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'.
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.
El kernel
Comentaba anteriormente que el primer proceso en ejecutarse el init. En realidad esto no ha sido más que una mentira con fines pedagógicos. El primer proceso en ejecutarse es el Kernel. El kernel hace de frontera entre el software y el hardware. Para nuestra CPU, el kernel es un programa de software como cualquier otro (o casi como cualquier otro) pero para el resto de procesos, init incluido, el kernel se comporta como si fuese hardware. Cuando un proceso quiere acceder al hardware no lo hace directamente, sino que se lo pide al kernel. El kernel hace de interlocutor entre procesos y hardware. Si varios procesos quieren acceder al disco duro o a Internet, el kernel asignará un tiempo a cada uno de ellos, copiará los datos que cada proceso quiere enviar y los enviará al disco duro o a la red. También es el kernel el encargado de distribuir el tiempo de CPU asignado a cada proceso. Linux es un sistema multiproceso debido a que, aun disponiendo de un único procesador, Linux es capaz de ejecutar simultáneamente varias tareas haciendo rotar el propietario de la CPU cada fracción de segundo. En realidad puede asignar el control de la CPU a un nuevo proceso entre 100 o 1000 veces por segundo, dependiendo de la potencia de la CPU. Para un ser humano da la impresión de que todas las tareas se están ejecutando de forma simultánea. Este sistema de asignación de la CPU es clave y está extremadamente estudiado y optimizado. P.ej, Linux es lo suficientemente inteligente como para saber qué procesos están a la espera de recibir un dato de internet y, mientras este dato no llegue, no le asignará el valioso tiempo de CPU. Desde hace unos años a esta parte, los procesadores han desarrollado sistemas de ahorro de energía permitiendo disminuir la frecuencia, potencia o ciclo de trabajo de la CPU cuando no hay tareas que hacer. Linux está al tanto de este hecho y si observa que no hay aplicaciones demandando la CPU automáticamente le indica al procesador que disminuya el consumo de energía.
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).
