Product SiteDocumentation Site

B.4. Algunas tareas administradas por el núcleo

B.4.1. Administración del hardware

El núcleo tiene, antes que nada, la tarea de controlar las partes del hardware, detectarlas, encenderlas cuando se enciende el equipo, etc. También los pone a disposición del software de más alto nivel con una interfaz de programación simplificada para que las aplicaciones puedan aprovechar dispositivos sin tener que preocuparse por detalles como cuál puerto de extensión es aquél en el que está conectada una tarjeta. La interfaz de programación también provee una capa de abstracción; permite, por ejemplo, que el software de videoconferencias utilice una cámara web independientemente de su modelo y fabricante. El software puede utilizar simplemente la interfaz video para Linux (V4L: «Video for Linux») y el núcleo traduce las llamadas a las funciones de esta interfaz a las órdenes de hardware reales que necesita la cámara específica que está utilizando.
El núcleo exporta muchos detalles sobre el hardware detectado a través de los sistemas de archivos virtuales /proc/ y /sys/. Muchas herramientas resumen estos detalles. Entre ellas, lspci (en el paquete pciutils) enumera los dispositivos PCI, lsusb (en el paquete usbutils) enumera los dispositivos USB y lspcmcia (en el paquete pcmciautils) enumera las tarjetas PCMCIA. Estas herramientas son muy útiles para identificar el modelo exacto de un dispositivo. Esta identificación permite realizar búsquedas más precisas en la web lo que, a su vez, lleva a documentos más relevantes.

Ejemplo B.1. Ejemplo de información provista por lspci y lsusb

$ lspci
[...]
00:02.1 Display controller: Intel Corporation Mobile 915GM/GMS/910GML Express Graphics Controller (rev 03)
00:1c.0 PCI bridge: Intel Corporation 82801FB/FBM/FR/FW/FRW (ICH6 Family) PCI Express Port 1 (rev 03)
00:1d.0 USB Controller: Intel Corporation 82801FB/FBM/FR/FW/FRW (ICH6 Family) USB UHCI #1 (rev 03)
[...]
01:00.0 Ethernet controller: Broadcom Corporation NetXtreme BCM5751 Gigabit Ethernet PCI Express (rev 01)
02:03.0 Network controller: Intel Corporation PRO/Wireless 2200BG Network Connection (rev 05)
$ lsusb
Bus 005 Device 004: ID 413c:a005 Dell Computer Corp.
Bus 005 Device 008: ID 413c:9001 Dell Computer Corp.
Bus 005 Device 007: ID 045e:00dd Microsoft Corp.
Bus 005 Device 006: ID 046d:c03d Logitech, Inc.
[...]
Bus 002 Device 004: ID 413c:8103 Dell Computer Corp. Wireless 350 Bluetooth
Estos programas tienen una opción -v, que mostrará información mucho más detallada (pero generalmente innecesaria). Finalmente, el programa lsdev (en el paquete procinfo) enumera los recuros de comunicación utilizados por los dispositivos.
Las aplicaciones frecuentemente acceden a los dispositivos a través de archivos especiales creados en /dev/ (revise el recuadro VOLVER A LOS CIMIENTOS Permisos de acceso a dispositivos). Éstos son archivos especiales que representan discos (por ejemplo: /dev/hda y /dev/sdc), particiones (/dev/hda1 o /dev/sdc3, ratones (/dev/input/mouse0), teclados (/dev/input/event0), tarjetas de sonido (/dev/snd/*), puertos seriales (/dev/ttyS*), etc.

