Distribuzioni Linux immutabili

Il mondo delle distribuzioni Linux è vasto e variegato. Tra le opzioni più recenti e innovative, spiccano le distribuzioni “immutabili”, un concetto che sta guadagnando sempre più popolarità. Esploreremo la gestione tradizionale del sistema, di pacchetti e aggiornamenti, evidenziando le differenze con le immutabili. Vedremo vantaggi, scenari in cui si distinguono e una carrellata delle più popolari.

Gestione tradizionale di sistema, pacchetti e aggiornamenti

Nel panorama Linux, i sistemi operativi sono generalmente progettati per essere flessibili e configurabili, consentendo agli amministratori di apportare modifiche in qualsiasi momento al sistema operativo e alle applicazioni installate. Il file system è montato, cioè caricato, in modalità di lettura/scrittura, il che significa che gli amministratori possono modificare i file di sistema e le configurazioni a loro discrezione.

Aggiornamenti di sistema e dei programmi sono applicati in modo incrementale: i pacchetti software vengono scaricati e installati, quando disponibili, nel sistema attivo. Gli utenti possono installare, aggiornare o rimuovere pacchetti, gestendo le dipendenze manualmente.

Questo approccio permette una grande flessibilità ma può portare a inconsistenze e conflitti di dipendenze, causando problemi, specialmente in ambienti critici.

Distribuzioni Linux immutabili: un paradigma diverso

Le distribuzioni Linux immutabili presentano un paradigma differente. In queste ultime il file system principale è montato in sola lettura, il che impedisce, di regola, ad utenti e amministratori di apportare modifiche dirette ai file di sistema. Questo approccio mira a garantire coerenza e stabilità del sistema operativo, prevenendo modifiche non autorizzate che potrebbero compromettere la sicurezza o la coerenza del sistema.

Quando sono disponibili aggiornamenti di sistema o dei programmi, viene creata una versione completamente nuova del sistema che integra i nuovi pacchetti, le modifiche e le configurazioni necessarie. L'immagine del sistema rimane immutata durante l'utilizzo del sistema, dopo ogni riavvio e gli aggiornamenti vengono applicati solo creando una nuova immagine.

In breve, mentre nei sistemi tradizionali Linux gli amministratori hanno il controllo completo e la flessibilità per apportare modifiche in qualsiasi momento. Nei sistemi immutabili con file system in sola lettura, l'accento è posto sulla coerenza, sulla sicurezza e sulla facilità di gestione.

Le distro immutabili, di grande moda ai nostri giorni, hanno radici che risalgono a diversi anni fa. Queste distribuzioni hanno contribuito a plasmare il concetto di immutabilità nel contesto Linux, influenzando lo sviluppo e la progettazione di sistemi operativi. L'adozione di queste pratiche è stata guidata principalmente dalla necessità di garantire stabilità, sicurezza e facilità di gestione, prima di tutto in ambienti complessi.

Caratteristiche delle distribuzioni Linux immutabili

Questo differente approccio delle distribuzioni immutabili nella gestione del sistema e dei pacchetti, presenta una serie di caratteristiche interessanti tra cui:

1. Read-only (sola lettura): Come accennato, caratteristica principale di un sistema operativo immutabile è che alcune parti di esso o l'intero file system root viene montato in sola lettura e non può essere modificato direttamente dall'utente o dalle applicazioni. Ciò è particolarmente vero per sistemi desktop con alcune eccezioni.
2. Stabilità e Riproducibilità: Le distribuzioni immutabili assicurano che ogni installazione sia identica su qualunque PC venga eseguita, garantendo stabilità e riproducibilità anche su computer dalle caratteristiche differenti.
3. Rollback (ripristino) Semplificato: In caso di problemi a seguito di un aggiornamento, è possibile tornare rapidamente a una versione precedente, garantendo massima affidabilità e stabilità del sistema. Senza complicazioni e senza nemmeno prevedere e pianificare istantanee del sistema.
4. File System Overlay: l'immutabilità non è sinonimo di immodificabilità. L'utente deve poter salvare documenti ed eseguire operazioni che producano effetti nel tempo. Si ricorre spesso all'overlay, letteralmente sovrapposizione, di file system: a quello del sistema, ne viene sovrapposto un altro, separato, che permette all'utente una certa autonomia, senza rischi per quello principale sottostante.
5. Isolamento dei Pacchetti: Dal momento che il sistema è immutabile, le applicazioni vengono spesso eseguite in appositi contenitori, isolati dal resto del sistema e sono solitamente fornite di tutte le dipendenze, condividendo con il sistema stesso solo parte delle risorse, con ciò riducendo il rischio di conflitti tra pacchetti.
6. Sicurezza Potenziata: La natura immutabile garantisce quindi massimi livelli di sicurezza ed una riduzione della c.d. superficie di attacco grazie alla protezione da modifiche non autorizzate o errori.

