Sistemas Operativos Linux From Scratch Un acercamiento al jhalfs José Víctor Olivier Sterling ISC-202

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1 Sistemas Operativos Linux From Scratch Un acercamiento al jhalfs José Víctor Olivier Sterling ISC INTRODUCCION Linux From Scratch o LFS es una metadistribución de GNU/Linux. El proyecto se diferencia de otras distribuciones en que no consta de paquetes y scripts preensamblados para una instalación automática del sistema, sino que sus usuarios son provistos simplemente con paquetes de código fuente y un manual de instrucciones para el armado de un sistema GNU/Linux propio. Debido al inmenso trabajo que demanda la instalación de este sistema en comparación a otras distribuciones, los usuarios que deciden hacer uso de LFS son principalmente aficionados que desean aprender sobre el funcionamiento interno de un sistema GNU/Linux y ensamblar un sistema a su medida. Linux From Scratch es también utilizado como base de varias distribuciones, usualmente alejadas de su espíritu original de "metadistribución". Con esta guía perseguimos comprender algunos aspectos importantes sobre la construcción de un sistema LFS, al implementar una herramienta de automatización de construcción llamada JHALFS y a la vez comprender todas las piezas involucradas en un sistema operativo. 2. SISTEMAS OPERATIVOS - Qué es un sistema operativo? Un sistema operativo es un software de sistema, es decir, un conjunto de programas de computadora destinado a permitir una administración eficaz de sus recursos. Comienza a trabajar cuando se enciende el computador, y gestiona el hardware de la máquina desde los niveles más básicos, permitiendo también la interacción con el usuario. Un sistema operativo se puede encontrar normalmente en la mayoría de los aparatos electrónicos que utilicen microprocesadores para funcionar, ya que gracias a éstos podemos entender la máquina y que ésta cumpla con sus funciones (teléfonos móviles, reproductores de DVD, computadoras, etc.). Un sistema operativo desempeña 5 funciones básicas en la operación de un sistema informático: suministro de interfaz al usuario, administración de recursos, administración de archivos, administración de tareas y servicio de soporte y utilidades. Interfaces del usuario Es la parte del sistema operativo que permite comunicarse con él de tal manera que se puedan cargar programas, acceder archivos y realizar otras tareas. Existen tres tipos básicos de interfaces: las que se basan en comandos, las que utilizan menús y las interfaces gráficas de usuario. Administración de recursos Sirven para administrar los recursos de hardware y de redes de un sistema informativo, como el CPU, memoria, dispositivos de almacenamiento secundario y periféricos de entrada y de salida. Administración de archivos Un sistema de información contiene programas de administración de archivos que controlan la creación, borrado y acceso de archivos de datos y de programas. También implica mantener el registro de la ubicación física de los archivos en los discos magnéticos y en otros dispositivos de almacenamiento secundarios. Administración de tareas Los programas de administración de tareas de un sistema operativo administran la realización de las tareas informáticas de los usuarios finales. Los programas controlan que áreas tiene acceso al CPU y por cuánto tiempo. Las funciones de administración de tareas pueden distribuir una parte específica del tiempo del CPU para una tarea en particular, e interrumpir al CPU en cualquier momento para sustituirla con una tarea de mayor prioridad. Servicio de soporte Los servicios de soporte de cada sistema operativo dependerán de la implementación particular de éste con la que estemos trabajando. Estos servicios de soporte suelen consistir en: Actualización de versiones. Mejoras de seguridad.

