lunes, 18 de abril de 2011

"Min Win" EL NUCLEO DE WINDOWS 7

Min Win  consiste en coger el núcleo de Windows e ir quitando cosas y parar sólo justo antes de que deje de funcionar. ¿Cuál era el objetivo? Simplemente consolidar el diseño del núcleo del sistema operativo. Por lo visto los ingenieros de Microsoft descubrieron que los sistemas de bajo nivel del núcleo de Windows realizaban llamadas a procesos de alto nivel.
Para mejorar el diseño “cortaron” estas llamadas de alto nivel para convertir el núcleo de Windows en un sistema escalable. De esta manera se realizó un mapa de dependencias para poder limpiar las llamadas que se realizaban fuera del núcleo. Se reorgnizaron estas llamadas y las API. El experimento acabó con un sistema operativo que funcionaba perfectamente sin necesidad de librerías de alto nivel: el MinWin. El sistema ocupa de 25 a 40 Megabytes, frente a los 4 Gigabytes de Vista, y se compone de apenas 100 ficheros, cuando Windows necesita 5.000 para funcionar.


De esta forma se creó un “corazón” de Windows nuevo autocontenido y escalable, pero que contiene el núcleo (el kernel) del Windows de toda la vida, sólo que con las llamadas de alto nivel y las API reorganizadas. La clave es, según el propio Russinovich, en la diferencia entre “Core” y “kernel”. El kernel o núcleo de Windows 7 es el mismo de siempre, pero el core (el corazón) ha cambiado, se ha reorganizado. Así que MinWin no es un nuevo kernel, sino un kernel reorganizado. ¿Por qué se ha hecho de esta manera? En primer lugar porque es mucho menos costoso reorganizar y optimizar el núcleo de Windows que empezar desde cero. Por el otro se conserva la compatibilidad con el sistema anterior, porque todas las llamadas se realizan de la misma forma y el núcleo funciona de la misma manera.

COMPARACIÓN DEL NÚCLEO DE WINDOWS Y EL NÚCLEO DE LINUX

Algunos aspectos a tener en cuenta son:

  •  llamadas del sistema (system calls), mientras Linux tiene 320 Windows tiene más de 1000. A simple vista no se puede sólo por el dato comparar si esto es mejor para uno u otro, pero el hecho de que los desarrolladores no se suelan quejar de las llamadas del sistema en Linux me hace pensar que “tienen lo que necesitan”. Si estoy en lo cierto, el número abultado de llamadas en el kernel de Windows debe ser por mantener la (arcaica) compatibilidad hacía atrás lo cual como ya he dicho en anteriores veces vuelve el diseño muy complejo y propenso a errores.
  •  el tiempo de desarrollo, cada “versión menor” (en el caso de linux los 2.6.x) dura 3 meses en linux y 31 en Windows. En las versiones mayores la cosa ya se balancea menos: Linux tarda 35 meses y Windows 38.
  • El tamaño resultante del kernel (sin drivers/módulos) también es exageradamente, Linux ocupa 1.3MB frente a los 4.6MB de Windows.
  • el número de arquitecturas soportadas donde Windows literalmente es machado: Windows soporta x86 (los ordenadores de toda la vida), AMD64 y IA-64. Linux soporta ésas y además otras 14 arquitecturas sin contar consolas.
  • El tamaño en líneas de código en Windows aumenta en cada versión (actualmente 10 millones de líneas) de forma exagerada aunque Linux en cada versión mete soporte para mucho hardware sin que aumente el número tanto (4 millones actualmente) osea que no sé que pensar. El número anterior es sin drivers, si incluimos los drivers los números se disparan y la diferencia también (Windows 25 millones, Linux 8).

NOMENCLATURA DE KERNEL

La nomenclatura del Kernel se divide en 3 campos separados por un punto (.), estos son:

Primer campo: Número de la versión, actualmente a fecha de este documento es la 2.

