Fundamentos de Linux

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De qué está hecho Linux: kernel, shell, distribuciones y licencias

Ayuda imaginar Linux como una cebolla. En el centro está el hardware: la CPU, la memoria, los discos y la tarjeta de red. A su alrededor está el kernel (núcleo), que maneja ese hardware directamente. Fuera del kernel está la shell (bash, por ejemplo), que interpreta los comandos que escribes, y en la capa más externa están los programas que usas.

Los programas nunca tocan el hardware por su cuenta. Cuando uno necesita leer un archivo o enviar algo por la red, se lo pide al kernel con una llamada al sistema, y el kernel se encarga del hardware y le devuelve el resultado. Así, aunque un programa falle, el kernel protege el hardware y a todos los demás programas. Prueba a cambiar el comando en la escena de abajo.

Distribuciones: el kernel junto con sus herramientas

En sentido estricto, "Linux" es el nombre del kernel. Un kernel solo no es algo que puedas usar, así que se publica junto con una shell, herramientas de línea de comandos, un gestor de paquetes y un instalador. Ese conjunto se llama distribución (o distro). Hay dos grandes familias y, cuando sus comandos cambian, esta guía las muestra lado a lado.

Una versión del kernel como 5.15.0 se lee como "mayor.menor.parche". Antes había una regla según la cual un número menor par indicaba una versión estable, pero ya no se usa. Hoy kernel.org publica la última versión de desarrollo (mainline), las versiones estables (stable) y las versiones con soporte a largo plazo (longterm).

Software libre y la GPL

Linus Torvalds publicó el kernel Linux en 1991, y muchas de las herramientas que lo rodean vienen del proyecto GNU, que inició Richard Stallman. Stallman también fundó la Free Software Foundation (FSF), cuya licencia insignia es la GPL. Cualquiera puede usar, modificar y redistribuir un programa GPL, pero si distribuyes una versión modificada, tienes que publicar su código fuente con las mismas condiciones de la GPL. Esta forma de asegurarse de que la libertad pase a la siguiente persona se llama copyleft.

Ya viste de qué está hecho Linux. Ahora veamos en qué orden se despiertan estas capas cuando pulsas el botón de encendido.

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Qué pasa al encender: la secuencia de arranque

Entre que pulsas el botón de encendido y ves la pantalla de inicio de sesión, se suceden varias etapas. Es una carrera de relevos en la que cada etapa busca la siguiente y le pasa el testigo, así que si sabes en qué etapa se detuvo, también sabes qué se rompió.

BIOS/MBR y UEFI/GPT: el esquema antiguo y el actual

Cuatro nombres pueden parecer mucho, pero todo se simplifica si los agrupas en dos parejas. BIOS y UEFI son firmware: el programa integrado en la placa base que se ejecuta primero al encender. MBR y GPT son formatos de tabla de particiones: un índice al principio del disco que dice "así está dividido este disco". La pareja antigua habitual es BIOS + MBR, y la actual, UEFI + GPT. Lo que las distingue es cómo encuentran la siguiente etapa, el gestor de arranque.

En Linux, la partición del sistema EFI suele estar montada en /boot/efi. En los exámenes aparece mucho como "dónde está el gestor de arranque cuando se arranca con UEFI".

El gestor de arranque GRUB2

El gestor de arranque que se encuentra y se ejecuta de esta forma es GRUB2. Antes también se usaba LILO, pero hoy el estándar es GRUB2. Aquí es donde mucha gente se confunde al cambiar su configuración: grub.cfg, el archivo que se lee de verdad al arrancar, no se edita a mano. En su lugar, editas el archivo de origen, /etc/default/grub, y luego ejecutas grub2-mkconfig (update-grub en Ubuntu), que genera un grub.cfg nuevo.

De los niveles de ejecución a los targets

El antiguo init dividía los estados del sistema en "niveles de ejecución" (runlevels) numerados. systemd los sustituyó por targets y les asignó los números antiguos para que los nombres de siempre sigan funcionando.

Consultas el target predeterminado con systemctl get-default y lo cambias con systemctl set-default. Hay dos modos para cuando algo se rompe. rescue.target es el modo de rescate: monta los sistemas de archivos y deja entrar solo al administrador con un mínimo de servicios. emergency.target es el modo de emergencia, que arranca todavía menos (la raíz se monta solo de lectura). Cuando un /etc/fstab incorrecto detiene el arranque, normalmente acabas en el modo de emergencia.

En los pasos 3 y 4 del arranque, el kernel encontró el "sistema de archivos raíz" y lo montó. Ahora veamos cómo se dividen y se montan los discos.

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Dividir y montar discos: particiones, sistemas de archivos y estructura de directorios

Un disco nuevo no se puede usar tal como viene. Hacen falta tres pasos. Primero divides el disco en zonas (particiones). Después creas en cada partición un formato para guardar archivos (un sistema de archivos) con mkfs. Por último, lo montas en un punto del árbol de directorios con mount. A diferencia de Windows, no hay unidades C: y D: separadas. Todos los discos se conectan como ramas de un único árbol que empieza en /.

Sistemas de archivos y swap

Los sistemas de archivos más habituales en Linux son ext4 y XFS. Los dos usan journaling (registro por diario): primero anotan en un diario los cambios que van a hacer y después los aplican. Así, aunque se vaya la luz de golpe, es menos probable que el sistema de archivos se dañe, y además revisarlo es más rápido. La familia RHEL usa XFS de forma predeterminada. XFS es fácil de ampliar, pero reducirlo es prácticamente imposible (solo hay una función que recorta un poco del final). La swap es espacio en disco que el sistema toma prestado un rato cuando le falta memoria. No se monta en un directorio; se activa con swapon.

/etc/fstab: dónde montar en cada arranque

Lo que montas con el comando mount desaparece al reiniciar. Para montarlo en cada arranque, añade una línea en /etc/fstab. Cada línea tiene seis campos.

# dispositivo (o UUID)                     montaje      tipo fs     opciones  dump  orden fsck
UUID=4c2f…a91e                             /home        xfs         defaults  0     0
/dev/sdb1                                  /data        ext4        defaults,nofail  0  2

Si falta un disco de esta lista, el arranque se detiene en el modo de emergencia (capítulo 2). Añade nofail a los discos que el sistema no necesita sí o sí. Los nombres de dispositivo como /dev/sdb1 pueden cambiar según el orden en que se conecten los discos, así que es más seguro usar el UUID, que no cambia.

La estructura de directorios (FHS)

En cualquier distribución, cada directorio tiene una función fija (el estándar de jerarquía del sistema de archivos, FHS).

Ya tienes el disco montado; veamos los archivos que hay en él. El nombre de un archivo y su contenido, en realidad, viven en sitios distintos.