El documento describe el proceso de arranque de un sistema operativo. Se inicia con la BIOS realizando comprobaciones del hardware. Luego carga el gestor de arranque (MBR, GRUB, etc.) que muestra las opciones de sistema operativo. Una vez elegido, carga el núcleo junto con controladores, monta particiones y ejecuta procesos iniciales como init para configurar el sistema y servicios.

1. 3613785-7169155339715-7169153531235603885365315522282154994275807085118009938663703320818642047618657609205360680065017654785995534733537996734384809PROCESO DE ARRANQUE DE UN SISTEMA OPERATIVOAsignatura: Sistemas OperativosDocente:Ing. Ángel Horna LoloyAlumna: Contreras Ulloa, Shirley Asunción.Ciclo:VISección:ATrujillo – Perú2010FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS<br />INTRODUCCIÓN<br />Siempre hemos tenido problemas con nuestra computadora principalmente se ha mencionado mucha veces que: “La computadora ya se colgó”, “No enciende la Computadora”, etc. Estos son problemas muy comunes, y pensamos que la principal causa es el hardware o software, pero no nos damos cuenta que en la actualidad el hardware cada vez viene más protegido y hay poca tendencia a su deterioro. Es por ello que los problemas mencionados principalmente se deben al proceso de carga.<br />Es de esta manera que debemos tener mayor conocimiento de cómo es el proceso correcto dependiendo del Sistema Operativo que cuenta la Computadora. Por ello este documento esta direccionado a aquellas personas que desconocen el proceso de carga de un Sistema Operativo. <br />PROCESO DE ARRANQUE DE UN SISTEMA OPERATIVO<br />Estos pasos a continuación son desde el momento del encendido de una Computadora:<br />Proceso de arranque de una PC<br />Windows XP:<br />Todo este proceso inicia al presionar el botón de encendido de la PC provoca que la fuente de alimentación eléctrica genere voltajes estables (lo cual tiene un cierto tiempo de demora) y dentro de los parámetros permisibles, por lo que típicamente se valen de una señal llamada Power Good indicándoles a los circuitos asociados al procesador que inicien sus operaciones, que estos piden instrucciones a la BIOS, luego se presenta una secuencia de pasos que son los siguientes:<br />Autotest de Encendido y carga de BIOS:<br />Se cargan las instrucciones contenidas en el POST (power-on self test o ‘autotest de encendido’) de la BIOS.<br />El POST hace unas comprobaciones básicas y toma la configuración del CMOS (complementary metal-oxide semiconductor o semiconductor complementario de óxido metálico).<br />Lectura del CMOS:<br />Son las instrucciones del CMOS las que determinan, entre otras cosas, el orden de los dispositivos de arranque. <br />Carga de MBR:<br />Durante este proceso se verifica cual es el primer dispositivo de arranque, si este es un disco duro, le pasará el control al MBR (master boot record).<br />El MBR está contenido en el primer sector físico del disco duro y es como una especie de índice que contiene toda nuestra tabla de particiones.<br />Este índice contiene un pequeño código ejecutable que se llama Master Boot Code. El MBR es el encargado de llevar a cabo las siguientes operaciones.<br />Busca en la tabla de particiones cual es la primera partición activa para transferirle el control. <br />Revisa cual es el sector de inicio de la partición que este configurada como activa. <br />Carga un copia del sector de inicio desde la partición activa en memoria y finalmente transfiere el control al código ejecutable del sector de inicio. <br />Sector Maestro de Arranque:<br />Una vez terminado el trabajo del MBR este transfiere el control al Sector de Arranque de nuestra partición activa en sistemas Windows (comúnmente “C”).