Segundo campo: Numero de "sub-versión", por llamarlo de algun modo, es la version dentro de la propia versión, si este numero es par, la versión sera estable, si por el contrario es impar, ésta sera inestable.

Tercer campo: Nivel de corrección el en que se encuentra.

ARQUITECTURA DE WINDOWS Y LINUX

ARQUITECTURA DE WINDOWS :


Este es el esquema de la arquitectura de windows.




La cual está compuesta por una serie de componentes separados donde cada cual es responsable de sus funciones y brindan servicios a otros componentes. Esta arquitectura es del tipo cliente – servidor ya que los programas de aplicación son contemplados por el sistema operativo como si fueran clientes a los que hay que servir, y para lo cual viene equipado con distintas entidades servidoras.
Ya creado este diseño las demás versiones que le sucedieron a Windows NT fueron tomando esta arquitectura como base y le fueron adicionando nuevos componentes.
Uno de las características que Windows comparte con el resto de los Sistemas Operativos avanzados es la división de tareas del Sistema Operativo en múltiples categorías, las cuales están asociadas a los modos actuales soportados por los microprocesadores. Estos modos proporcionan a los programas que corren dentro de ellos diferentes niveles de privilegios para acceder al hardware o a otros programas que están corriendo en el sistema. Windows usa un modo privilegiado (Kernel) y un modo no privilegiado (Usuario).
Uno de los objetivos fundamentales del diseño fue el tener un núcleo tan pequeño como fuera posible, en el que estuvieran integrados módulos que dieran respuesta a aquellas llamadas al sistema que necesariamente se tuvieran que ejecutar en modo privilegiado (modo kernel). El resto de las llamadas se expulsarían del núcleo hacia otras entidades que se ejecutarían en modo no privilegiado (modo usuario), y de esta manera el núcleo resultaría una base compacta, robusta y estable.
El Modo Usuario es un modo menos privilegiado de funcionamiento, sin el acceso directo al hardware. El código que corre en este modo sólo actúa en su propio espacio de dirección. Este usa las APIs (System Application Program Interfaces) para pedir los servicios del sistema.
El Modo Kernel es un modo muy privilegiado de funcionamiento, donde el código tiene el acceso directo a todo el hardware y toda la memoria, incluso a los espacios de dirección de todos los procesos del modo usuario. La parte de WINDOWS que corre en el modo Kernel se llama Ejecutor de Windows, que no es más que un conjunto de servicios disponibles a todos los componentes del Sistema Operativo, donde cada grupo de servicios es manipulado por componentes que son totalmente independientes (entre ellos el Núcleo) entre sí y se comunican a través de interfaces bien definidas.
Todos los programas que no corren en Modo Kernel corren en Modo Usuario. La mayoría del código del Sistema Operativo corre en Modo Usuario, así como los subsistemas de ambiente (Win32 y POSIX que serán explicados en capítulos posteriores) y aplicaciones de usuario. Estos programas solamente acceden a su propio espacio de direcciones e interactúan con el resto del sistema a través de mensajes Cliente/Servidor.

