Tabla de contenido

• Introducción
• 1. El kernel de Linux: base de estabilidad
• 2. Gestor de arranque: Cómo poner en marcha el sistema
• 3. Inicialización del sistema: cómo darle vida al sistema operativo
• 4. Gestión de controladores y hardware
• 5. Sistema de archivos y E/S
• 6. Interfaz gráfica de usuario (GUI)
• 7. Shell e interacción con el usuario
• 8. Conclusión: reflexiones finales sobre el desarrollo del sistema operativo Linux

Introducción

Construir un sistema operativo basado en Linux es un viaje de configuración y personalización, pero con gran parte del trabajo preliminar ya establecido. Linux, como sistema operativo, ha evolucionado para brindar flexibilidad, estabilidad y un inmenso apoyo comunitario. Pero si bien puede parecer un atajo en comparación con el desarrollo de un sistema operativo totalmente personalizado desde cero, todavía hay muchas partes móviles y detalles intrincados que debes considerar.

Aquí, lo guiaré a través de los pasos principales para desarrollar un sistema operativo basado en Linux. Desde trabajar con el kernel hasta configurar controladores, agregar una GUI y configurar un shell de usuario, hay mucho en lo que sumergirse. A lo largo del camino, destacaré los aspectos únicos del desarrollo del sistema operativo Linux.

1. El kernel de Linux: base de estabilidad

El kernel de Linux es el corazón de cualquier sistema operativo basado en Linux. Es un software potente y bien mantenido que administra los recursos del sistema, maneja la administración de la memoria y supervisa la programación de procesos. Al utilizar el kernel de Linux, confía en décadas de desarrollo, pruebas y mejoras de una de las comunidades de código abierto más grandes del mundo.

Con Linux, el diseño modular del kernel le permite adaptar su sistema a casos de uso específicos. Ya sea que necesite optimizar para un entorno de servidor, un sistema de escritorio o un dispositivo integrado, el kernel se puede configurar en consecuencia.

En un sistema operativo típico basado en Linux, interactúas con el kernel a través de llamadas al sistema. Estas son interfaces entre las aplicaciones del espacio de usuario y el kernel.

// Example of a simple Linux system call
int result = fork();  // Create a new process
if (result == 0) {
    execl("/bin/ls", "ls", NULL);  // Execute the 'ls' command
}

La configuración del kernel generalmente se realiza usando herramientas como make menuconfig, donde puedes habilitar o deshabilitar los módulos del kernel según las funciones que necesites.

2. Gestor de arranque: poner en marcha el sistema

Cada sistema operativo necesita una forma de pasar del encendido a la ejecución del kernel, y ahí es donde entra en juego el gestor de arranque. En el caso de los sistemas basados ​​en Linux, la mayoría de la gente confía en GRUB (Grand Cargador de arranque unificado). GRUB simplifica el proceso al proporcionar una interfaz que carga el kernel y le transfiere el control.

La configuración de GRUB normalmente implica editar un archivo grub.cfg, que le indica a GRUB dónde encontrar el kernel y qué opciones pasarle. No es necesario sumergirse en la carga de arranque a nivel de ensamblador, lo que hace la vida mucho más fácil.

# Sample GRUB configuration snippet
menuentry "Erfan Linux" {
    set root=(hd0,1)
    linux /vmlinuz root=/dev/sda1 ro quiet
    initrd /initrd.img
}

3. Inicialización del sistema: cómo darle vida al sistema operativo

Después de que el kernel toma el control, el siguiente paso importante es la inicialización del sistema. Aquí es donde entran en juego sistemas init como systemd, SysVinit o runit. El sistema de inicio es responsable de iniciar todos los servicios necesarios, configurar el entorno del sistema y arrancar el sistema operativo a un estado utilizable.

En Linux, systemd se ha convertido en el sistema de inicio estándar. Gestiona procesos, servicios, registros y más. Por ejemplo, cuando ejecuta un comando como systemctl start apache2, es systemd el que se encarga de iniciar el servidor web Apache y garantizar que siga funcionando.

Aquí hay una configuración de servicio muy simple para systemd:

[Unit]
Description=My Custom Service

[Service]
ExecStart=/usr/bin/my_custom_service

[Install]
WantedBy=multi-user.target

Sin un sistema de inicio como systemd, estaría manejando la inicialización del proceso manualmente, lo que implica una administración del sistema de más bajo nivel, la creación de mecanismos de control de procesos y el manejo de dependencias de servicios.