2 Inclusión de alguna nueva utilidad (un nuevo entorno gráfico, un asistente para administrar alguna determinada función. Controladores para manejar nuevos periféricos (este servicio debe coordinarse a veces con el fabricante del hardware). Corrección de errores de software. Otros. - Unix en el mundo Unix es un sistema operativo portátil, multitarea y multiusuario; desarrollado, en principio, en 1969 por un grupo de empleados de los laboratorios Bell de AT&T, entre los que figuran Ken Thompson, Dennis Ritchie y Douglas McIlroy. Unix es el sistema operativo por excelencia en aquellos entornos que necesitan fiabilidad y robustez para funcionar las 24 horas del día a pleno rendimiento. Con la aparición de Linux se ha conseguido llevar la potencia de Unix a los ordenadores personales de miles de usuarios de Internet. Las familias UNIX más significativas son: AT&T: la familia que tuvo su origen en el UNIX de AT&T. Considerada la familia UNIX "pura" y original. Sus sistemas operativos más significativos son UNIX System III y UNIX System V. BSD: familia originada por el licenciamiento de UNIX a Berkely. BSD incorpora propiedad intelectual no originaria de AT&T, la primera implementación de los protocolos TCP/IP que dieron origen a Internet. AIX: esta familia surge por el licenciamiento de UNIX System III a IBM. Xenix: familia derivada de la adquisición de los derechos originales de AT&T primero por parte de Microsoft y de esta los vendió a SCO. GNU: En 1983, Richard Stallman anunció el Proyecto GNU, un ambicioso esfuerzo para crear un sistema similar a Unix, que pudiese ser distribuido libremente. El software desarrollado por este proyecto -por ejemplo, GNU Emacs y GCC - también han sido parte fundamental de otros sistemas UNIX. Linux: En 1991, cuando Linus Torvalds empezó a proponer el kernel Linux y a reunir colaboradores, las herramientas GNU eran la elección perfecta. Al combinarse ambos elementos, conformaron la base del sistema operativo (basado en POSIX) que hoy conocemos como Linux. Las distribuciones basadas en el kernel, el software GNU y otros agregados entre las que podemos mencionar a Red Hat Linux y Debian GNU/Linux se han hecho populares tanto entre los aficionados a la computación como en el mundo empresarial. Obsérvese que Linux tiene un origen independiente, por lo que se considera un 'clónico' de UNIX y no un UNIX en el sentido histórico. - Diferencias entre Closed Source y Open Source Código abierto (en inglés open source) es el término con el que se conoce al software distribuido y desarrollado libremente. Fue utilizado por primera vez en 1998 por algunos usuarios de la comunidad del software libre, tratando de usarlo como reemplazo al ambiguo nombre original en inglés del software libre (free software). Código cerrado es el código fuente que no se encuentra disponible para cualquier usuario, es decir no se hace público. Se le llama así en contraposición al código abierto. El software no libre utiliza un código cerrado. Por su calidad de secreto industrial, su divulgación (que puede ocurrir ocasionalmente) constituye un delito. - GNU GNU es un acrónimo recursivo que significa GNU No es Unix (GNU is Not Unix). UNIX es un Sistema Operativo no libre muy popular, porque está basado en una arquitectura que ha demostrado ser técnicamente estable. El sistema GNU fue diseñado para ser totalmente compatible con UNIX. El hecho de ser compatible con la arquitectura de UNIX implica que GNU esté compuesto de pequeñas piezas individuales de software, muchas de las cuales ya estaban disponibles, como el sistema de edición de textos TeX y el sistema gráfico X Window, que pudieron ser adaptados y reutilizados; otros en cambio tuvieron que ser reescritos. Para asegurar que el software GNU permaneciera libre para que todos los usuarios pudieran "ejecutarlo, copiarlo, modificarlo y distribuirlo", el proyecto debía ser liberado bajo una licencia diseñada para garantizar esos derechos al tiempo que evitase restricciones posteriores de los mismos. La idea se conoce en Inglés como copyleft -'copia permitida'- (en clara oposición a copyright -'derecho de copia'-), y está contenida en la Licencia General Pública de GNU (GPL). 2.1 LINUX - Qué es linux? Linux es la denominación de un sistema operativo tipo Unix (también conocido como GNU/Linux) y el nombre de un núcleo. Es uno de los ejemplos más prominentes del software libre y del desarrollo del código abierto, cuyo código fuente está disponible públicamente, para que cualquier persona pueda libremente usarlo, estudiarlo, redistribuirlo, comercializarlo y, con los conocimientos informáticos adecuados, modificarlo. Las variantes de los sistemas Linux de denominan "distribuciones" (distro) y su objetivo es ofrecer una edición