ARQUITECTURA DE LINUX 
La arquitectura interna de Linux es compleja pero se puede resumir las partes importántes de forma breve y fácil de entender.
PROCESOS
Linux se organiza en procesos, que son tareas independientes que se ejecutan de forma simultánea mientras el sistema está en funcionamiento. Los procesos cuelgan unos de otros en una dependencia padre/hijo. Inicialmente al arrancar el sistema sólo existe un proceso, llamado init. Init lee los ficheros de configuración de arranque presentes en el directorio /etc y va creando procesos hijos. Estos a su vez tendrán sus propios hijos formando un árbol de descendientes. Los procesos en ejecución se encuentran alojados en la memoria rápida RAM del sistema. Cuando se habla de ejecutar o lanzar o arrancar un proceso, nos estámos refiriendo al proceso de leer un fichero almacenado en el disco duro que contiene las instrucciones del programa, colocando las mismas en la memoria RAM y a continuación empezando a ejecutar las instrucciones del programa ya en RAM.
USUARIOS 
Linux está diseñado para ser utilizado por varios usuarios simultáneamente. Aun cuando el sistema sólo vaya a ser utilizado por un único usuario, como es el caso corriente hoy en día, en general internamente Linux utilizará varios usuarios 'robots' para organizar mejor y de forma más segura el sistema. Linux siempre tiene un superusuario llamado 'root' ('raíz' traducido). En el siguiente párrafo se explica el por qué crea varios usuarios en vez de uno único.
Cada uno de los procesos pertenece a un usuario y en función del usuario asociado, dicho proceso tendrá unos permisos u otros. Un proceso en ejecución puede cambiar su usuario asociado si tiene los permisos suficientes para hacerlo. En general sólo tendrá permisos para cambiar de usuario cuando el usuario actual asociado al proceso sea 'root'. El proceso inicial Init se ejecuta con el usuario asociado 'root' lo cual le confiere permisos totales sobre la máquina. En general cuando Init ejecute sus procesos hijos lo hará asociandolos a usuarios distintos cuyos permisos se reduzcan a los esenciales para ejecutar la tarea para la cual están diseñado.
FICHEROS
Los procesos acceden al hardware y a otros recursos como la conexión de red a internet o los datos almacenados en disco a través de un sistema de ficheros. Todas las entradas y salidas de datos desde/hacia procesos se realiza a través de ficheros. P.ej, para acceder a la tarjeta gráfica de vídeo lo hará leyendo y escribiendo en:
/dev/video/card0    
  ^     ^    ^
  │     │    └── Tarjeta 0 (podría haber más de una tarjeta de video en el sistema)
  │     │                                  
  │     └── Subdirectorio/carpeta video      
  │                                          
  └── Abreviatura de device (dispositivo)
Mientras que para acceder a un documento de texto almacenado en su disco duro lo hará accediento a una ruta similar a:
 /home/usuario1/documento1.odf
  ^     ^        ^
  │     │        └── Documento que queremos leer/editar.
  │     │                                  
  │     └── Subdirectorio/carpeta usuario1 (puede haber muchos usuarios)
  │                                          
  └── Directorio reservado para los ficheros de los usuarios finales
 
En general un mismo proceso puede acceder simultáneamente a varios ficheros y a su vez un mismo fichero puede ser accedido simultáneamente por varios procesos como se vé en el esquema siguiente:
 ARBOL DE PROCESOS                                   FICHEROS Y DIRECTORIOS
 ==========================================================================
 procesoInicial(Init)                                /bin/Init
    │  
    ├── proc.Hijo1 ───────────────────▇───────────── /bin/proc.Hijo1
    │      ├── proc.Hijo1.1 ──────────┼─▇─────────── /bin/proc.Hijo1.1
    │      └── proc.Hijo1.2 ──────────┼─┼─▇───────── /bin/proc.Hijo1.2
    ├── proc.Hijo2 ───────────────────┼─┼─┼─▇─────── /bin/proc.Hijo2
    │      ├── proc.Hijo2.1 ──────────┼─┼─┼─┼─▇───── /bin/proc.Hijo2.1
    │      └── proc.Hijo2.2 ──────────┼─┼─┼─┼─┼─▇─── /bin/proc.Hijo2.2
    ├── proc.Hijo3 ───────────────────┼─┼─┼─┼─┼─┼─▇─ /bin/proc.Hijo3
    │      └── proc.Hijo3.1 ──────────┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─ /bin/proc.Hijo3.1
    │               └── proc.Hijo3.1.1┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─ /bin/proc.Hijo3.1.1
    ├── proc.Hijo4                    │ │ │ │ │ │ │  ...
    ...                               ▇─▇─▇─▇─▇─▇─▇─ /
                                      ▇─▇─▇─┼─┼─┼─┼─ /dev/pts/0  
                                      ┼─┼─┼─▇─▇─▇─┼─ /dev/pts/1  
                                      ┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─ /dev/pts/2  
                                      ┼─▇─┼─┼─▇─┼─┼─ /etc/passwd  
                                      ┼─┼─▇─┼─┼─▇─┼─ /dev/snd/controlC0  
                                      ▇─▇─▇─▇─▇─▇─▇─ /dev/null
                                      ▇─┼─▇─┼─▇─▇─▇─ /lib/i686/libc-2.11.so  
                                      ...                                   
En el esquema anterior puede verse como por ejemplo todos los procesos (lado izquierdo) tienen acceso a '/', la raíz del sistema así como a /dev/null. Cada proceso tiene acceso también a su imagen en el disco duro desde donde se leen el mismo antes de volcarla a memoria RAM.
A continuación se muestra un ejemplo real del árbol de procesos hasta llegar al proceso navegador firefox:
USUARIO  PROCESO
root     /sbin/init [5]
...
root      \_ /usr/sbin/gdm-binary
usuario1       \_ /etc/X11/X            
usuario1            \_ gnome-panel
usuario1                \_ /usr/bin/firefox   