<br />Nuestro sector de arranque asume las siguientes operaciones:<br />Las instrucciones de inicialización para CPU basada en x86 <br />La identificación original del fabricante de nuestro PC, en el caso de que nuestro sistema sea OEM. <br />La BIOS Parameter Block, BPB <br />la BIOS Parameter Block, Extendida. <br />El código ejecutable que inicia nuestro sistema operativo. <br />Unos parámetros incorrectos en la BPB impedirán la carga del Sistema Operativo y explican porque no podemos iniciar cualquier Windows si lo cambiamos de máquina, ya que la BPB se basa en parámetros físicos más que en parámetros lógicos.<br />NTLDR:<br />Ahora empiezan a intervenir los archivos propios del sistema operativo. En todos los sistemas con núcleo NT (por ejemplo WinXP o Windows 2000) el cargador se llama ntldr (de “nt loader”), y se encuentra en la partición activa.<br />El archivo ntldr es el encargado de leer el sistema de archivos tanto de una partición NTFS como de una FAT.<br />Lo primero que hace el ntldr es cargar un serie de controladores básicos de dispositivos que van embebidos en este archivo, justo a continuación lee la información contenida en el archivo boot.ini que se encuentra oculto en el directorio raíz de nuestro volumen de sistema, en XP (o un Sistema Operativo basado en núcleo NT) se le pasa el control al ntdetect.com que es el encargado de la detección del hardware instalado. <br />Nuestro archivo ntdetect.com¸ se encarga de cargar la información contenida en nuestro perfil de hardware y las envía para su inclusión a nuestro archivo de arranque ntldr, para ser agregadas en la clave del registro: HKEY_LOCAL_MACHINEARDWARE <br />El Kernel utiliza datos internos que provee el propio ntldr para crear la clave mencionada, cuya información será renovada en cada arranque de nuestra máquina, en base al hardware que se detecte durante cada inicio de nuestra máquina <br />Luego el ntldr pasará el control al archivo ntoskrnl.exe, es decir, el núcleo del sistema operativo (el nombre del archivo proviene de “nt operating system kernel”), y al archivo HAL (hardware abstraction layer) y leerá la información contenida el fichero “system” que tenemos ubicado en la carpeta indowsystem32onfig, <br />Son el HAL y el kernel los encargados de poner en funcionamiento el software, mediante una serie de componentes llamada Windows executive<br />Carga de Drivers y Servicios:<br />Estos están contenidos, en las siguientes carpetas a las que puede accederse directamente desde Inicio > Ejecutar y escribir los siguientes: <br />Drivers -> %systemroot%ystem32rivers <br />Servicios -> %systemroot%ystem <br />Puesto que los drivers también son servicios, en este momento el núcleo lee la información de la claveHKEY_LOCAL_MACHINEYSTEMurrentControlSetervices.<br />Se arrancará primero los servicios que tengan el valor Start puesto a ‘0’ (los drivers de arranque) y luego los que tengan dicho valor puesto a ‘1’.<br />Administrador de Servicios:<br />Session Manager, smss.exe.<br />Éste crea variables de entorno, cambia a modo gráfico, y además de otras cosas, se encarga de arrancar el Administrador del logon (Logon Manager, winlogon.exe). El administrador de sesión lee tres claves: <br />HKEY_LOCAL_MACHINEYSTEMurrentControlSetontrolessionManager, en la que, por ejemplo, podría haber una referencia al “autochk.exe” (una versión del chkdsk), por si se necesita cargarse <br />HKEY_LOCAL_MACHINEYSTEMurrentControlSetontrolessionManagerubsystem, con los distintos subsistemas, <br />HKEY_LOCAL_MACHINEYSTEMurrentControlSetervices, y acudiría a los servicios cuyo valor Start esté en “Auto-load”. <br />Iniciando Windows:<br />En este momento, es winlogon.exe quien toma el control.<br />Inicia el Administrador de control de servicios (Service control manager) el Local security authority (lsass.exe) y la Autentificación e Identificación Gráfica (Graphical Identification and Authentification, GINA) y pide al usuario (si así está configurado) un nombre y una contraseña.<br />De la autentificación de ese usuario y contraseña se encarga el protocolo Kerberos V5 o bien NTLM.