3 que cumpla con las necesidades de determinado grupo de usuarios, de estar forma existen distribuciones para hogares, empresas y servidores. Algunas son gratuitas y otras de pago, algunas insertan software no libre y otras contienen solo software libre. 3. PREPARANDONOS PARA LA CONSTRUCCION Esta guia esta escrita para realizar la instalacion del LFS dentro de un ambiente virtual o (Virtual Machine) en este caso VMWare 5- y usando como sistema anfitrion el LiveCD 6.2 de Linux From Scratch, el cual pueden descargar de y un procesador Intel Pentium 4 con 512MB de RAM dedicados. Tambien tendre disponible una copia del sistema LFS ya terminado, disponible para aquellos que esten interesados en darle un vistazo. Para obternerla solo deben escribirme a la direccion de correo que aparece mas arriba. Tengan en cuenta que esta guia puede ser utilizada perfectamente fuera del ambiente de virtual machine, esto no representa ninguna diferencia para la construccion del sistema LFS. Utilizaremos las configuraciones Standard para un sistema operativo Linux, booteando con el LFS-LiveCD 6.2 desde un cdrom/dvd o desde una imagen en el disco duro (no abundaré mucho sobre este paso, debido a la extensa documentación sobre el tema en internet). probablemente se instalará software adicional, necesitando más espacio (2-3 GB). El propio sistema LFS no ocupa mucho espacio. Una gran parte de este espacio es requerido para proporcionar suficiente espacio libre temporal. Compilar paquetes puede necesitar mucho espacio en disco que será liberado tras instalar el paquete. Como casi nunca hay suficiente memoria RAM disponible para los procesos de compilación, es buena idea utilizar una pequeña partición como espacio de intercambio (swap). Este espacio lo usa el núcleo para almacenar los datos menos usados y hacer sitio en memoria para los procesos activos. La partición de intercambio para el sistema LFS puede ser la misma del sistema anfitrión, por lo que no hace falta crear otra si el sistema anfitrión tiene una activada. Ejecutamos: cfdisk Recuerda la denominación de tu nueva partición (por ejemplo, hda5). Este libro se referirá a ella como la partición LFS. Recuerda también la denominación de la partición de intercambio. Estos nombres se necesitarán posteriormente para el fichero /etc/fstab. Para crear un sistema de ficheros ext3 en la partición LFS, ejecuta lo siguiente: mke2fs -jv /dev/<xxx> Sustituye <xxx> por el nombre de la partición LFS (hda5 en nuestro ejemplo anterior). Si se creó una partición de intercambio (swap), necesitará que la inicialices ejecutando el siguiente comando. Si utilizas una partición de intercambio ya existente, no es necesario formatearla: mkswap /dev/<yyy> Sustituye <yyy> por el nombre de la partición de intercambio. 3.1 PARTICIONANDO EL DISCO Para esta parte seguiremos al pie de la letra los pasos del capitulo 2 del libro de LFS para la creación de la partición que contendra nuestro nuevo sistema y también crearemos el sistema de archivos, para dejarlo montado. Un sistema mínimo necesita una partición de 1,3 GB más o menos. Esto es suficiente para almacenar todos los archivos de código fuente y compilar los paquetes. Sin embargo, si se piensa usar el sistema LFS como sistema Linux principal 3.2 MONTANDO LA NUEVA PARTICION Ahora que se ha creado un sistema de ficheros es necesario hacer accesible la partición. Para esto debe montarse en el punto de montaje elegido. Para los propósitos de este libro se asume que el sistema de ficheros se monta en /mnt/lfs, pero la elección del directorio se deja para tí. Elige un punto de montaje y asígnalo a la variable de entorno LFS ejecutando: export LFS=/mnt/lfs

4 Crea el punto de montaje y monta el sistema de ficheros LFS ejecutando: mkdir -pv $LFS mount -v -t ext3 /dev/<xxx> $LFS Sustituye <xxx> por el nombre de la partición LFS. Si utilizas múltiples particiones para LFS (digamos que una para / y otra para /usr) móntalas usando: mkdir -pv $LFS mount -v -t ext3 /dev/<xxx> $LFS mkdir -v $LFS/usr mount -v -t ext3 /dev/<yyy> $LFS/usr Sustituye <xxx> e <yyy> por los nombres de partición apropiados. Asegúrate de que esta nueva partición no se monte con permisos muy restrictivos (como las opciones nosuid, nodev o noatime). Ejecuta el comando mount sin parámetros para ver con qué opciones está montada la partición LFS. Si ves nosuid, nodev o noatime, necesitarás remontarla. Si estás usando una partición swap, asegurate de que está activada usando el comando swapon: /sbin/swapon -v /dev/<zzz> Reemplaza <zzz> con el nombre de la partición de intercambio. 