En el esquema anterior se puede observar como el proceso inicial init lanzará entre otros el proceso gdm-binary que es el encargado de autentificarnos con nuestro usuario y password. A continuación ejecutará el entorno gráfico X. Dentro de X se ejecutarán una serie de aplicaciones, p.ej, el relog mostrando la hora o el administrador de archivos. En el esquema anterior se muestra sólamente la aplicación gnome-panel, una pequeña barra colocada en el lateral del monitor y que sirve para que el usuario pueda indicarle al sistema qué otras tareas (procesos) quiere ejecutar a continuación pulsando sobre un icóno gráfico asociado a la misma. En este caso se ejecutó él navegador web firefox. Como puede observarse en el esquema firefox se ejecuta asociado al usuario1 y por tanto con los permisos restringidos del mismo ya que es hijo de gnome-panel que a su vez es hijo de X y que fué ejecutado como usuario1 por el gestor de sesiones una vez identificados correctamente con nuestro usuario y password. Si mientras navegamos por internet un virus se colase en nuestro navegador entonces el esquema anterior quedaría como:
USUARIO  PROCESO
root     /sbin/init [5]
...
root      \_ /usr/sbin/gdm-binary
usuario1       \_ /etc/X11/X            
usuario1            \_ gnome-panel
usuario1                \_ /usr/bin/firefox   
usuario1                    \_ /home/usuario1/MiVirusFavorito
MiVirusFavorito estaría muy limitado y sólo podría acceder a ficheros del usuario1, es decir aquellos situados dentro de la carpeta /home/usuario1/. Puesto que no tiene acceso a los ficheros de arranque si reiniciamos la máquina el virus morirá ya que 'init' jamás ejecutará el fichero /home/usuario1/MiVirusFavorito. Por otro lado puesto que otras máquinas sólo permanecerán infectadas mientras el virus esté en funcionamiento la posibilidad de que dicha máquina 'zoombie' nos ataque será muy reducida. Este sistema de seguridad no transforma a Linux en un sistema invencible pero sí mucho más complicado de infectar que otros sistemas operativos. 



FUNCIONES DEL NÚCLEO O KERNEL

En general el kernel o núcleo  se encarga de :

  • La comunicación entre los programas que solicitan recursos y el hardware.

  • Gestión de los distintos programas informáticos (tareas) de una máquina.
  • Gestión del hardware (memoria, procesador, periférico, forma de almacenamiento, etc.)

