Arquitectura del sistema Linux¶

Este módulo explica cómo funciona Linux internamente, desde que enciendes la máquina hasta que tienes un sistema operativo completamente funcional.

Entender esto es clave para hacer troubleshooting.

Visión general¶

Un sistema Linux se divide en dos grandes partes:

Kernel space¶

Núcleo del sistema
Acceso directo al hardware
Máximo privilegio

User space¶

Programas y procesos del usuario
Shell, servicios, aplicaciones

Ambos se comunican mediante syscalls (system calls)

Componentes principales¶

Kernel¶

El núcleo del sistema operativo. Se encarga de:

Gestión de CPU (scheduler)
Gestión de memoria
Control de dispositivos (drivers)
Sistema de archivos
Red

User space¶

Incluye todo lo que ejecutas:

Shell (bash)
Comandos (ls, cp, etc.)
Servicios (nginx, ssh)
Aplicaciones

System calls¶

Son la interfaz entre user space y kernel.

Ejemplo:

Cuando haces ls, el sistema usa syscalls para leer el filesystem

Proceso de arranque (Boot process)¶

El arranque de Linux sigue esta secuencia:

1. BIOS / UEFI¶

Inicializa el hardware
Busca un dispositivo de arranque

2. Bootloader (GRUB)¶

Carga el kernel en memoria
Permite elegir sistema operativo
Puede pasar parámetros al kernel

Archivo clave:

/boot/grub/grub.cfg

3. Kernel¶

Se descomprime
Inicializa hardware
Monta el sistema de archivos raíz (/)
Lanza el primer proceso

4. Init system (systemd)¶

El primer proceso del sistema:

PID 1

Responsabilidades:

Arrancar servicios
Gestionar dependencias
Mantener el sistema funcionando

Hoy en día, el estándar es systemd

Init systems¶

sysvinit (antiguo)¶

Scripts en /etc/init.d
Arranque secuencial

systemd (actual)¶

Arranque paralelo
Más rápido y controlable
Usa unidades (units)

systemd (conceptos básicos)¶

Tipos de unidades:

.service → servicios
.target → estados del sistema
.mount → montajes
.timer → tareas programadas

Comandos clave:

systemctl start nginx
systemctl stop nginx
systemctl status nginx
systemctl enable nginx

Procesos y jerarquía¶

Todos los procesos en Linux forman un árbol:

init (PID 1)
 ├─ sshd
 ├─ nginx
 ├─ bash
 │   └─ vim

Cada proceso tiene:

PID (Process ID)
PPID (Parent Process ID)

Gestión de CPU (scheduler)¶

El kernel decide:

Qué proceso se ejecuta
Durante cuánto tiempo

Conceptos clave:

Prioridad
nice / renice
multitarea

Gestión de memoria¶

Linux gestiona:

RAM
Swap (memoria en disco)

Conceptos:

Memoria virtual
Paginación
OOM Killer (mata procesos si falta memoria)

Sistema de archivos¶

El kernel:

Gestiona lectura/escritura
Usa drivers de filesystem (ext4, xfs, etc.)

Todo se monta en:

Stack de red¶

El kernel también maneja:

Interfaces de red
TCP/IP
Sockets

Herramientas como ping o ssh usan esto

Niveles de privilegio¶

root (UID 0) → control total
Usuarios normales → acceso limitado

El kernel impone seguridad entre procesos

Puntos críticos para sysadmins¶

Si falla el bootloader¶

→ el sistema no arranca

Si falla el kernel¶

→ kernel panic

Si falla systemd¶

→ servicios no arrancan

Si falla PID 1¶

→ sistema inutilizable

Ejercicios prácticos¶

Ver procesos en árbol¶

ps aux --forest

Ver PID 1¶

ps -p 1 -o pid,comm,args

Ver kernel¶

uname -a

Ver tiempo de arranque¶

systemd-analyze

Mentalidad¶

Cuando algo falla, piensa:

¿Es hardware?
¿Es kernel?
¿Es systemd?
¿Es un servicio?

Diagnosticar = entender la arquitectura

Resumen¶

Linux se divide en kernel space y user space
El kernel controla todo el sistema
systemd gestiona servicios
El boot sigue una secuencia clara
Todo está interconectado

Siguiente paso¶

En el siguiente módulo entrarás en:

Sistema de archivos (filesystem.md)

Donde verás:

Cómo está organizado Linux
Qué significa cada directorio
Cómo navegar el sistema correctamente