19.¿Qué es un sistema de archivos?

19. Sistemas de archivos

Un sistema de archivos es un método para el almacenamiento y organización de archivos de computadora y los datos que estos contienen, para hacer más fácil la tarea encontrarlos y accederlos. Los sistemas de archivos son usados en dispositivos de almacenamiento como discos duros y CD-ROM e involucran el mantenimiento de la localización física de los archivos.

El software del sistema de archivos se encarga de organizar los archivos (que suelen estar segmentados físicamente en pequeños bloques de pocos  Bytes) y directorios, manteniendo un registro de qué bloques pertenecen a qué archivos, qué bloques no se han utilizado y las direcciones físicas de cada bloque.

18.¿Cuales son los cargadores de arranque para GNU/Linux?

Cargador de arranque

 
Un cargador de arranque es un programa diseñado exclusivamente para cargar un sistema operativo en memoria. La etapa del cargador de arranque es diferente de una plataforma a otra. 

Como en la mayoría de arquitecturas, este programa se encuentra en el MBR, el cual es de 512 bytes, no es suficiente para cargar en su totalidad un sistema operativo. Por eso, el cargador de arranque consta de varias etapas. 

Para las plataformas x86, el BIOS carga la primera etapa del cargador de arranque (típicamente una parte de LILO o GRUB). El código de esta primera etapa se encuentra en el sector de arranque (o MBR). La primera etapa del cargador de arranque carga el resto del cargador de arranque. 

Los cargadores de arranque modernos típicamente preguntan al usuario cual sistema operativo (o tipo de sesión) desea inicializar. 

En GNU/Linux, el proceso de arranque (booteo) es un flujo que comienza en el BIOS, sigue al cargador de arranque y luego hacia el kernel. El kernel entonces inicia el planificador (para permitir multitarea) y ejecuta el primer programa de entorno de usuario (es decir, el exterior del kernel space) llamado Init (el cual configura el entorno del usuario y permite la interacción del usuario mismo y loguearnos en el sistema, para lo cual en este punto el kernel se vuelve inactivo, a menos que sea llamado externamente

GRUB

 
GRUB se carga y se ejecuta en 4 etapas: 

1.La primera etapa del cargador la lee el BIOS desde el MBR.

 
2. La primera etapa carga el resto del cargador (segunda etapa). Si la segunda etapa está en un dispositivo grande, se carga una etapa intermedia (llamada etapa 1.5), la cual contiene código extra que permite leer cilindros mayores que 1024 o dispositivos tipo LBA.

 
3. La segunda etapa ejecuta el cargador y muestra el menú de inicio de GRUB. Aquí se permite elegir un sistema operativo junto con parámetros del sistema.

 
4. Cuando se elige un sistema operativo, se carga en memoria y se pasa el control. 
GRUB soporta métodos de arranque directo, arranque chain-loading, LBA, ext2 y hasta "un pre-sistema operativo totalmente basado en comandos". Tiene tres interfaces: un menú de selección, un editor de configuración y una consola de línea de comandos. 

Dado que GRUB entiende los sistemas de archivos ext2 y ext3 y además provee una interfaz de línea de comandos, es más fácil rectificar o modificar cuando se mal configura o se corrompe. La nueva versión 2 de GRUB, soporta sistema de archivos ext4. 

LILO 

LILO es más antiguo, es casi idéntico a GRUB en su proceso, excepto que no contiene una interfaz de línea de comandos. Por lo tanto todos los cambios en su configuración deben ser escritos en el MBR, y reiniciar el sistema. Un error en la configuración puede arruinar el proceso de arranque a tal grado de que sea necesario usar otro dispositivo que contenga un programa que sea capaz de arreglar ese defecto. 

De forma adicional, LILO no entiende sistema de archivos, por lo tanto no hay archivos y todo se almacena en el MBR directamente. 

Cuando el usuario selecciona una opción del menú de carga de LILO, dependiendo de la respuesta, carga los 512 bytes del MBR para sistemas como Microsoft Windows, o la imagen del kernel Linux. 