3.3 PREPARANDO EL DIRECTORIO DE TRABAJO En este directorio se copiaran todos los paquetes a compilar además de realizarse la compilación de los mismos. Para crear este directorio, ejecuta el siguiente comando como usuario root antes de comenzar la sesión de descarga: mkdir -v $LFS/sources Haz este directorio escribible y pegajoso (sticky). Pegajoso significa que aunque diversos usuarios tengan permisos de escritura en un mismo directorio, sólo el propietario de un fichero puede borrarlo. El siguiente comando activará los modos de escritura y pegajoso: chmod -v a+wt $LFS/sources 4. UTILIZANDO JHALFS El jhalfs es un automatizador de la instalacion del LFS, nos permite independizar casi en su totalidad el proceso de compilación de los paquetes y llevar acabo algunos pasos de configuración de post instalacion, a la utilización de este script se le llama ALFS o Automated Linux From Scratch. El mismo viene incluido en su versión 1.0 dentro del LFS- LiveCD 6.2. Básicamente su funcionamiento consta en leer cada linea del libro LFS en versión XML, la cual contiene todos los comandos a ejecutarse para la construccion de nuestro sistema. Lo cual agiliza enormemente el proceso de compilación ya que algunos comandos pueden ser muy largos. Además, minimiza el riesgo de fallos por error de escritura casi por completo. Bien es cierto que esta es una función muy util del script, pero no en su totalidad, ya que algunas partes del sistema deben ser configuradas específicamente por el usuario y sus necesidades o gustos, después de todo, de eso se trata todo el asunto. Para utilizarlo debemos seguir 2 pasos básicos que son los siguientes: 1- Establecer todas las variables locales (Idioma de teclado y Zona Horaria). 2- Saber la ubicación del Libro de LFS dentro del LiveCD. Ahora ejecutamos: export SRC_ARCHIVE=/lfs-sources Tomando en cuenta algunas observaciones de Fernando Figueroa ( 3-con-jhalfs-offline). Modificaremos los siguientes scripts dentro de jhalfs: LFS/config common/config optimize/opt_config.d/o3pipe optimize/opt_config Las modificaciones son las siguientes: En LFS/config FSTAB=/lugardondeesta/fstab Solo si ha sido creado, sino dejarlo en blanco. BOOK=/lugardondeesta/LFS-BOOK-6.2-XML Directorio que se creo al descomprimir el libro En common/config BUILDDIR=/mnt/lfs Lo que se determino en "export LFS=/mnt/xxx"

5 REPORT=1 Para crear el reporte de los SBU, para enviarlo a los del staff de LFS GETPKG=1 Se utiliza para copiar automaticamente los archivos del /lfs-sources, que se determino en SRC_ARCHIVE OPTIMIZE=1 Ahorramos tiempo y posibles conflictos con algunos paquetes al establecer un nivel bajo de optimizacion. TEST=1 Prueba los paquetes compilados, al elegir 1 el tiempo de ejecución es menor. COMPARE=0 Al dejar este valor en cero, evitamos repetir el capitulo 6 del libro, tantas veces como tenga la variable ITERATIONS establecido. Nos ahorramos tiempo al dejarla en cero. En optimize/opt_config.d/o3pipe, para establecer algunas opciones a los optimizadores. CFLAGS_O3pipe="-O2 -fomit-frame-pointer" CXXFLAGS_O3pipe="-O3 -fomit-frame-pointer" En optimize/opt_config, se define el tipo de optimizacion a utilizar. 5. FINALIZANDO LA CREACION DEL SISTEMA El proceso anterior nos habra dado un limpio proceso de compilación y configuración hasta el capitulo 8 del libro aproximadamente, por supuesto algunos ficheros como /etc/profile, /etc/inputrc, localnet, /etc/hosts & fstab, entre otros deberian de ser revisados para asegurarnos de que el proceso fue completado según las expectativas del usuario. Ahora solo nos falta compilar nuestro kernel para completar el proceso y configurar nuestro Grub. 5.1 KERNEL Construir el núcleo comprende varios pasos: configuración, compilación e instalación. Mira en el fichero README del árbol de fuentes del núcleo los métodos de configuración del núcleo alternativos al utilizado en este libro. Por defecto, el núcleo Linux genera secuencies de bytes erróneas cuando se usan las teclas muertas en el modo de teclado UTF-8. Igualmente, no se pueden copiar y pegar caracteres no ASCII cuando el modo UTF-8 está activo. Corrige dichos problemas con el parche: patch -Np1 -i../linux utf8_input-1.patch Prepara la compilación ejecutando el siguiente comando: make mrproper BLACK_LIST="dejagnu gettext groff man-db vim db" Esta es la lista de los paquetes a los cuales no se debe aplicar los optimizadotes. Los puestos aca alargan demasiado demasiado el proceso o tienden a dar errores al aplicar los optimizadotes. Una vez concluidas estas configuraciones procedemos a ejecutar el siguiente comando para comenzar la compilación de los paquetes: Esto asegura que el árbol