DESARROLLO DE UN SISTEMA OPERATIVO LIBRE, ORIENTADO A LA EDUCACIÓN, CIENCIA E INGENIERÍA: SARAPE LINUX

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1 DESARROLLO DE UN SISTEMA OPERATIVO LIBRE, ORIENTADO A LA EDUCACIÓN, CIENCIA E INGENIERÍA: SARAPE LINUX Héctor Heriberto Rodríguez Martínez, Elsa Edith Rivera Rosales. Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Edificio D Planta Baja Unidad Camporredondo. Saltillo, Coahuila. Asesor contacto: Resumen El presente trabajo versa sobre el uso de un distribución de software libre desarrollada en la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la Universidad Autónoma de Coahuila, un sistema operativo es un conjunto de aplicaciones y/o programas que gestionan los recursos de hardware de un ordenador. Una distribución de Linux es un sistema operativo de uso libre (reproducción y redistribución), es decir, sin costo alguno. Generalmente las distribuciones Linux están enfocadas a ciertas áreas de investigación o a resolver las necesidades de un sector particular de la población. Se propone el uso de esta tecnología para mediar la docencia y que esto redunde en el aprendizaje de los estudiantes universitarios. Se decide entonces, aprovechar las bondades que tiene este tipo de licencia para desarrollar un sistema operativo enfocado a la educación, ciencia e ingeniería, obteniendo así una herramienta tecnológica que potencialice lo conocimientos teórico-práctico adquiridos a lo largo de la formación profesional. Se compilaron para este sistema operativo programas de uso libre como wxmaxima, Qtoctave, Rkward, entre otros, bajo un entorno similar a la distribución de Linux llamada Ubuntu, respaldada por canonical, obteniendo así una increíble versatilidad de manejo gracias a su versión livecd (ejecución sin necesidad de instalación completa). El costo nulo de esta aplicación favorece a la implementación en las aulas. Abstract This paper deals with the use of the free software distribution developed at the Faculty of Mathematics and Physical Sciences at the Autonomous University of Coahuila, an operating system is a set of applications and / or programs that manage the hardware resources of a computer. A distribution of Linux is a free operating system use (reproduction and redistribution), ie no cost. Linux distributions generally are focused on certain areas of research or to meet the needs of a particular sector of the population. We propose the use of this technology to mediate teaching and resulting in learning of college students. Then we decided, seize the benefits that this type of license to develop an operating system focused on education, science and engineering, thereby obtaining a technological tool that potencialice what theoretical and practical knowledge acquired during the training. Were compiled for this operating

2 system free use programs like wxmaxima, QtOctave, RKWard, among others, under an environment similar to the distribution of Linux called Ubuntu, supported by Canonical, gaining incredible versatility of handling due to livecd version (running without full install). The cost of this application null favors the implementation in the classroom. 1.- Introducción Un sistema operativo (SO) es un programa o conjunto de programas que en un sistema informático gestiona los recursos de hardware y provee servicios a los programas de aplicación, ejecutándose en modo privilegiado respecto de los restantes. Los sistemas operativos libres, basados en GNU/Linux, son sistemas operativos gratuitos y de libre distribución. Su objetivo consiste en ofrecer ediciones que cumplan con las necesidades de un determinado grupo de usuarios. Algunas de ellas son especialmente conocidas por su uso en servidores y supercomputadoras, donde tiene la cuota más importante del mercado. Según un informe de IDC, GNU/Linux es utilizado por el 78% de los principales 500 servidores del mundo, otro informe le da una cuota de mercado de 89% en los 500 mayores supercomputadores. Con menor cuota de mercado el sistema GNU/Linux también es usado en el segmento de las computadoras de escritorio, portátiles, computadoras de bolsillo, teléfonos móviles, sistemas embebidos, videoconsolas y otros dispositivos. GPL o general public license por sus siglas en ingles, es una licencia creada por la Free Software Foundation en 1989 (la primera versión, escrita por Richard Stallman), y está orientada principalmente a proteger la libre distribución, modificación y uso de software. Su propósito es declarar que el software cubierto por esta licencia es software libre y protegerlo de intentos de apropiación que restrinjan esas libertades a los usuarios. Ubuntu es un sistema operativo mantenido por Canonical y la comunidad de desarrolladores. Utiliza un núcleo Linux, y su origen está basado en Debian. Ubuntu está orientado al usuario novel y promedio, con un fuerte enfoque en la facilidad de uso y mejorar la experiencia de usuario. Está compuesto de múltiple software normalmente distribuido bajo una licencia libre o de código abierto. Ubuntu probablemente sea la distribución GNU/Linux más conocida en el mundo, ya que su interfaz de usuario es muy intuitiva, y eso le ha dado un gran alcance. Por esta razón nuestra distribución será basada en Ubuntu, para tener la certeza de que es una distribución estable, y obtener un mejor soporte en el sistema base. Quedando claros estos conceptos, podemos entonces plantearnos la cuestión: Qué tan viable es desarrollar nuestro Sistema Operativo y en qué grado nos ayudaría?, la respuesta es simple, tener una S.O. propio nos ayudaría a fomentar el uso de tecnología en la resolución de problemas tanto teóricos como prácticos, y mejor aún, las aplicaciones científicas e industriales tienen posibilidades infinitas, desde la reducción en costes, hasta la optimización de procesos. Por otra parte, el hecho de que sea gratuita y redistribuible nos evita comprar licencias,

