PDF de programación - Unidad 3: El kérnel linux

Unidad 3: El kérnel linux

Alberto Molina Coballes

27 de septiembre de 2009

Introducción

• Funciones del sistema operativo
• Funciones del kérnel
• Niveles de seguridad
• Tipos de kérnel
• Principales arquitecturas CPU y ports
• Principales sistemas operativos
• Historia de UNIX
• La lucha de los sistemas integrados

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Funciones del sistema operativo

• Un sistema operativo es una
interfaz entre el hardware y el
usuario y se encarga de
gestionar y compartir los
recursos.

• Las principales funciones del
sistema operativo son:
◦ Gestión de los recursos de la
◦ Ejecución de servicios para las
◦ Ejecución de las órdenes de los

computadora

aplicaciones

usuarios

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Funciones del kérnel

• El kérnel (núcleo) es la parte fundamental del sistema operativo y
se encarga de manejar los recursos y permitir que los programas
hagan uso de los mismos, siendo los principales recursos:
◦ CPU
◦ Memoria
◦ Dispositivos de Entrada/salida

• Además el kérnel es el encargado proporcionar:
◦ Protección mediante diferentes niveles de acceso
◦ Acceso compartido (multiplexado) a los recursos

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Niveles de seguridad

• Algunas CPU incluyen diferentes
niveles de acceso, que se conocen
como anillos (rings).

• Los diferentes kérnel suelen utilizar al
menos dos niveles para acceder tanto a
la CPU como a la memoria:
◦ kernel mode.
◦ user mode

• KML: kernel mode linux
• FUSE: Filesystem in User Space (sshfs, ntfs-3g, ...)
• CUSE: Character devices in User Space

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Tipos de kérnel

Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d0/OS-structure2.svg

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Principales arquitecturas CPU/ports

Microsoft Apple

Linux Symbian FreeBSD

x86
alpha
arm
ia64
m68k
mips
parisc
sparc
sparc64
powerpc
x86 64



*


?








*

*











































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Principales sistemas operativos

Comunidad

Creador

IBM

Basado en
System-V
386BSD

Nombre
AIX
FreeBSD
HP-UX
GNU/Linux
Mac OS
NetBSD
OpenSolaris
Windows server Microsoft
Microsoft
Windows
ReactOS
Comunidad Windows NT
z/OS

386BSD
Solaris

Comunidad

Apple

Comunidad

IBM

OS/390

Unix
Unix

HP

Sun

Licencia
Privativa

BSD

Privativa

GPL

Privativa*

BSD
CDDL

Privativa
Privativa

GPL

Privativa

Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_operating_systems

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Historia de UNIX

Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/50/Unix_history-simple.png

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La lucha de los sistemas integrados

• Microprocesadores

◦ ARM
◦ MIPS
◦ Intel
◦ . . .

• Dispositivos

◦ mobile phone
◦ PDA
◦ smartphone
◦ smartbook
◦ netbook
◦ . . .

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• Sistemas operativos

◦ Blackberry
◦ Symbian
◦ Windows Mobile, Windows 7?
◦ iPhone OS
◦ Android
◦ LiMo
◦ Maemo
◦ OpenMoko
◦ Palm webOS
◦ . . .

El kérnel linux

• Características principales
• Características de la compilación
• Carga del sistema
• Manejo de módulos
• Compilación de módulos
• Compilación del kérnel

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Características principales

• Kérnel del sistema GNU/Linux, licenciado bajo la GNU GPL
• Desarrollo colaborativo de miles de personas
• Monolítico
• LKM: Loadable kernel module
• Última versión estable: 2.6.31.1 (24/9/2009)
• Soporte para virtualización
• Portado a gran cantidad de arquitecturas, desde pequeños

dispositivos a grandes supercomputadoras.