B.4.2. Sistemas de archivos

Los sistemas de archivos son uno de los aspectos más destacados del núcleo. Los sistemas Unix agrupan todos los archivos que almacenan en una jerarquía única, lo que permite a los usuarios (y las aplicaciones) acceder a los datos simplemente conociendo su ubicación dentro de dicha jerarquía.
El nombre del punto de partida de este árbol jerárquico es la raíz, /. Este directorio puede tener subdirectorios con nombres. Por ejemplo, el nombre del subdirectorio home de / es /home/. Este subdirectorio, a su vez, puede contener otros subdirectorios y así sucesivamente. Cada directorio también puede contener archivos, donde se almacenarán los datos en sí. Por lo tanto, el nombre /home/rmas/Desktop/hello.txt se refiere al archivo hello.txt almacenado en el subdirectorio Desktop del subdirectorio rmas del directorio home presente en la raíz. El núcleo traduce este sistema de nombres en el almacenamiento físico real en un disco.
A diferencia de otros sistemas, existe sólo una jerarquía de este tipo que puede integrar datos de varios discos. Se utiliza uno de estos discos como raíz y los demás son «montados» en directorios de la jerarquía (el programa Unix se llama mount); luego estos otros discos estarán disponibles bajo estos «puntos de montaje». Esto permite almacenar los directorios personales de los usuarios (tradicionalmente almacenados en /home/) en un disco secundario que contendrá directorios rhertzog y rmas. Una vez que se montó el disco en /home/, estos directorios estarán disponibles en su ubicación usual y continuarán funcionando las rutas como /home/rmas/Desktop/hello.txt.
There are many filesystem formats, corresponding to many ways of physically storing data on disks. The most widely known are ext3 and ext4, but others exist. For instance, vfat is the system that was historically used by DOS and Windows operating systems, which allows using hard disks under Debian as well as under Windows. In any case, a filesystem must be prepared on a disk before it can be mounted and this operation is known as “formatting”. Commands such as mkfs.ext3 (where mkfs stands for MaKe FileSystem) handle formatting. These commands require, as a parameter, a device file representing the partition to be formatted (for instance, /dev/sda1). This operation is destructive and should only be run once, except if one deliberately wishes to wipe a filesystem and start afresh.
Existen tambien sistemas de archivos de red, como NFS, en el que los datos no son almacenados en un disco local. En su lugar, se transmiten los datos a través de la red a un servidor que los almacena y obtiene a pedido. La abstracción del sistema de archivos evita que al usuario le importe: los archivos continúan disponibles en la forma jerárquica usual.

B.4.3. Funciones compartidas

Debido a que una cantidad de funciones son utilizadas por todo software, tiene sentido centralizarlas en el núcleo. Por ejemplo, la gestión compartida de sistemas de archivos permite que cualquier aplicación simplemente abra un archivo, sin preocuparse dónde está almacenado físicamente dicho archivo. Éste puede estar almacenado en diferentes porciones de un disco duro, dividido entre varios discos duros o inclusive almacenado en un servidor remoto. Las funciones de comunicación compartidas son utilizadas por las aplicaciones para intercambiar datos independientemente de la forma en la que se transportan los mismos. Por ejemplo, el transporte puede ser a través de una combinación de redes locales o inalámbricas o a través de una línea telefónica terrestre.

B.4.4. Gestión de proceso

Un proceso es una instancia en ejecución de un programa. Esto necesita memoria para almacenar tanto el programa en sí como los datos con los que trabaja. El núcleo es el encargado de crearlos y seguirlos. Cuando se ejecuta un programa, primero el núcleo reserva memoria, carga en ella el código ejecutable desde el sistema de archivos y luego inicia la ejecución de este código. Mantiene información sobre este proceso, de las que la más visible es un número de identificación conocido como pid (identificador de proceso: «process identifier»).
Los núcleos similares a Unix (incluyendo a Linux), al igual que muchos otros sistemas operativos modernos, poseen la capacidad de ser «multitarea». En otras palabras, permite ejecutar muchos procesos «al mismo tiempo». En realidad sólo hay un proceso ejecutando en un momento dado, pero el núcleo divide el tiempo en pequeñas porciones y ejecuta en orden a cada proceso. Debido a que estas divisiones de tiempo son muy pequeñas (en el rango de los milisegundos), crean la ilusión de procesos ejecutando en paralelo, aún cuando sólo están activos durante algunos intervalos y en espera el resto del tiempo. La tarea del kernel es ajustar con mecanismos planeados para mantener esa ilusión, mientras se maximiza el rendimiento global del sistema. Si las divisiones de tiempo son muy extensas, la aplicación puede que no responda como se desea. Si son muy pequeñas, el sistema perderá tiempo cambiando tareas demasiado frecuentemente. Se pueden personalizar estas decisiones con las prioridades de procesos. Los procesos con prioridad alta ejecutarán por más tiempo y en intervalos más frecuentes que los procesos con prioridad baja.
Por supuesto, el núcleo permite ejecutar varias instancias independientes del mismo programa. Pero cada una de ellas sólo puede acceder sus propias divisiones de tiempo y su propia memoria. Sus datos, por lo tanto, se mantienen independientes.

B.4.5. Gestión de permisos

Los sistemas similares a Unix también son multiusuario. Proveen un sistema que permite usuarios separados y grupos; también permite la capacidad de decidir permitir o bloquear acciones según sus permisos. El núcleo gestiona, para cada proceso, permitiéndole controlar los permisos. La mayor parte del tiempo, cada proceso es identificado por el usuario que lo inició. Ese proceso sólo puede realizar las acciones que pueda realizar su dueño. Por ejemplo, intentar abrir un archivo requiere que el núcleo verifique la identidad del proceso según los permisos de acceso (para más detalles sobre este ejemplo particular, revise la Sección 9.3, “Administración de permisos”).