<br />Es en está fase cuando ciertas claves del registro son adaptadas si el arranque ha tenido éxito, entre ellas las claves Control sets. Las políticas de grupo locales que tengamos aplicadas también toman efecto en este punto y comienzan a cargarse ciertas claves que inicializan determinados programas y servicios no cargados con anterioridad.<br />LINUX:<br />Proceso de arranque con LINUX<br />BIOS:<br />Al encender la computadora las primeras operaciones las realiza la BIOS. En esta etapa se realizan operaciones básicas de hardware. El proceso de arranque será diferente dependiendo de la arquitectura del procesador y la BIOS.<br />Una vez que el hardware se reconoce y se deja listo, la BIOS carga en memoria el código ejecutable del cargador de arranque y le pasa el control. Hay variedad de BIOS que permiten al usuario definir en qué dispositivo/partición se encuentra dicho cargador de arranque.<br />GRUB:<br />Dependiendo de la arquitectura el proceso de carga del sistema operativo diferirá ligeramente. Las reseñas explicativas del presente documento están testadas sobre sistemas Debian.<br />Cargador de arranque básico.<br />Un cargador de arranque es un programa sencillo que realiza las funciones básicas para poder cargar el sistema operativo. En los ordenadores modernos, normalmente se subdividen en cargadores de varias etapas. El proceso de arranque comienza con la CPU ejecutando los programas contenidos en la memoria ROM en una dirección predefinida (se configura la CPU para ejecutar este programa, sin ayuda externa, al encender el ordenador). La primera etapa del gestor de arranque, (un código máquina pequeño) normalmente se encuentra alojada en el MBR, y es ésta la que se encarga de cargar el resto del gestor de arranque en memoria.<br />Cargador de arranque de segunda etapa.<br />Luego se le da paso a los cargadores de segunda etapa, como ejemplo tenemos LILO (más antiguo), GRUB, SILO, NTLDR, SYSLINUX que son los más usados, entre los usuarios de sistemas operativos GNU/Linux. Son programadas que están limitados en cuanto a operatividad y diseñados exclusivamente para preparar todos los recursos que el sistema operativo necesita para poder funcionar correctamente.<br />El gestor de arranque por defecto suele ser GRUB, tiene la ventaja de leer particiones ext2 y ext3 y cargar su archivo de configuración (/boot/grub/grub.conf). Con LILO, la segunda etapa es usar la información del MBR para determinar cuales son las opciones de arranque disponibles. Por lo que cuando se actualice el kernel de forma manual deberá de ejecutarse el comando /sbin/lilo -v -v para que la información del MBR sea actualizada.<br />Cuando la primera etapa del gestor de arranque ha conseguido cargar el resto del mismo en memoria, y ha leído del MBR cuales son las particiones arrancables (o que contienen un sistema operativo) el gestor de arranque muestra en pantalla al usuario un menú con todos los sistemas operativos que ha encontrado. Puede tener definida, una partición (sistema operativos o kernels) para arrancar en ella por defecto después de un cierto tiempo si el usuario no hace una elección. Puede también configurarse el tiempo de espera, así como un esquema de colores para el menú, opciones de protección por contraseña, etc. Todos éstos parámetros se definen en el fichero /boot/grub/menu.lst (siempre que hablemos de un gestor de arranque GRUB).<br />En éste punto el sistema está preparado para la interacción con el usuario, pudiendo éste elegir el sistema operativo que desea arrancar con las flechas direccionales del teclado.<br />Kernel:<br />Después de que el usuario elija el sistema operativo, (para el caso en concreto de éste documento sería algún sistema Unix) se carga el kernel del sistema.<br />El kernel del sistema se encarga de los principales procesos del sistema operativo, manejo de memoria, disco, hardware, planificación y comunicación entre procesos, etc. En el proceso del kernel hay dos etapas diferenciables: la carga y la ejecución.