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B.3. Funcionamiento interno de un equipo: las diferentes capas involucradas

Generalmente se considera a un equipo como algo bastante abstracto, y la interfaz visible al exterior es mucho más simple que su complejidad interna. Esta complejidad proviene, en parte, de la cantidad de partes involucradas. Sin embargo, podemos visualizar estas piezas en capas, donde cada capa sólo interactúa con aquellas inmediatamente sobre y bajo ella.
Un usuario final puede vivir sin saber estos detalles… siempre que todo funcione. Cuando nos enfrentamos con un problema como «¡Internet no anda!», lo primero que debemos hacer es identificar en qué capa se origina el problema. ¿Está funcionando la tarjeta de red (hardware)? ¿Es reconocida por el equipo? ¿El núcleo Linux la ve? ¿Los parámetros de red configurados son correctos? Todas estas preguntas aíslan una capa apropiada y se enfocan en una fuente potencial del problema.

B.3.1. La capa más profunda: el hardware

Let us start with a basic reminder that a computer is, first and foremost, a set of hardware elements. There is generally a main board (known as the motherboard), with one (or more) processor(s), some RAM, device controllers, and extension slots for option boards (for other device controllers). Most noteworthy among these controllers are IDE (Parallel ATA), SCSI and Serial ATA, for connecting to storage devices such as hard disks. Other controllers include USB, which is able to host a great variety of devices (ranging from webcams to thermometers, from keyboards to home automation systems) and IEEE 1394 (Firewire). These controllers often allow connecting several devices so the complete subsystem handled by a controller is therefore usually known as a “bus”. Option boards include graphics cards (into which monitor screens will be plugged), sound cards, network interface cards, and so on. Some main boards are pre-built with these features, and don't need option boards.

B.3.2. El iniciador: el BIOS o UEFI

El hardware, por sí mismo, no es capaz de realizar tareas útiles sin un software asociado que lo maneje. El propósito de los sistemas operativos y las aplicaciones es controlar e interactuar con el hardware. Éstos, sin embargo, necesitan hardware funcional para ejecutar.
Esta simbiosis entre el hardware y el software no ocurre por sí sola. Cuando recién se enciende el equipo es necesario cierta configuración inicial. Este rol es asumido por la BIOS o UEFI, una parte de software embebido en la placa base que se ejecuta automáticamente cuando se enciende. Su tarea principal es buscar el software y cederle el control. Normalmente en el caso de la BIOS, esto involucra buscar el primer disco duro con un sector de arranque (también conocido como registro maestro de arranque o MBR: «Master Boot Record»), cargar dicho sector y ejecutarlo. De allí en adelante, usualmente no se utiliza la BIOS (hasta el próximo arranque). En el caso de UEFI, el proceso conlleva buscar en los discos para encontrar la partición dedicada a EFI que contiene las aplicaciones que EFI ejecutará más adelante.
El sector de arranque (o la partición EFI), por su parte, contiene otro software pequeño llamado el gestor de arranque, cuyo propósito es encontrar y ejecutar un sistema operativo. Debido a que dicho gestor de arranque no está embebido en la placa principal sino que se lo carga desde el disco, puede ser más inteligente que el BIOS, lo que explica porqué el BIOS no carga el sistema operativo por su cuenta. Por ejemplo, el gestor de arranque (frecuentemente GRUB en los sistemas Linux) puede enumerar los sistemas operativos disponibles y pedirle al usuario que elija uno. Usualmente, provee un tiempo de espera y una opción predeterminada. A veces el usuario también puede decidir agregar parámetros que pasarle al núcleo, etc. Eventualmente, se encuentra el núcleo, se lo carga en memoria y se lo ejecuta.
El BIOS/UEFI también está a cargo de detectar e inicializar algunos dispositivos. Obviamente, esto incluye los dispositivos IDE/SATA (generalmente discos duros y dispositivos CD-ROM), pero también dispositivos PCI. Normalmente, se enumeran en pantalla los dispositivos detectados durante el proceso de arranque. Si la lista pasa demasiado rápido, utilice la tecla Pause para congelarla el tiempo suficiente para leerla. Si faltan dispositivos PCI instalados, es un mal augurio. En el peor de los casos el dispositivo tiene una falla. En el mejor de los casos, simplemente es incompatible con la versión del BIOS o la placa principal. Las especificaciones PCI evolucionan y no se garantiza que las placas principales antiguas sean compatibles con dispositivos PCI más nuevos.

B.3.3. El núcleo

Both the BIOS/UEFI and the bootloader only run for a few seconds each; now we are getting to the first piece of software that runs for a longer time, the operating system kernel. This kernel assumes the role of a conductor in an orchestra, and ensures coordination between hardware and software. This role involves several tasks including: driving hardware, managing processes, users and permissions, the filesystem, and so on. The kernel provides a common base to all other programs on the system.

B.3.4. El espacio de usuario

Although everything that happens outside of the kernel can be lumped together under “user space”, we can still separate it into software layers. However, their interactions are more complex than before, and the classifications may not be as simple. An application commonly uses libraries, which in turn involve the kernel, but the communications can also involve other programs, or even many libraries calling each other.