3 tanto de S.O., como de software. Otra ventaja es el hecho de que, al ser altamente configurable se puede tener en un ordenador con especificaciones mínimas, sacando todo el potencial a una PC. 2.- Metodología 2.1 Analizar necesidades de un estudiante promedio de ciencia y/o ingeniería. Realizamos una compilación de el uso de software en la FCFM, de la Universidad Autónoma de Coahuila, obteniendo como resultado que el uso de software para la educación y resolución de problemas es muy poco, se utilizan programas como Derive para álgebra simbólica, Matemática para algebra numérica y traficación, Origin para graficación y análisis de datos, MATLAB para simulaciones numéricas y programación, y por ultimo Geogebra para Geometria Euclidea y Analítica. Siendo entre ellos solamente el último de licencia libre, todos bajo Windows, S.O. Privado de alto coste. Cabe mencionar que las carreras impartidas en esta facultad son Lic. En Matemática Aplicada e Ing. Física. 2.2 Proponer soluciones a cada una de las necesidades (Software utilizado, proposición de alternativas GPL). Buscamos alternativas al software antes mencionado, así como también, intentaremos abarcar nuevas áreas. Nuestra propuesta fue la siguiente: Maxima y wxmaxima El sistema de álgebra computacional Maxima es un motor de cálculo simbólico escrito en lenguaje Lisp publicado bajo licencia GNU GPL. Cuenta con un amplio conjunto de funciones para hacer manipulación simbólica de polinomios, matrices, funciones racionales, integración, derivación, manejo de gráficos en 2D y 3D, manejo de números de coma flotante muy grandes, expansión en series de potencias y de Fourier, entre otras funcionalidades. Además tiene un depurador a nivel de fuente para el código de Maxima. wxmaxima es la interfaz grafica para Maxima, la cual facilita el uso para el estudiante.

4 Este programa es el análogo para Derive y Matemática, con la diferencia de que su potencia es mucho mayor, al tener mas interactividad con el usuario, es decir, Maxima puede realizar cálculos simbólicos, siempre que pueda lo hará, en caso contrario hará el calculo numérico, y en remoto caso de plantear un problema irresoluble, nos dirá específicamente por que no puede realizar la tarea GNUplot y QTiplot GNUplot es un programa muy flexible para generar gráficas de funciones y datos. El origen de gnuplot data de GNUplot puede producir sus resultados directamente en pantalla, así como en multitud de formatos de imagen, como PNG, EPS, SVG, JPEG, etc. Se puede usar interactivamente o en modo por lotes (batch), usando scripts. QTiplot es un programa de graficacion científica interactiva, de código abierto (GPL), que puede generar graficas y hacer análisis de ellas, en 2 y 3 dimensiones. Es una alternativa a Sigma Plot y Origin estos de licencia privada. Estos programas tienen gran base de usuarios y están convenientemente mantenidos por sus desarrolladores. Existe una gran cantidad de ayuda en Internet, aunque gran parte está en inglés Octave y QT Octave Octave o GNU Octave es un programa libre para realizar cálculos numéricos. Como indica su nombre es parte de proyecto GNU. Entre varias características que tiene se puede destacar que ofrece un intérprete permitiendo ejecutar órdenes en modo interactivo. Nótese que Octave no es un sistema de álgebra computacional como podría ser Maxima, sino que usa un lenguaje que está orientado al análisis numérico. MATLAB es considerado su equivalente comercial.