<br />El kernel se encuentra comprimido en un archivo, que se descomprime y carga en memoria, así como los drivers necesarios para que pueda funcionar el hardware del equipo, los cuales se encuentran en el disco RAM (o initrd).<br />Una vez que todo se haya cargado en memoria, se procede a la ejecución. La ejecución empieza con la llamada a la función startup() mediante la cual se maneja toda la memoria (paginación, etc), luego detecta la CPU y sus funcionalidades y posteriormente cambia a funcionalidades independientes del hardware con la llamada a la función start_kernel().<br />Durante el proceso se monta el disco RAM (que se montó anteriormente como un sistema de archivos temporal, que posteriormente se desmonta durante la función pivot_root() y lo reemplaza por el sistema de archivos real quedando completamente disponible.<br />Cuando el manejo de memoria y la planificación de tareas están listo el sistema es completamente operacional a nivel de procesos, ejecutando a continuación el procesos init para configurar así el entorno de usuario.<br />Init:<br />El INIT procede consulta un fichero de configuración a nivel de ejecución del sistema, para lo que mira su fichero de configuración, el INITTAB que se encuentra en /etc<br />Para ello utiliza los RunLevel’s, y existen 6 posibles tipos que se identifican por un número:<br />0 Apagado del sistema<br />1 Monousuario sin entorno gráfico, sin entorno de red<br />2 Multiusuario sin entorno gráfico, sin entorno de red<br />3 Multiusuario sin entorno gráfico pero con entorno de red<br />4 No se usa por razones históricas<br />5 Por defecto, Multiusuario, con entorno gráfico, con red<br />6 Reinicio del sistema<br />Por ejemplo, si nosotros introducimos en consola “init 0” el sistema se apagaría.<br />Bueno, ahora INIT hace básicamente dos cosas:<br />Ejecuta scripts de configuración global del sistema rc.sysinit (se encuentra en /etc/rc.d):<br />Crea las variables de entorno del sistema<br />Activa la partición swap<br />Inicializa el reloj<br />Controla/chequea el sistema de ficheros ext2/3<br />…..<br />En función del número de RunLevel se va al directorio /etc/rc.d/rcn.d (para el runlevel 5 seria /etc/rc.d/rc5.d) y alli ejecuta<br />todos los scripts que hay dentro:<br />kn nombre_proceso –> kill = parar o matar<br />sn nombre_proceso –> start = empezar<br />A los procesos llamados desde INIT (/etc/rc.d/rcn.d) con los scripts sn nombre_proceso se los llama demonios (estos procesos suelen estar en segundo plano ejecutándose de continuo)<br />Es también el encargado de la adopción de procesos huérfanos que son aquellos cuyo proceso padre murió; puesto que los procesos deben estar en un árbol individual<br />MAC OS X:<br />El proceso de arranque de una maquina MAC OS X se puede resumir en cuatro pasos:<br />El primer paso es el arranque de la BIOS, durante este proceso se comprueba el hardware disponible y se elige el sistema operativo a ejecutar. Este primer paso se puede dividir en:<br />POST (Powr-On Self Test) donde se determina el hardware disponible y se comprueba que exista suficiente memoria, así como que el hardware está en buen uso.<br />Open Firmware construye un árbol de dispositivos hardware existentes(una representación jerárquica del ordenar), y elige el sistema operativo a ejecutar.<br />El segundo paso sería la carga del núcleo del sistema operativo. Se carga una imagen del núcleo de memoria. Durante este proceso la maquina suele mostrar el icono con la manzana Apple. Al acabar la carga del núcleo se lanza el proceso de usuario root, que es launchd.<br />Durante el tercer paso launchd lanza los procesos necesarios para configurar el sistema. Para ello launchd lanza los procesos indicados en el script /etc/rc (que pueden, o no ser de background), así como otro procesos que comentaremos más adelante. Esta es la parte que ha sido optimizada con el uso de launchd.<br />En el cuarto paso launchd lanza loginwindow que es el proceso encargado de autenticar a los usuarios y controlar su sesión.<br />