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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.

EN LA PRÁCTICA Revisión del funcionamiento del hardware

Puede ser complicado revisar que una porción de hardware funciona. Por el otro lado, probar que no funciona a veces es muy simple.
Un disco duro está hecho de platos giratorios y cabezas magnéticas móviles. Cuando se enciende un disco duro, el motor de las placas genera un zumbido característico. También disipa energía en forma de calor. Por lo tanto, un disco duro que se mantiene frío y silencioso al encender está roto.
Las tarjetas de red frecuentemente incluyen LEDs que muestran el estado del enlace. Si tiene un cable conectado que lleva a un switch o hub de red funcional, al menos un LED estará encendido. Si ningún LED enciende, la tarjeta en sí, el dispositivo de red o el cable entre ellos tiene una falla. El siguiente paso, obviamente, es probar cada componente de forma individual.
Algunas placas opcionales — especialmente las tarjetas de video 3D — incluyen dispositivos de enfriamiento como disipadores de calor y/o ventiladores. Si el ventilador no gira aún cuando se enciende la tarjeta, una explicación posible es el sobrecalentamiento de la tarjeta. Esto también es aplicable a el o los procesadores principales ubicados en la placa principal.

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 hardware y software no ocurre por sí sola. Cuando el ordenador se enciende por primera vez, se requiere cierta configuración inicial. Esta función la asume el BIOS o UEFI, una pieza de software integrada en la placa principal que se ejecuta automáticamente al encenderse. Su tarea principal es buscar el software al que pueda ceder el control. Por lo general, como habrás aprendido en Sección 9.1, “Arranque del sistema”, en el caso de la BIOS, esto implica buscar el primer disco duro con un sector de arranque (también conocido como sector de arranque). Registro de arranque principalo MBR), cargando ese sector de arranque y ejecutándolo. A partir de ese momento, la BIOS no suele intervenir (hasta el siguiente arranque). En el caso de UEFI, el proceso implica escanear los discos para encontrar una partición EFI dedicada que contenga más aplicaciones EFI para ejecutar.

HERRAMIENTA «Setup», la herramienta de configuración del BIOS/UEFI

La BIOS/UEFI también contiene un software llamado Setup, diseñado para permitir configurar aspectos del ordenador. En particular, permite elegir el dispositivo de arranque preferido (por ejemplo, puedes seleccionar una memoria USB o una unidad de CD-ROM en lugar del disco duro predeterminado), configurar el reloj del sistema, etc. Para iniciar la instalación, normalmente hay que pulsar una tecla poco después de encender el ordenador. Esta tecla suele ser Del o Esc, a veces F2, F5, F8, o F10. La mayoría de las veces, la elección aparece en pantalla durante el arranque. Si no es así, lo mejor es que consultes el manual de tu placa base o de tu ordenador.
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.

NOTE UEFI, un reemplazo moderno a la BIOS

La BIOS (que significa Basic Input/Output System) es un software que se incluye en la placa base -la placa electrónica que conecta todos los periféricos- y se ejecuta al arrancar el ordenador, con el fin de cargar un sistema operativo (a través de un gestor de arranque adaptado). Permanece en segundo plano para proporcionar una interfaz entre el hardware y el software (en nuestro caso, el kernel de Linux).
En 2005/2006 se publicó su sucesora, la especificación UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). Esta especificación define una interfaz que tiene el mismo propósito que la BIOS, pero intenta ofrecer más facilidad de uso, extensibilidad y flexibilidad, una interfaz gráfica de usuario y compatibilidad real con 64 bits. Y se deshizo de algunas de las limitaciones del arranque de la BIOS: con el uso de una partición dedicada, los cargadores de arranque ya no necesitan trucos especiales para encajar un diminuto master boot record y luego descubrir el kernel para arrancar. Incluso mejor, con un kernel Linux adecuadamente construido, UEFI puede arrancar directamente el kernel sin ningún gestor de arranque intermediario. UEFI es también el fundamento básico utilizado para ofrecer Secure Boot, una tecnología que garantiza que sólo se ejecuta software validado por el proveedor del sistema operativo.
Hoy en día, la mayoría de los ordenadores nuevos arrancan en modo UEFI de forma predeterminada, pero normalmente también admiten el arranque desde BIOS para compatibilidad con sistemas operativos que no están preparados para utilizar UEFI. Esto se denomina Módulo/Modo de Soporte de Compatibilidad (CSM). Pero, varios fabricantes han anunciado que dejarán de dar soporte al modo BIOS heredado en su implementación de UEFI, o ya lo han hecho. Esta transición, sin embargo, no ha estado exenta de discusiones ni de críticas.
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

Tanto el BIOS/UEFI como el gestor de arranque sólo ejecutan por unos segundos cada uno; ahora llegamos al primer software que ejecuta por más tiempo: el núcleo del sistema operativo. Este núcleo asume el rol del director en una orquesta y asegura la coordinación entre el hardware y el software. Este papel involucra varias tareas que incluyen: administrar el hardware, gestionar procesos, usuarios y permisos, el sistema de archivos, etc. El núcleo provee una base común a todos los otros programas en el sistema.

B.3.4. El espacio de usuario

Si bien todo lo que ocurre fuera del núcleo puede agruparse bajo el nombre «espacio de usuario», todavía podemos separarlo en capas de software. Sin embargo, sus interacciones son más complejas que antes y la clasificación puede no ser tan simple. Una aplicación normalmente utiliza bibliotecas, que a su vez involucran al núcleo, pero la comunicación también puede involucrar otros programas o inclusive bibliotecas que interactúan entre sí.