del núcleo está completamente limpio. El equipo del núcleo recomienda que se ejecute este comando antes de cada compilación del núcleo. No debes confiar en que el árbol de las fuentes esté limpio tras desempaquetarlo. Configura el núcleo mediante una interfaz de menús. BLFS tiene información sobre requisitos particulares de configuraciones del núcleo para paquetes externos a LFS en ml#kernel-config-index:./lfs B 6.2 -M Donde B 6.2 especifica la version del libro. En este caso el 6.2. make menuconfig Alternativamente, make oldconfig puede ser más adecuado en algunas situaciones. Lee el fichero README para más detalles. Si lo deseas, sáltate la configuración del núcleo copiando el fichero de configuración del núcleo,.config, de tu sistema anfitrión (asumiendo que esté disponible) al directorio linux Sin embargo, no recomendamos esta opción. Con frecuencia es mejor explorar todos los menús de

6 configuración y crear tu propia configuración del núcleo desde cero. Compila la imagen del núcleo y los módulos: make install -d /usr/share/doc/linux && cp -r Documentation/* /usr/share/doc/linux Si utilizas los módulos del núcleo puede que necesites un fichero /etc/modprobe.conf. La información relativa a los módulos y a la configuración del núcleo se encuentra en Sección 7.4, Manejo de dispositivos y módulos en un sistema LFS y en el directorio linux /Documentation, que contiene la documentación del núcleo. Igualmente, modprobe.conf(5) puede ser interesante. Instala los módulos, si la configuración del núcleo los utiliza: make modules_install 5.2 GRUB Anteriormente compilamos e instalamos el gestor de arranque GRUB en preparación para este paso. El proceso consiste en escribir ciertos ficheros especiales de GRUB a su localización específica en el disco duro. Indícale a GRUB dónde debe buscar sus ficheros stage{1,2}. Puedes utilizar el tabulador para que GRUB te muestre las alternativas: root (hd0,0) Tras completar la compilación se necesitan algunos pasos adicionales para completar la instalación. Es necesario copiar varios ficheros al directorio /boot. La ruta a la imagen del núcleo puede variar dependiendo de la plataforma que utilices. El siguiente comando asume que la arquitectura es x86: cp -v arch/i386/boot/bzimage /boot/lfskernel Indícale a GRUB que se instale en el MBR de hda: setup (hd0) Si todo está bien, GRUB informará que ha encontrado sus ficheros en /boot/grub. Esto es todo para activarlo. Cierra el intérprete de comandos de grub: System.map es un fichero de símbolos para el núcleo. Mapea los puntos de entrada de cada una de las funciones en la API del núcleo, al igual que las direcciones de las estructuras de datos del núcleo para el núcleo en ejecución. Ejecuta el siguiente comando para instalar el fichero de mapa: quit Crea un fichero de lista de menú para definir el menú de arranque de GRUB: cp -v System.map /boot/system.map config es el fichero de configuración del núcleo creado por el paso make menuconfig anterior. Contiene todas las selecciones de configuración para el núcleo que se acaba de compilar. Es buena idea guardar este fichero como referencia futura: cp -v.config /boot/config Instala la documentación del núcleo Linux: cat > /boot/grub/menu.lst << "EOF" # Begin /boot/grub/menu.lst # By default boot the first menu entry. default 0 # Allow 30 seconds before booting the default. timeout 30

7 # Use prettier colors. color green/black light-green/black # The first entry is for LFS. title LFS 6.2 root (hd0,0) kernel /boot/lfskernel root=/dev/hda1 EOF umount -v $LFS/usr umount -v $LFS/home umount -v $LFS Ahora reinicia el sistema con: shutdown -r now El estándar FHS estipula que el fichero menu.lst debe tener un enlace simbólico a /etc/grub/menu.lst. Para satisfacer este requisito, ejecuta el siguiente comando: mkdir -v /etc/grub && ln -sv /boot/grub/menu.lst /etc/grub 5.3 REINICIANDO EL SISTEMA Nuestro sistema LFS debería estar completo hasta el momento, ahora procederemos a reiniciar la maquina. logout Desmonta los sistemas de ficheros virtuales: Asumiendo que el gestor de arranque GRUB fue configurado como se indicó anteriormente, el menú está establecido para que LFS 6.2 arranque automáticamente. Una vez terminado el reinicio, el sistema LFS está listo para su uso y puedes añadir más software para cubrir tus necesidades. 6. REFERENCIAS [1] con-jhalfs-offline [2] 6.2/index.html [3] [4] [5] [6] umount -v $LFS/dev/pts umount -v $LFS/dev/shm umount -v $LFS/dev umount -v $LFS/proc umount -v $LFS/sys Desmonta el sistema de ficheros del LFS: umount -v $LFS Si creaste varias particiones, desmonta las otras particiones antes de desmontar la principal, por ejemplo: