -s ' .,' '\n' < historia.txt | tr 'A-Z' 'a-z' | sort | uniq -c | sort -rn | head -5
2      8 o
3      4 gato
4      4 cachorro
5      2 árvore
6      2 viu

Nenhum desses seis programas sabe "achar as palavras mais comuns". Encadeados com pipes, eles respondem à pergunta numa única linha. Troque uma peça, e você responde a outra pergunta: essa flexibilidade é o motivo de os programadores ainda usarem essas ferramentas todos os dias, mais de 50 anos depois.

Tudo é um arquivo

O Unix tem outra ideia simples e poderosa: na medida do possível, tudo parece um arquivo. Os seus documentos são arquivos, mas também os aparelhos e até as informações sobre o próprio sistema. Por exemplo, num sistema Linux dá para ler detalhes do processador como se fosse um arquivo de texto:

$ grep -m1 "model name" /proc/cpuinfo
model name	: 12th Gen Intel(R) Core(TM) i7-12700H

Existe até um arquivo especial chamado /dev/null, apelidado de "buraco negro": tudo o que é escrito nele simplesmente desaparece. Como tudo é um arquivo, as mesmas ferramentas pequenas (ler, buscar, copiar, contar) funcionam em quase tudo.

Quem pode fazer o quê: permissões

Como muitas pessoas podiam dividir um computador Unix, cada arquivo registra quem pode lê-lo, mudá-lo ou executá-lo. O comando ls -l mostra isso como uma sequência de letras:

Leia as letras em grupos de três: o dono, o grupo do dono (uma equipe de usuários) e todos os outros. r quer dizer ler (read), w quer dizer escrever ou mudar (write), x quer dizer executar, e - quer dizer proibido. Então -rw------- em notas.txt quer dizer que só o dono pode ler ou mudar o arquivo.

O seu celular usa a mesma ideia nos bastidores: no Android, cada app roda como um "usuário" separado, então um app não consegue bisbilhotar os arquivos de outro.

O relógio do Unix

Um detalhe curioso do Unix afeta quase todo computador: o Unix mede o tempo como o número de segundos desde a meia-noite UTC de 1º de janeiro de 1970, um momento que os programadores chamam de "a época" (epoch).

No momento em que este artigo foi publicado, o relógio do Unix marcava 1.785.556.800. Os programadores chegaram a fazer festas quando ele chegou a 1.234.567.890, em 2009.

O relógio tem um limite famoso. Sistemas mais antigos guardam a contagem num número de 32 bits, que não passa de 2.147.483.647, um momento que chega em 19 de janeiro de 2038. Um segundo depois, o número "dá a volta" para um valor negativo enorme, e o computador de repente acha que é 13 de dezembro de 1901. Conferimos isso com o comando date. É o chamado problema do ano 2038, um primo do bug do milênio. Os sistemas modernos já usam contadores de 64 bits, que só vão se esgotar daqui a uns 292 bilhões de anos, mas aparelhos e formatos de arquivo antigos ainda precisam de conserto.

A árvore genealógica do Unix

Como universidades e empresas podiam obter o código-fonte do Unix, ele cresceu até virar uma família inteira:

• BSD: estudantes e pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley construíram o seu próprio Unix melhorado, chamado BSD, a partir de 1977. Ele acrescentou o código de redes que ajudou a construir a internet. Entre os descendentes estão o FreeBSD e, passando pelos computadores NeXT de Steve Jobs, o macOS e o iOS da Apple (veja O Que É a Linguagem de Programação Objective-C? para a história da NeXT).
• System V: o Unix comercial da própria AT&T, que levou a sistemas de grandes empresas como Solaris, AIX e HP-UX.
• Linux: em 1991, um estudante finlandês chamado Linus Torvalds escreveu do zero um novo kernel que funcionava como o Unix. Junto com ferramentas livres do projeto GNU, de Richard Stallman (iniciado em 1983 para construir um sistema livre parecido com o Unix), ele virou o Linux. O Linux não contém código do Unix, então é chamado de parecido com Unix (Unix-like), mas segue o mesmo projeto.

