Estructura de Sistemas Operativos y Boot Manager

Estructura Básica de Sistemas Operativos (Ubuntu, Debian, Windows)

La estructura básica de sistemas operativos modernos como Ubuntu, Debian (en el cual se basa Ubuntu) y Windows comparten similitudes fundamentales a pesar de sus diferentes implementaciones y filosofías. 

Estructura de un Sistema Operativo:

A un alto nivel, un sistema operativo puede visualizarse en capas, aunque la rigidez de estas capas puede variar:

1. Hardware: Es la computadora física, incluyendo la CPU, memoria (RAM), dispositivos de almacenamiento (HDD, SSD), dispositivos de entrada/salida (teclado, ratón, monitor) y periféricos.
2. Kernel (Núcleo): Es el corazón del sistema operativo. Es el programa que se ejecuta en todo momento y tiene control completo sobre el hardware. Sus responsabilidades principales incluyen:
   • Gestión de Procesos: Creación, planificación y finalización de procesos (programas en ejecución).
   • Gestión de Memoria: Asignación y desasignación de memoria a los procesos, gestión de la memoria virtual.
   • Gestión del Sistema de Archivos: Organización, almacenamiento y recuperación de archivos y directorios.
   • Gestión de Dispositivos: Comunicación y control de dispositivos de hardware a través de controladores de dispositivo.
   • Gestión de Entrada/Salida (E/S): Manejo de la transferencia de datos entre el sistema y dispositivos externos.
   • Seguridad: Implementación de mecanismos para la autenticación y autorización de usuarios, y protección de los recursos del sistema.
3. Llamadas al Sistema: Son la interfaz a través de la cual los programas de nivel de usuario solicitan servicios al kernel. Proporcionan una forma controlada y segura para que las aplicaciones interactúen con el hardware y las funcionalidades principales del sistema operativo.
4. Bibliotecas del Sistema/APIs: Son colecciones de funciones pre-escritas que proporcionan una interfaz de nivel superior para que las aplicaciones interactúen con el sistema operativo. A menudo envuelven las llamadas al sistema de una manera más conveniente y fácil de usar.
5. Espacio de Usuario/Aplicaciones: Es la capa donde se ejecutan las aplicaciones de usuario (como navegadores web, suites de oficina, juegos) y las utilidades del sistema (como shells de línea de comandos, administradores de archivos). Estos programas tienen acceso restringido al hardware y dependen de las llamadas al sistema y las bibliotecas para realizar operaciones privilegiadas.

¿Qué tienen en común Ubuntu, Debian y Windows?

A pesar de sus diferencias en el kernel (basado en Linux vs. kernel NT), interfaz de usuario y filosofía, estos sistemas operativos comparten estos componentes y funcionalidades centrales:

• Kernel: Los tres tienen un kernel central responsable de la gestión de los recursos del sistema.
• Gestión de Procesos: Todos gestionan la ejecución de múltiples programas de forma concurrente.
• Gestión de Memoria: Manejan la asignación y el uso de la memoria del sistema.
• Sistema de Archivos: Proporcionan un sistema de archivos jerárquico para organizar los datos.
• Controladores de Dispositivo: Utilizan controladores para permitir la comunicación con varios dispositivos de hardware.
• Interfaz de Usuario: Ofrecen una forma para que los usuarios interactúen con el sistema, ya sea a través de una interfaz gráfica de usuario (GUI) o una interfaz de línea de comandos (CLI).
• Llamadas al Sistema: Las aplicaciones dependen de las llamadas al sistema para solicitar servicios al kernel.
• Características de Seguridad: Implementan mecanismos de seguridad para proteger el sistema y los datos del usuario.

 

¿Cómo crear un Boot Manager para ejecutar uno o varios sistemas operativos?

El proceso de crear un administrador de arranque desde cero es complejo e involucra programación de bajo nivel y una comprensión profunda del proceso de arranque del sistema. Sin embargo, la funcionalidad que buscas normalmente la manejan los cargadores de arranque existentes. Así es como funcionan y cómo puedes configurarlos:

La mayoría de los sistemas modernos utilizan un cargador de arranque (bootloader), que es un pequeño programa que se ejecuta inmediatamente después de que el firmware de la computadora (BIOS o UEFI) se inicializa. Su trabajo principal es presentar un menú de los sistemas operativos instalados y cargar el seleccionado en la memoria para su ejecución.

Estos son los cargadores de arranque comunes utilizados:

• GRUB (GNU GRand Unified Bootloader): Este es el cargador de arranque estándar para la mayoría de las distribuciones de Linux, incluyendo Ubuntu y Debian. Cuando instalas múltiples distribuciones de Linux o realizas un arranque dual con Windows, GRUB normalmente detecta los sistemas operativos instalados y crea un menú de arranque. Puedes configurar GRUB editando su archivo de configuración (generalmente /boot/grub/grub.cfg o archivos en /etc/default/grub y /etc/grub.d/). Después de editar, necesitas actualizar la configuración de GRUB (por ejemplo, usando sudo update-grub en Debian/Ubuntu).
• Administrador de Arranque de Windows (Windows Boot Manager): Cuando instalas Windows junto con otro sistema operativo, el Administrador de Arranque de Windows podría tomar el control del proceso de arranque. Se puede configurar utilizando herramientas como bcdedit (Edición de Datos de Configuración de Arranque) en el símbolo del sistema de Windows para agregar o modificar entradas de arranque para otros sistemas operativos.
• Menú de Arranque UEFI: Los sistemas modernos con firmware UEFI a menudo tienen su propio menú de arranque integrado. Por lo general, puedes acceder a este menú presionando una tecla específica durante el inicio (por ejemplo, F2, F12, Supr, Esc - la tecla varía según el fabricante). Esto te permite seleccionar directamente qué sistema operativo arrancar sin depender únicamente de un cargador de arranque basado en software.

Creación de un Administrador de Arranque Personalizado (Avanzado):

Si fueras a crear un administrador de arranque básico tú mismo, necesitarías:

1. Comprender el Proceso de Arranque: Aprender cómo el firmware de tu sistema (BIOS/UEFI) carga y ejecuta el código de arranque inicial.
2. Identificar los Sistemas Operativos Instalados: Escribir código para detectar las particiones y los sectores de arranque de los sistemas operativos instalados. Esto implica comprender las tablas de particiones y las estructuras del sistema de archivos.
3. Crear una Interfaz de Usuario: Desarrollar una forma de presentar un menú al usuario, permitiéndole seleccionar un sistema operativo (esto probablemente sería una interfaz basada en texto en las etapas iniciales del arranque).
4. Cargar y Ejecutar el Sistema Operativo Seleccionado: Implementar la lógica para cargar el kernel del sistema operativo elegido en la memoria y transferir el control a él. Esto requiere comprender los protocolos de arranque y los formatos ejecutables de cada sistema operativo.

En la práctica, crear un administrador de arranque personalizado rara vez es necesario para configuraciones típicas de arranque múltiple. Configurar y utilizar cargadores de arranque existentes como GRUB o el Administrador de Arranque de Windows, o utilizar el menú de arranque UEFI, son los enfoques estándar y mucho más simples.