Introducción a Linux y Arquitectura del Sistema
Geek by nature, Linux by choice, Fedora of course ...
Historia y filosofía del código abierto (Open Source)
Un poco de historia
En 1970, Ken Thompson escribe el primer sistema operativo Unix en una PDP-7, basado en Multics (una derivación del proyecto MAC de los Laboratorios Bell que creó el sistema operativo de tiempo compartido [Multiplexed Information and Computing Service]). Su compañero de proyecto, Brian Kernighan, sugiere el nombre UNICS (Uniplexed Information & Computing Service). Consiste en un núcleo (kernel), un intérprete de comandos (shell), un editor y un ensamblador (el ensamblador guarda los archivos como «a.out»). En 1972, otro de sus socios en el proyecto, Dennis Ritchie, crea el lenguaje C que será una parte fundamental del sistema operativo.
Figura 1: Dennis Ritchie y Ken Thompson en la PDP-11 en 1972. Bell Labs.
A partir de entonces continuaron los esfuerzos por crear sistemas operativos compatibles con el hardware emergente, chips más rápidos y capacidades cada vez mayores. Al mismo tiempo, surgían dos tendencias para el desarrollo de nuevos sistemas: por un lado, las grandes corporaciones hacían privado su código, llegando incluso a litigios como el de AT&T (USL - UNIX System Laboratories, Inc.) contra BSD (Berkeley Software Design, Inc.), ya que BSD contenía código Unix propiedad de AT&T; por otro lado, la comunidad de estudiantes y entusiastas aportaba código sin ánimo de lucro para el desarrollo y mejora del sistema operativo.
El Nacimiento de GNU y el Software Libre
La filosofía de código abierto (Open Source) tiene sus raíces en el movimiento del Software Libre, impulsado por Richard Stallman en 1983, con la fundación del Proyecto GNU. Stallman se opuso a la tendencia de cerrar el código fuente, fundando la Free Software Foundation (FSF) y desarrollando la licencia GPL (General Public License).
El Software Libre se define por las cuatro libertades esenciales:
Libertad 0: Ejecutar el programa para cualquier propósito.
Libertad 1: Estudiar cómo funciona el programa y modificarlo.
Libertad 2: Redistribuir copias a quien se desee.
Libertad 3: Distribuir copias de las versiones modificadas.
GNU/Linux: La unión hace la fuerza
En 1991, Linus Torvalds desarrolló y publicó el núcleo (kernel) de Linux, inspirándose en el sistema MINIX. Linux proporcionó el componente fundamental que faltaba para completar el sistema operativo GNU de Richard Stallman, creando lo que hoy conocemos como GNU/Linux.
Las primeras distribuciones de Linux surgieron rápidamente:
Slackware se lanzó en 1993 y sigue siendo la distribución más antigua que se mantiene, destacando por su simplicidad.
Debian, fundado por Ian Murdock, se distinguió por su compromiso con el software libre y su robusto sistema de gestión de paquetes (
apt). Debian se convirtió en la base de distribuciones posteriores, incluida Ubuntu.Red Hat Linux se introdujo en 1994, enfocándose en usuarios empresariales y ofreciendo soporte comercial. Más tarde evolucionó a Red Hat Enterprise Linux (RHEL) y el Proyecto Fedora.
En la década de 2000, surgieron distribuciones populares como Ubuntu (2004), conocido por su facilidad de uso, y Arch Linux (2002), que abogó por la simplicidad y un modelo de lanzamiento continuo (rolling release).
Conceptos clave: Kernel, Shell y Distribuciones
1. El Kernel (Núcleo)
El Kernel es el corazón de cualquier sistema operativo. Actúa como el puente o mediador principal entre el hardware de la computadora y el software o los procesos de usuario.
Sus funciones críticas incluyen:
Gestión de Procesos: Controla el ciclo de vida de cada aplicación, asignando los ciclos de la CPU y estableciendo prioridades.
Gestión de Memoria: Administra la memoria RAM y la memoria virtual, garantizando que cada proceso tenga el espacio necesario sin interferir con otros.
Controladores de Dispositivos (Drivers): Permite que el sistema operativo se comunique con el hardware conectado (teclado, disco, red, etc.).
2. El Shell (Intérprete de Comandos)
El Shell es la capa más externa del sistema operativo. Es la interfaz que permite al usuario interactuar con el Kernel, aceptando comandos legibles por humanos y traduciéndolos al lenguaje que el núcleo entiende para su ejecución.
En Linux, el shell más popular y predeterminado es Bash (Bourne Again Shell).
Se accede al shell a través de un emulador de terminal.
Además de ejecutar comandos interactivos, el shell incluye un lenguaje de programación para crear Scripts de Shell, que permiten automatizar tareas repetitivas y complejas.
3. Las Distribuciones (Distros)
Una distribución de Linux es el kernel de Linux empaquetado junto con el sistema GNU, software adicional (como el entorno de escritorio, aplicaciones, y un gestor de paquetes) y una configuración específica. La variedad de distribuciones (como Debian, Fedora, Ubuntu o Arch) permite que Linux se adapte a cualquier necesidad, desde servidores empresariales (RHEL, CentOS) hasta equipos de escritorio o sistemas embebidos.
El proceso de arranque (BIOS/UEFI, gestores de arranque como GRUB/GRUB2)
El proceso de arranque de un sistema Linux es una secuencia meticulosa de pasos que va desde el encendido de la máquina hasta la carga completa del sistema operativo.
Etapa | Componente Principal | Función |
1. | BIOS/UEFI | Es el firmware que se activa al encender la computadora. Realiza una verificación inicial del hardware (POST) y localiza el gestor de arranque. |
2. | Gestor de Arranque | El firmware transfiere el control al bootloader (GRUB o GRUB2 es el más común en Linux). GRUB carga el menú que permite seleccionar el sistema operativo o un kernel específico para iniciar. |
3. | Inicialización del Kernel | El Kernel seleccionado se carga en la memoria. Comienza a inicializar sus subsistemas, a configurar los controladores de hardware esenciales y monta un sistema de archivos en memoria (initramfs o initrd). |
4. | Systemd/Init | El kernel inicia el primer proceso de usuario (PID 1), que en los sistemas modernos es systemd. Systemd es el encargado de iniciar el resto de los servicios del sistema de forma eficiente (a menudo en paralelo), llevando la máquina al estado operativo final (target). |
Niveles de ejecución (runlevels y targets de systemd)
Los Niveles de Ejecución (o Runlevels) definen el estado operativo de un sistema Linux. El sistema tradicional SysV init usaba números (0 al 6) para estos estados, mientras que el sistema moderno systemd utiliza nombres, a los que llama Targets (objetivos).
Systemd mantiene la compatibilidad con los runlevels de SysV, mapeando cada número a un target específico:
Runlevel (SysV Init) | Target equivalente (systemd) | Descripción del estado |
0 | Apaga el sistema. | |
1 | Modo de rescate o usuario único. Mínimo de servicios activos, ideal para tareas de mantenimiento. | |
2, 3, 4 | Modo multiusuario completo con red, pero sin interfaz gráfica (solo línea de comandos). | |
5 | Modo multiusuario completo con entorno gráfico (GUI) y red. Es el modo de escritorio predeterminado. | |
6 | Reinicia el sistema. |
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