Los núcleos tienen como funciones básicas garantizar la carga y la ejecución de los procesos, las entradas/salidas y proponer una interfaz entre el espacio núcleo y los programas del espacio del usuario.
Aparte de las funcionalidades básicas, el conjunto de las funciones de los puntos siguientes (incluidos los pilotos materiales, las funciones de redes y sistemas de ficheros o los servicios) necesariamente no son proporcionados por un núcleo de sistema de explotación. Pueden establecerse estas funciones del sistema de explotación tanto en el espacio usuario como en el propio núcleo. Su implantación en el núcleo se hace en el único objetivo de mejorar los resultados. En efecto, según la concepción del núcleo, la misma función llamada desde el espacio usuario o el espacio núcleo tiene un coste temporal obviamente diferente. Si esta llamada de función es frecuente, puede resultar útil integrar estas funciones al núcleo para mejorar los resultados.

SISTEMA DE ARCHIVOS

Un sistema de archivos son los métodos y estructuras de datos que un sistema operativo utiliza para seguir la pista de los archivos de un disco o partición; es decir, es la manera en la que se organizan los archivos en el disco. El término también es utilizado para referirse a una partición o disco que se está utilizando para almacenamiento, o el tipo del sistema de archivos que utiliza. Así uno puede decir “tengo dos sistemas de archivo” refiriéndose a que tiene dos particiones en las que almacenar archivos, o que uno utiliza el sistema de “archivos extendido”, refiriéndose al tipo del sistema de archivos.

La diferencia entre un disco o partición y el sistema de archivos que contiene es importante. Unos pocos programas (incluyendo, razonablemente, aquellos que crean sistemas de archivos) trabajan directamente en los sectores crudos del disco o partición; si hay un archivo de sistema existente allí será destruido o corrompido severamente. La mayoría de programas trabajan sobre un sistema de archivos, y por lo tanto no utilizarán una partición que no contenga uno (o que contenga uno del tipo equivocado).

Antes de que una partición o disco sea utilizada como un sistema de archivos, necesita ser iniciada, y las estructura de datos necesitan escribirse al disco. Este proceso se denomina construir un sistema de archivos.

domingo, 17 de abril de 2011

CARGADORES DE ARRANQUE PARA GNU / LINUX

LILO

es un gestor de arranque que permite elegir, entre sistemas operativos Linux y otras plataformas, con cual se ha de trabajar al momento de iniciar un equipo con mas de un sistema operativo disponible. Fue desarrollado inicialmente por Werner Almesberger, actualmente está a cargo de John Coffman.
LILO funciona en una variedad de sistemas de archivos y puede arrancar un sistema operativo desde el disco duro o desde un disco flexible externo . LILO permite seleccionar entre 16 imágenes en el arranque. LILO puede instalarse también en el master boot record (MBR).
Al iniciar el sistema LILO solamente puede acceder a los drivers de la BIOS para acceder al disco duro. Por esta razón en BIOS antiguas el área de acceso está limitado a los cilindros numerados de 0 a 1023 de los dos primeros discos duros. En BIOS posteriores LILO puede utilizar sistemas de acceso de 32 bits permitiéndole acceder a toda el área del disco duro.
GRUB

GNU GRUB (abreviatura de GNU GRand Unified Bootloader) es un paquete de gestor de arranque del Proyecto GNU. GRUB es la implementación de referencia de especificación de arranque multiple, lo que proporciona al usuario la opción de un arranque de múltiples sistemas operativos instalados en un ordenador oseleccionar una configuración del núcleoespecífico disponible en particiones de un sistema operativo en particular.
GNU GRUB se desarrolló a partir de un paquetellamado el Grand Unified Bootloader (un juego de gran teoría unificada.) Se utiliza principalmente para sistemas tipo Unix. Elsistema operativo GNU usa GNU GRUB comosu gestor de arranque, al igual que la mayoría de distribuciones Linux. El sistema operativo Solaris se utiliza GRUB como su gestor de arranque en los sistemas x86 de partida de la versión Solaris 10 1 / 06.