5 El nombre surge del nombre de un profesor de unos de los autores conocido por sus buenas aproximaciones por medio de cálculos mentales a problemas numéricos. Qt Octave es la interfaz grafica para octave, equivalente a wx maxima es de mucha ayuda para quienes inician o desean aprender el uso de este software SciLab Scilab es un software matemático, con un lenguaje de programación de alto nivel, para cálculo científico, interactivo de libre uso y disponible en múltiples sistemas operativos (Mac OS X, GNU/Linux, Windows). Desarrollado por INRIA (Institute National de Recherche en Informatique et Automatique) y la ENPC (École Nationale des Ponts et Chaussées) desde 1990, por Scilab Consortium dentro de la fundación Digiteo desde 2008, Scilab es ahora desarrollado por Scilab Enterprises desde julio Scilab fue creado para hacer cálculos numéricos aunque también ofrece la posibilidad de hacer algunos cálculos simbólicos como derivadas de funciones polinomiales y racionales. Posee cientos de funciones matemáticas y la posibilidad de integrar programas en los lenguajes más usados (Fortran, Java, C y C++). La integración puede ser de dos formas; por ejemplo, un programa en Fortran que utilice Scilab o viceversa.1 Scilab fue hecho para ser un sistema abierto donde el usuario puede definir nuevos tipos de datos y operaciones entre los mismos. Scilab viene con numerosas herramientas: gráficos 2-D y 3-D, animación, álgebra lineal, matrices dispersas, polinomios y funciones racionales, Simulación: programas de resolución de sistemas de ecuaciones diferenciales (explícitas e implícitas), Xcos: simulador por diagramas en bloque de sistemas dinámicos híbridos, Control clásico, robusto, optimización LMI, Optimización diferenciable y no diferenciable, Tratamiento de señales, Grafos y redes, Scilab paralelo empleando PVM, Estadísticas, Creación de GUIs, Interfaz con el cálculo simbólico (Maple, MuPAD), Interfaz con TCL/TK. Además se pueden agregar numerosas herramientas o toolboxes hechas por los usuarios como Grocer una herramienta para Econometría u Open FEM (Una caja de Herramientas para Elementos Finitos), hecha por INRIA. En el pasado Scilab podía ser utilizado en el análisis de sistemas, pero no podía interactuar con el exterior. Hoy en día se pueden construir interfaces para que desde Scilab se pueda manejar un dispositivo, se conecte a la red a través de Tcp (Protocolo de Control de Transmisión) o Udp (User Datagram Protocol), etc. Esto brinda la posibilidad de conectar una placa de adquisición de datos a Scilab y de esta forma el control de una planta on-line.

6 2.2.5 GEOgebra y CaRmetal GeoGebra es un software matemático interactivo. GEOGebra está escrito en Java y por tanto está disponible en múltiples plataformas. Es básicamente un procesador geométrico y un procesador algebraico, es decir, un compendio de matemática con software interactivo que reúne geometría, álgebra y cálculo, por lo que puede ser usado también en física, proyecciones comerciales, estimaciones de decisión estratégica y otras disciplinas. Su categoría más cercana es software de geometría dinámica. CaRmetal Es un programa para geometría euclidea, su nombre proviene de la contracción Compass and Rule (regla y compas), entre sus habilidades, esta el poder construir problemas de geometría en base regla y compas, trazado de rectas, intersecciones de puntos, etcétera. También puede realizar macros al terminar de resolver un problema, es decir construir el problema paso a paso a modo tutorial. Es el análogo no comercial de Cabri R-project y Rkward. R es un software totalmente dedicado al análisis estadístico. Se trata de un proyecto de software libre, resultado de la implementación GNU del premiado lenguaje S. R y S-Plus -versión comercial de S- son, probablemente, los dos lenguajes más utilizados en investigación por la comunidad estadística, siendo además muy populares en el campo de la investigación biomédica, la bioinformática y las matemáticas financieras. A esto contribuye la posibilidad de cargar diferentes bibliotecas o paquetes con finalidades específicas de cálculo o gráfico. RKWard es una interfaz gráfica para el lenguaje de programación R. Ha sido desarrollado como una herramienta que transparentemente combina el potencial de R con la facilidad de uso de otros paquetes estadísticos comerciales sin perder acceso a los beneficios del trabajo por línea de comandos o con guiones.