4. Gestión de controladores y hardware

Una de las partes más complicadas de la creación de cualquier sistema operativo es administración de hardware. Con un sistema operativo basado en Linux, está trabajando con un kernel que ya incluye soporte para una amplia gama de dispositivos de hardware, desde interfaces de red hasta controladores de almacenamiento y dispositivos de entrada. Muchos controladores ya están incluidos con el kernel y los controladores adicionales se pueden cargar dinámicamente.

Por ejemplo, puede cargar un controlador para un dispositivo específico usando el comando modprobe:

modprobe i915  # Load Intel graphics driver

Linux también utiliza el administrador de dispositivos udev para detectar cambios de hardware sobre la marcha y cargar los controladores apropiados. Esto hace que la administración del hardware sea mucho más sencilla en comparación con escribir controladores de dispositivos desde cero.

Pero, como siempre, no todos los controladores vienen incluidos con el kernel de Linux. A veces, necesitarás compilar e instalar controladores de terceros, especialmente para hardware propietario o de última generación.

5. Sistema de archivos y E/S

El sistema de archivos es la columna vertebral de cualquier sistema operativo. Es donde el sistema operativo almacena todos sus datos, desde archivos de configuración del sistema hasta documentos de usuario. Con los sistemas basados ​​en Linux, puede elegir entre varios sistemas de archivos como ext4, Btrfs y XFS.

La elección del sistema de archivos adecuado depende de sus necesidades. Ext4 es el más común y confiable, mientras que Btrfs ofrece funciones avanzadas como tomas de instantáneas y comprobaciones de integridad de datos.

Para montar un sistema de archivos en Linux, es tan simple como ejecutar un comando como este:

mount /dev/sda1 /mnt

Además de esto, deberás asegurarte de que tu sistema operativo maneje las operaciones básicas de E/S de archivos de manera eficiente, utilizando llamadas al sistema como read(), write() y open().

6. Interfaz gráfica de usuario (GUI)

Cuando pasa de un entorno de servidor sin cabeza a una computadora de escritorio o estación de trabajo, necesita una interfaz gráfica de usuario (GUI). Para sistemas basados ​​en Linux, esto generalmente significa instalar X11 o Wayland para el servidor de visualización y agregar un entorno de escritorio como GNOME o KDE.

Configurar una GUI en un sistema operativo basado en Linux es bastante sencillo. Puede utilizar administradores de paquetes para instalar el entorno de escritorio y el servidor de visualización y luego configurarlos para que se inicien en el arranque. Por ejemplo, para instalar GNOME en Ubuntu, simplemente ejecutaría:

sudo apt install ubuntu-gnome-desktop

Una vez instalado, el usuario puede iniciar sesión e interactuar con el sistema a través de ventanas, menús y aplicaciones gráficas.

7. Shell e interacción con el usuario

En el corazón de cualquier sistema Linux se encuentra el shell. Ya sea Bash, Zsh u otra variante de shell, aquí es donde la mayoría de los usuarios interactuarán con el sistema, ejecutarán comandos y administrarán archivos.

Aquí hay un ejemplo de una interacción básica de shell:

# Creating a new directory
mkdir /home/user/new_directory

# Listing contents of the directory
ls -la /home/user

Además de una interfaz de línea de comandos (CLI), muchos sistemas operativos basados ​​en Linux también incluyen emuladores de terminal en sus GUI para aquellos que desean la potencia del shell con la comodidad de un entorno gráfico.

8. Conclusión: reflexiones finales sobre el desarrollo del sistema operativo Linux

Desarrollar un sistema operativo basado en Linux tiene una ventaja significativa: no es necesario empezar desde cero. El kernel de Linux maneja la funcionalidad central del sistema, GRUB administra el proceso de arranque y systemd maneja la inicialización. Sin embargo, esto no significa que el trabajo sea fácil. Aún necesita configurar, optimizar e integrar estos componentes para crear un sistema operativo fluido y fácil de usar.

El proceso de creación de un sistema operativo basado en Linux consiste en encontrar el equilibrio entre la personalización para su caso de uso específico y aprovechar el inmenso poder del ecosistema Linux. Ya sea que esté creando un sistema operativo liviano para sistemas integrados o un entorno de escritorio rico en funciones, el viaje está lleno de su propio conjunto de desafíos.

Pero bueno, si fuera fácil, todos lo estarían haciendo, ¿verdad??