Ambiti di adozione

Le distribuzioni immutabili non nascono per l'uso dell'utente comune e si rivelano particolarmente adatte in scenari come:

• Ambienti Server Critici: Dove stabilità e sicurezza sono prioritarie.
• Ambienti di Sviluppo: Per garantire che tutte le persone coinvolte lavorino nello stesso ambiente di sviluppo.
• IoT (Internet delle cose): Per garantire maggiore sicurezza e semplicità di gestione di dispositivi elettronici di ogni genere
• Sistemi Distribuiti: Per semplificare la gestione di c.d. cluster e infrastrutture distribuite.

Ciò nonostante, in linea con le tendenze più recenti, differenti sistemi operativi immutabili si stanno proponendo in versione desktop anche per l'utilizzo quotidiano di singoli utenti.

Aggiornamenti Atomici: la chiave della stabilità

Spesso associato alle distribuzioni Linux immutabili, è il concetto di aggiornamenti atomici o transazionali. In termini semplici, un aggiornamento atomico è un'operazione che viene eseguita completamente o non viene eseguita affatto. Questo principio si ispira al mondo dei database, dove un'operazione è considerata un'entità indivisibile, anche se consiste in una serie di differenti passaggi per il completamento.

Quando si applica un aggiornamento atomico in una distribuzione immutabile, il sistema operativo viene ricostruito per intero, tramite una nuova immagine che ricomprende le modifiche apportate. Questa immagine viene quindi resa attiva e sostituisce la precedente. Se l'aggiornamento fallisce per qualsiasi motivo, il sistema può facilmente tornare allo stato precedente, mantenendo integrità e operatività senza complicazioni.

I principali vantaggi degli aggiornamenti atomici sono quindi:

• Consistenza: Gli aggiornamenti atomici garantiscono che il sistema sia sempre in uno stato coerente e funzionante.
• Rollback Sicuro: In caso di problemi durante l'aggiornamento, il sistema può essere facilmente ripristinato alla versione precedente senza complicazioni né impatti negativi.
• Riproducibilità: Ogni aggiornamento atomico è un evento isolato e ciò garantisce che l'ambiente rimanga coerente e prevedibile in qualunque computer venga eseguito.

Installazione di programmi nelle distribuzioni Linux immutabili

La protezione da modifiche per le parti più delicate del sistema e la particolare attenzione alla sicurezza, impongono di adottare particolari accorgimenti per l'installazione di nuovi software. Gli approcci più comuni nelle distribuzioni Linux immutabili sono la containerizzazione, la gestione dichiarativa e gli store basati su flatpak e snap.

I container: Docker, Podman, Kubernetes

Nelle distribuzioni immutabili, l'installazione di programmi spesso avviene attraverso l'uso di container. Questo approccio consente di isolare dal resto del sistema l'esecuzione di una o più applicazioni, in quella che è definita una sandbox.

Immagina un container come una piccola scatola virtuale che include tutto ciò di cui un'applicazione necessita per funzionare: il codice dell'applicazione, le librerie di supporto e tutte le altre cose di cui ha bisogno (le c.d. dipendenze). Puoi quindi eseguire facilmente questo container su qualsiasi altro computer o server che supporti container, senza preoccuparti delle differenze di configurazione del sistema ospite.

Containerizzare un'applicazione è come metterla in una scatola magica. Ciò la rende più facile da spostare e gestire, e garantisce che funzioni sempre nello stesso modo, ovunque venga eseguita. Una minima condivisione di risorse e dipendenze del sistema, riduce così il rischio di conflitti.

L'uso di ambienti isolati facilita anche la pulizia del sistema. Se si decide di rimuovere un'applicazione, l'intero suo ambiente isolato può essere facilmente eliminato senza influenzare altri componenti del sistema.

I meccanismi ad oggi più utilizzati per containerizzare applicazioni sono Docker, Podman e Kubernetes. Questi includono una porzione di sistema operativo che sfrutta il kernel e alcuni servizi del sistema ospite per funzionare in una sorta di macchina virtuale semplificata.