7 2.2.7 Planets y AstroImageProcessor Planets es un software de licencia libre para hacer simulaciones de sistemas planetarios. Actua de manera interactiva con el usuario y se puede programar a las necesidades de cada sistema dado. AstroImageProcessor es un programa de procesamiento de imágenes astronómicas, cuenta con una interfaz grafica para el usuario. Tiene funciones preprogramadas y se pueden programar las propias. Es usado en Fotometría LibreCAD LibreCAD es la respuesta opensource a AutoCAD, el popular programa de diseño técnico en 2D y 3D. El proyecto LibreCAD tiene como objetivo facilitar una aplicación para crear y editar diseños en 2D. Para ello LibreCAD pone a nuestra disposición una paleta de herramientas de dibujo y retoque muy completa a la que se une una extensa ayuda integrada dentro del propio programa Libre Office Es un conjunto de aplicaciones análogas a MS-Office, con la ventaja de poder exportar en múltiples formatos, incluye WRITER procesador de textos, MATH WRITER para textos científicos, CALC para hojas de cálculo, IMPRESS para presentaciones vía diapositivas TexMaker Es un editor de textos científicos basado en el popular lenguaje LaTex, altamente configurable, permite tener palabras clave, y además nos da la opción de código de colores para resaltar la sintaxis de nuestros escritos.

8 2.3 Plantear la estructura de nuestra distribución. Para poder estructurar nuestra distribución tenemos que tomar en cuenta algunos parámetros. Sobre que sistema base trabajaremos?, Cual GUI (interfaz de usuario/entorno de escritorio) nos conviene?, Cuales son los paquetes que compilaremos?, Cuales están a nuestro alcance y cuales ya podemos simplemente tomar? (ventajas del software libre). Nosotros tomamos Ubuntu Precise Pangolin como sistema base, esto nos ahorrara muchísimo trabajo. Como GUI decidimos eliminar el unity que tiene por defecto Ubuntu y utilizaremos gnome panel como entorno grafico de trabajo; como entorno alternativo utilizaremos gnome shell, el cual es muy atractivo visualmente hablando, decidimos hacerlo de esta manera por que, en principio serán estudiantes quienes tengan este S.O., y para tal caso no siempre estarán en la escuela, así tendrán un lindo S.O. Que presumir fuera de ella, y el máximo rendimiento dentro de ella. Por otra parte, se pensó en hacer que nuestra distribución sea en modo libe cd, es decir que no sea necesario instalarla en un pc para trabajar con ella, bastara con instalarla en una memoria USB para poder ejecutarla en cualquier ordenador, esto pensando en que no todos los estudiantes tienen a su alcance un computador personal, así podrán llevar si S.O. En el bolsillo. En cuanto a los paquetes, preferimos compilarlos y empaquetarlos para asegurarnos de tener la última versión estable de cada uno. 2.4 Desarrollar y generar la distribución. Para el desarrollo de la distribución optamos por utilizar herramientas como UCK(Ubuntu customization kit), Remastersys, Fluxer, todas ellas sirven para la personalización de una distribución Linux, se tomo este camino debido a que un desarrollo completo, es decir, Linux from scratch, es demasiado trabajo incluso para un equipo completo de estudiantes, la finalidad de este proyecto no es ser un ingeniero de Linux, sino, brindar una herramienta para estudiantes de ciencia e ingeniería, así como a docentes, para el uso en clase. Este hecho no implica que sea una tarea fácil, o menos complicada, aun y con la premisa de que no será tan difícil, sigue siendo una tarea no trivial para nosotros. Nos abstendremos de mostrar el proceso completo, ya que no es la finalidad de este documento, sin embargo haremos un paso a paso de lo que realizamos. Todos los pasos se realizan desde cualquier distribución de Ubuntu. Las líneas en terminal deben ser ejecutadas como ROOT, es decir superusuario. Paso 1: Descargar todo lo necesario, es decir, Ubuntu precise.iso que será nuestro Ubuntu limpio. Descargar cada uno de los paquetes a cargar (los mencionados en 2.2) en formato tar.gz (paquetes binarios). Paso 2: Abrir nuestra iso en U-customizer, cargar nuestra iso base y posteriormente abrir el terminal en u-customizer.