Loadlin

 
Otra forma de cargar GNU/Linux es desde DOS o Windows 9x, dado que ambos sistemas permiten ser reemplazados, se puede reemplazar por el kernel Linux sobre el sistema operativo ya cargado. Esto puede ser útil en el caso en que el hardware está solo disponible para DOS y no para GNU/Linux, dado a cuestiones de secretos industriales y código propietario. Sin embargo, esta tediosa forma de arranque ya no es necesaria en la actualidad ya que GNU/Linux tiene drivers para multitud de dispositivos hardware, aun así, esto fue muy útil en el pasado. 

Otro caso es cuando GNU/Linux se encuentra en un dispositivo que el BIOS no lo tiene disponible para el arranque. Entonces, DOS o Windows pueden cargar el driver apropiado para dicho dispositivo superando dicha limitación del BIOS, y a partir de entonces cargar el núcleo Linux. 

Kernel 

El kernel Linux se encarga de lo principal del sistema operativo, como el manejo de memoria, planificador de tareas, entradas y salidas, comunicación interprocesos, y demás sistemas de control. 

El proceso del kernel se lleva en dos etapas; la etapa de carga y la etapa de ejecución. 

El kernel generalmente se almacena en un archivo comprimido con clic. Este archivo comprimido se carga y se descomprime en memoria, también se cargan los drivers necesarios por medio de un disco RAM (initrd). El disco RAM es un sistema de archivos temporal usado en la fase de ejecución del kernel. 

Una vez que el kernel se ha cargado en memoria y está listo, se lleva a cabo su ejecución. Esto se realiza llamando la función startup del kernel (en los procesadores x86, se encuentra en la función startup_32 del archivo /arch/i386/boot/head), esta función establece el manejo de memoria (tablas de paginación y paginación de memoria), detecta el tipo del CPU y funcionalidad adicional como capacidades de punto flotante. Después cambia a funcionalidades que no dependen del hardware por medio de la llamada a la función start_kernel. 

El proceso de arranque en GNU/Linux monta el disco RAM que fue cargado anteriormente como un sistema de archivos temporal. Esto permite que los módulos que contienen drivers puedan ser cargados sin depender de otros drivers de dispositivos físicos, y además mantiene el kernel más pequeño. 

Se inicializan dispositivos virtuales con la intención de ser usados para crear sistemas de archivos, como LVM o software RAID antes de desmontar la imagen initrd. El sistema de archivos es cambiado por medio de la función pivot_root la cual desmonta el sistema de archivos temporal y lo reemplaza con el real, el cual más tarde estará totalmente disponible liberando la memoria que ocupaba el temporal. 

Una vez listo el manejador de excepciones, el planificador de tareas y demás, por fin el sistema se considera totalmente operacional a nivel de procesos, por lo tanto se ejecuta el proceso init (el primer proceso en espacio de usuario), y luego inicia una tarea de inactividad por medio de cpu_idle.

Proceso init

 
El proceso init establece el entorno de usuario. Verifica y monta los sistemas de archivos, inicia servicios de usuario necesarios y cambia a un entorno basado en usuario cuando el proceso de inicio termina. 

Es similar a los procesos init de Unix y BSD del cual deriva, pero en algunos casos tiene diferencias y personalizaciones. En un sistema GNU/Linux estándar, init se ejecuta con un parámetro, conocido como runlevel, que toma un valor de 0 a 6, y que determina cuales subsistemas serán operacionales. 

Cada runlevel tiene sus propios scripts los cuales involucran un conjunto de programas. Estos scripts se guardan en directorios con nombres como "/etc. /rc...". El archivo de configuración de init es /etc./inittab. 

Cuando el sistema se arranca, se verifica si existe un runlevel predeterminado en el archivo /etc./inittab, si no, se debe introducir por medio de la consola del sistema. Después se procede a ejecutar todos los scripts relativos al runlevel especificado.