Para manter essa família compatível, um padrão comum chamado POSIX foi publicado em 1988. É por isso que os mesmos comandos, como o pipeline acima, funcionam num Mac, no Linux e em muitos outros sistemas.

Onde a família Unix vive hoje

• Celulares: os iPhones rodam o iOS, construído sobre o mesmo núcleo baseado em Unix do macOS, e o Android roda sobre o kernel Linux. Juntos, são bilhões de aparelhos.
• A internet: a maioria dos servidores web e dos computadores da nuvem roda Linux ou outro sistema parecido com Unix.
• Supercomputadores: desde 2017, absolutamente todos os 500 supercomputadores mais rápidos do mundo rodam Linux.
• Videogames e aparelhos: o PlayStation 4 e o 5, da Sony, são baseados no FreeBSD, e roteadores Wi-Fi, smart TVs e painéis de carros muitas vezes rodam Linux por dentro.

A grande exceção é o Windows, que cresceu numa árvore genealógica separada. Mas até o Windows consegue rodar Linux dentro dele hoje: os exemplos deste artigo foram rodados num pequeno sistema Linux num notebook com Windows.

Uma breve história

Para saber mais sobre as pessoas e as linguagens em volta dessa história, veja A História da Programação de Computadores. E se o nome de Ken Thompson parecer familiar, ele depois ajudou a criar a linguagem Go no Google (veja O Que É a Linguagem de Programação Go?).

Experimente você mesmo

Talvez você já tenha uma linha de comando no estilo Unix ao seu alcance:

• Mac: abra o app Terminal. Você está conversando com um sistema Unix certificado.
• Linux: abra o terminal pelo menu de apps.
• Windows: instale o Subsistema do Windows para Linux (WSL), gratuito, da Microsoft, que roda um sistema Linux de verdade dentro do Windows.

Depois experimente alguns comandos seguros: ls para listar os arquivos, pwd para ver em que pasta você está, date para ver a hora e date +%s para ver o relógio do Unix andando.

Um pequeno glossário

• Sistema operacional: o programa-mestre que comanda um computador e o divide entre os apps.
• Unix: um sistema operacional criado no Bell Labs em 1969, e a família de sistemas que veio depois dele.
• Kernel (núcleo): o coração do sistema operacional, que cuida do processador, da memória, dos arquivos e do hardware.
• Shell: o programa que lê os comandos que você digita e executa outros programas.
• Linha de comando / terminal: uma janela de texto onde você digita comandos em vez de clicar.
• Pipe ( | ): uma conexão que manda a saída de um programa para outro programa.
• Permissões: as regras de quem pode ler, mudar ou executar cada arquivo.
• Tempo Unix: o número de segundos desde a meia-noite UTC de 1º de janeiro de 1970.
• Problema do ano 2038: o momento em que os relógios Unix antigos de 32 bits ficam sem números.
• BSD: a versão de Berkeley do Unix, antepassada do FreeBSD e parte do macOS.
• Linux: um sistema operacional livre e parecido com Unix, iniciado por Linus Torvalds em 1991.
• Parecido com Unix (Unix-like): um sistema que funciona como o Unix sem conter o código original dele.
• POSIX: o padrão que mantém os sistemas parecidos com Unix compatíveis entre si.

Conclusão

O Unix começou como o projeto paralelo de dois pesquisadores que queriam um sistema agradável para trabalhar, e virou um dos softwares mais influentes já escritos. As ideias dele, ferramentas pequenas ligadas por pipes, tudo como arquivo, muitos usuários com permissões claras e um relógio contando segundos desde 1970, continuam em ação até hoje.

Então, da próxima vez que você desbloquear o celular, abrir um site ou ouvir falar de um supercomputador, há uma ótima chance de um descendente daquele experimento de 1969 estar fazendo o trabalho em silêncio.