9 Paso 3: Cargar y descomprimir los paquetes vía línea de comandos con los siguientes códigos: De ahora en adelante, denotaremos $ como una línea en el terminal de Linux/u-customizer, o cualquier consola de Linux que estemos usando. $gunzip archivo.gz $gzip -d archivo.gz Donde archivo es el nombre-versión de nuestro programa. Con el comando $cd carpeta, nos movemos a la carpeta que nos creo el descomprimir el archivo. Ahora haremos el archivo de configuración. $./configure Posteriormente crearemos el archivo preparado para compilar. $ make Ahora si estamos listos para compilar. $ make install Si todo sale bien nuestro paquete ya esta dentro de nuestra distribución, es decir ya vendrá por defecto en la distribución. En caso contrario o si tenemos un error, le decimos: $ make install -f Este comando hace que resuelva conflictos de dependencias, si no contamos con alguna librería, la busca y la instala primero, en caso de no tenerla nos avisara. Repetimos esto con cada uno de nuestros paquetes. Paso 4: Compilar nuestra distribución en formato.iso.

10 Salimos del terminal y damos clic en el botón crear distribución. Esperamos a que termine. Paso 5: Ya tenemos nuestra distribución casi terminada. Ahora cerramos UCK, y abrimos remastersys, con remastersys lo único que haremos será instalar los temas para las distintas interfaces. Listo ya tenemos una distribución. Ahora solo falta probar y depurar. Como pudimos ver en 5 pasos podemos hacer una distribución, el detalle es que para nuestros paquetes tuvimos que resolver muchos problemas con las dependencias de cada uno, y a la vez desinstalar algunos otros paquetes que no necesitábamos, es decir el paso dos se repitió al menos unas 30 veces y cada uno fue un caso distinto. 2.5 Realizar pruebas con la distribución. Para realizar pruebas con la distribución, utilizamos QEMU y Virtual Box, son programas GPL que nos ayudaron a montar maquinas virtuales sin dañar la nuestra en el proceso. Esto es de bastante utilidad por que al menos no en el primer intento obtuvimos los mejores resultados. Así, tuvimos oportunidad de verificar que errores teníamos en cada una de las versiones que probamos. Ya que obtuvimos un resultado estable empezamos a hacer pruebas con maquinas reales, y el resultado obtenido fue lo suficientemente cercano a lo que esperábamos. 2.6 Liberar y distribuir nuestro nuevo Sistema Operativo. Esta es una fase del proceso a la cual no hemos llegado, seguimos realizando pruebas internas con los resultados de la fase anterior, ya que seria muy precipitado liberar una versión en este momento. El sistema esta instalado en 3 equipos distintos, y en un cibercafé que nos dio la oportunidad de probar en sus maquinas, es decir, tenemos 11 ordenadores que en este momento tienen nuestra distribución Linux, si bien es cierto que en el cibercafé no se explota la distribución como debería, nos ayuda mucho para detectar errores en dependencias y en el funcionamiento global de la misma, esperamos pronto poder probarla en mas ordenadores y sobre todo con gente que de verdad utilice este S.O. Para lo que esta destinado. Conclusiones Entre los temas mas interesantes que surgen de este proyecto, esta el de fomentar el uso de software libre en las facultades de nuestra Universidad. Los resultados obtenidos son prometedores, la última versión que tenemos y estamos presentando en este trabajo es la más estable que hemos logrado. Con ella ya podemos apreciar lo que se

11 puede hacer con software libre. Algunas limitantes existen, como el hecho de que algunos equipos de laboratorio no cuentan más que con software privativa, es decir, no podríamos utilizarlos, sin embargo con la colaboración de más compañeros universitarios y con apoyos en cuanto a financiamiento, podríamos lograr desarrollar software compatible, con dicho hardware. Hacer una distribución GNU/Linux incluso por la vía mas corta, no es tarea fácil, y menos cuando se carece de un patrocinio, lo poco que tenemos de avance, por que realmente es poco, se ha logrado con mucho esfuerzo, por otra parte, la falta de uso de tecnología como asistente en la docencia es una meta que nos gustaría eliminar a corto plazo. Tenemos una buena aproximación de lo que estábamos buscando en un principio, seria utópico pensar que lo hemos logrado. Esto solo ha sido el principio de un proyecto mucho más grande que un estudiante y dos catedráticos. Por nuestra parte seguiremos trabajando para completar este proyecto y darle seguimiento, invitando a los estudiantes y docentes de la Universidad a colaborar con nosotros. Bibliografía

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