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Características de la compilación
• El código fuente de rama oficial del núcleo ocupa actualmente
• Los componentes del kérnel se compilan de dos formas:

404MiB !!!
◦ Se incluyen dentro de un fichero ejecutable enlazado estáticamente y
◦ Se compilan individualmente en ficheros objetos con extensión .ko que

que habitualmente se denomina vmlinuz o zImage

se cargan en memoria a demanda (están ubicados en /lib/modules)

• Soluciones para hardware no detectado en el arranque:

◦ Se aumenta el tamaño del fichero ejecutable (bzImage o big zImage)
◦ Se montan temporalmente algunos módulos en memoria (initramfs)

• Distribuciones de uso general en sistemas x86:

◦ Enorme variedad de hardware
◦ Se incluyen gran cantidad de módulos

• Es posible compilar un kérnel para un hardware determinado y

reducir mucho su tamaño.

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Carga del sistema - I
• Se inicia el sistema cargando la BIOS
• Se realiza la secuencia POST (Power-On Self-Test)
• Se lee el MBR del disco duro donde está la información de las

particiones del disco y el gestor de arranque (normalmente GRUB).
• Se carga en memoria el fichero ejecutable comprimido vmlinuz-. . .
• Se monta el initramfs (fichero initrd-. . . ) ← opcional
• Se comprueba la memoria, tipo de placa y CPU(s)
• Se activa el sistema Plug and Play
• Se inicializan los dispositivos virtuales (LVM y RAID)
• Se libera la memoria ocupada por el initramfs
• Se ejecuta el proceso init con PID=1
• Se ejecutan los scripts de /etc/rcS.d ← depende de la distro

Principales pasos en el arranque de un sistema GNU/Linux instalado en un disco duro de un equipo x86
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Carga del sistema - II
• Se establece el nombre del equipo (hostname)
• Se monta VFS
• Se inicia udevd, que puebla /dev y carga los módulos necesarios
• Se chequea el sistema de ficheros raíz
• Se procesa el fichero /etc/modules
• Se chequean todos los sistemas de ficheros
• Se cargan los parámetros del kérnel especificados en

/etc/sysctl.conf

• Se montan todos los sistemas de ficheros
• Se limpian los ficheros temporales /tmp, /var/run y /var/lock
• Se levantan las interfaces de red
• Se ejecutan en orden los scripts del resto de niveles de ejecución

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Manejo de módulos

La mayoría de los módulos se cargan automáticamente cuando es
necesario, pero es posible cargarlos o descargarlos manualmente:

• lsmod: Lista los módulos cargados
• modprobe <módulo>: Carga el módulo en memoria
• modprobe -r <módulo>: Descarga el módulo de la memoria
• modprobe -l: Muestra la lista de módulos disponibles
• modinfo <módulo>: Muestra la información del módulo
• depmod: Actualiza las dependencias de los módulos

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Compilación de módulos (Debian)

En algunas ocasiones es necesario compilar un módulo, normalmente
algún controlador de dispositivo que no se encuentra soportado en la
rama oficial del kérnel.
• Instalamos los paquetes necesarios para compilar:

# aptitude install build-essential

• Instalamos los ficheros de cabeceras del kérnel actual:
# aptitude install linux-headers-‘uname -r‘
• Si existe un paquete Debian con el módulo sin compilar

(ndiswrapper, fuse, madwifi, . . . ) ⇒ Utilizar module-assistant
• En el resto de casos, se descomprime el paquete que incluye los

ficheros fuentes del módulo en /usr/src y se siguen las
instrucciones del fichero README que debe incluir.

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Compilación del kérnel (Debian)

Es poco habitual tener que compilar un núcleo completo, puede ser
necesario cuando se utiliza hardware muy peculiar o como en este
caso simplemente con fines educativos.

En el siguiente enlace se explica de forma detallada una forma de
hacerlo en Debian Lenny:

http://informatica.gonzalonazareno.org/plataforma/mod/
resource/view.php?id=678

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