Gestione Dichiarativa

Un differente approccio per l'installazione di programmi (e non solo) è quello della c.d. gestione dichiarativa dei pacchetti e della configurazione del sistema, adottata ad esempio da NixOS. Con la gestione dichiarativa l'utente dichiara in modo esplicito cosa desidera nel sistema, piuttosto che apportare modifiche dirette.

In NixOS la configurazione è affidata ad un file (configuration.nix) in cui si dichiara infatti come deve essere configurato il sistema, quali pacchetti installare, quali servizi devono essere attivi.

Questo innovativo approccio garantisce che installazione e gestione delle applicazioni siano prevedibili e riproducibili. Per riproducibilità si intende che gli sviluppatori possono condividere facilmente il solo file di configurazione, il che basta a garantire che tutti lavorino con lo stesso ambiente.

Quando si installa un pacchetto o si configura un servizio, NixOS crea un ambiente isolato per quel pacchetto. Ogni pacchetto ha le sue copie delle librerie e delle dipendenze specifiche necessarie per eseguire quell'applicazione. Questo elimina la necessità di condividere le librerie di sistema globali tra le applicazioni. Inoltre riduce significativamente i conflitti tra applicazioni che potrebbero richiedere versioni diverse di librerie o dipendenze.

Store di Applicazioni Centralizzato

Alcune distribuzioni immutabili, specie quelle rivolte all'utente comune, possono includere uno store di applicazioni centralizzato, che semplifica il processo di installazione di nuovi programmi. Spesso si tratta di applicazioni che prevedono già un'esecuzione isolata dal sistema, come quelle installabili in formato Flatpak da Flathub o gli Snap dello store di Ubuntu. Anche il formato portabile e indipendente dalla distribuzione AppImage trova spazio e applicazione nelle distro immutabili.

Tuttavia, in tutti gli altri casi, come ho detto poc'anzi, installare programmi aggiuntivi in una distro immutabile, richiede l'aggiornamento dell'intera immagine del sistema.

Distribuzioni Immutabili popolari e aspiranti tali

Ed ora passiamo in rassegna una serie delle distro immutabili più popolari.

Fedora Silverblue

Vanilla OS

BlendOS

NixOS

Ubuntu Core Desktop

Endless OS

OpenSUSE Aeon e Kalpa

Altre menzioni d'onore

Concludono la mia carrellata di distribuzioni Linux immutabili per il desktop, alcune segnalazioni di altri più o meno nuovi e promettenti:

• rlxOS: progetto indipendente e costruito da zero su desktop Xfce, immutabile, atomico e ottimizzato per i container;
• carbonOS: anch'esso indipendente, immutabile, atomico e rilasciato con ambiente GNOME;
• Talos Linux: si definisce il sistema operativo per il gestore di contenitori Kubernetes che funziona con molti sistemi di containerizzazione, compreso Docker;
• Flatcar Container Linux: progetto comunitario creato per flussi di lavoro basati su container;
• Guix: distro immutabile del progetto GNU con gestione dichiarativa di pacchetti, aggiornamenti atomici e rollback semplificati;
• Bottlerocket: la distro Linux immutabile progettata da Amazon Web Services per eseguire container ed ottimizzata per l'infrastruttura EC2.

Riassumendo

Le distribuzioni Linux immutabili offrono una prospettiva innovativa sulla gestione del software, con vantaggi significativi in termini di consistenza e sicurezza.

Gli aggiornamenti atomici sono la linfa vitale delle distribuzioni Linux immutabili, assicurando la stabilità e la sicurezza del sistema operativo. Questo approccio rivoluziona la gestione del software, fornendo un modo robusto e coerente per mantenere i sistemi aggiornati.

È essenziale considerare attentamente le possibilità e le limitazioni, valutando se l'approccio immutabile si adatti alle esigenze specifiche dell'utente o dell'organizzazione. L'uso di container, la gestione dichiarativa e strumenti specifici della distribuzione, possono rendere il processo più agevole, ma richiedono una curva di apprendimento per gli utenti meno esperti.

Questi ultimi possono comunque contare su una grande affidabilità del sistema e sull'integrazione di software in formati come flatpak, snap e AppImage per ridurre al minimo i problemi di inconsistenze.

Tu hai già sperimentato distribuzioni Linux immutabili? Faccelo sapere nei commenti. Ti piacerebbe che approfondissi con un apposito focus una di quelle citate? A tal proposito ho allestito un sondaggio nella sezione Community del canale YouTube.