El proyecto GNU/Linux FME Distribución Libre para la Facultad de Matemáticas y Estadística. Samuel Casanova Romero

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1 El proyecto GNU/Linux FME Distribución Libre para la Facultad de Matemáticas y Estadística Samuel Casanova Romero Mayo de 2004

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3 Índice general 1. Introducción Motivación Objetivos Entorno de trabajo Costes Totales GNU/Linux y las Live-CDs GNU/Linux y sus distribuciones El origen El software libre Linux y el software libre Las distribuciones Linux Linux Live-CD Conceptos previos Ramdisk o disco virtual Isolinux Compressed loop Kudzu

4 3.5. Llamada de sistema pivot root El dispositivo initrd (/dev/initrd) Devfs Estudio de las Live-CDs Linux Knoppix Introducción Motivación Descripción y funcionamiento Conclusiones Morphix Introducción Motivación Descripción y funcionamiento Conclusiones Metadistros Introducción Motivación Descripción y funcionamiento Conclusiones Otros sistemas Linux Live-CD Gnoppix Quantian ACM-λux gknx OverClockix

5 Gnome2Live and more Cómo se crea una Live-CD? Introducción Configuración del núcleo Cambios en la estructura del sistema de ficheros de la distribución source Configuración de fstab Configuración de ramdisk Instalación de Isolinux Configuración de initrd Imagen final Conclusión Estructura y funcionamiento de Metadistros Introducción Esquema de Metadistros El calzador La Distribución Live-CD Isolinux: Configuración y funcionamiento Detección de hardware: Kudzu Archivos de Kudzu Funcionamiento El arranque de Linux Arranque estándar del núcleo Linux

6 Arranque de Metadistros El proceso INIT Conclusión Un ejemplo: GNU/Linux FME Diseño del entorno de trabajo Instalación de Debian Woody El entorno de escritorio Contenido de la distribución La documentación del software de GNU/Linux FME Contenido de las titulaciones El sistema de menús La pantalla de bienvenida Web de ayuda Configuración del calzador Scripts de inicio La instalación de GNU/Linux FME Últimos pasos Conclusión: Futuro de GNU/Linux FME A. Código del script /linuxrc 95 B. Diagramas y Figuras 99 6

7 Índice de figuras 2.1. CD Business-card de Sun Microsystems Escritorio KDE de Knoppix Morphix con el módulo del escritorio IceWm Escritorio de GNU/Linux FME Varias aplicaciones ejecutandose en GNU/Linux FME El menú de la Web del proyecto B.1. Calzador de Metadistros (1 a parte) B.2. Calzador de Metadistros (2 a parte) B.3. Flujo del script /linuxrc (1 o parte) B.4. Flujo del script /linuxrc (2 o parte) B.5. Flujo del script /linuxrc (3 o parte) B.6. Flujo del proceso init (1 o parte) B.7. Flujo del proceso init (2 o parte) B.8. Flujo del script hwdetect.sh llamado desde init

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9 Capítulo 1 Introducción EL capítulo de introducción trata de ser una presentación del entorno que ha motivado este proyecto, la Facultad de Matemásticas y Estadística, así como la motivación concreta del proyecto, su especificación, estructura y finalmente valorar el trabajo realizado y comparar los objetivos iniciales con los objetivos alcanzados Motivación Este proyecto surge de la necesidad de un colectivo de estudiantes y profesores, de la Facultad de Matemáticas y Estadística de la Universidad Politécnica de Cataluña. El entorno en que todos ellos trabajan es normalmente en las aulas de la facultad, un conjunto de ordenadores personales conectados a una red y que ejecutan una imagen de sistema operativo que es la misma para todos. Este sistema operativo contiene una serie de software instalado que es el que utilizan tanto alumnos como profesores para desarrollar prácticas de laboratorio, consulta de información en internet, impresión de problemas y exámenes, etc... Puesto que estas aulas están físicamente en la facultad, los alumnos y profesores sólo tienen acceso a ellas en el horario en que la facultad permanece abierta, esto es, los días lectivos en horario de clases. Las aulas se utilizan además para impartir docencia utilizando los equipos durante las clases, por lo que los alumnos que no pertenezcan al grupo que está dando clase en ese momento no tienen acceso a los equipos de esa aula. Todo esto conlleva que el tiempo real de disponibilidad de los equipos no es muy alto. Existen algunas soluciones de urgencia, a veces puestas en práctica, como por ejemplo aperturas extraordinarias de las aulas por la noche o incluso los fines de semana. 9

10 No es muy difícil imaginar que para los alumnos no es muy agradable desplazarse a la facultad en horarios intempestivos como consecuencia de los recursos siempre limitados de la facultad. Por otro lado tenemos que tanto alumnos como profesores tienen en su casa equipos informáticos, muy semejantes a los de las aulas informáticas o incluso superiores en prestaciones. Es posible realizar el trabajo que se realiza en la facultad en el ordenador de casa? Claro que sí, salvo contadísimas ocasiones, el software ejecutado en las aulas puede ser ejecutado en cualquier ordenador de sobremesa. Porqué no los utilizan entonces para desarrollar su trabajo cómodamente en casa? Hay básicamente dos razones por las que no es posible: 1. Tanto el sistema operativo instalado en las aulas como el software de desarrollo son de licencia propietaria. Esto quiere decir que cualquier persona que quiera hacer uso de él debe pagar, en ocasiones grandes cantidades, por la licencia de ese producto. Por poner un ejemplo, las licencias de Microsoft R Windows R 98 más Microsoft R Office R 2000 Pro ya ascienden a más de 300 e. De todos es sabido que los alumnos suelen ingeniárselas para conseguir este software mediante métodos más económicos y menos legales, pero está claro que la facultad no puede incitar a los alumnos a actividades de piratería informática. 2. Aun en el caso de conseguir las licencias de software, los usuarios carecen de avanzados conocimientos informáticos para instalar y mantener el sistema en óptimas condiciones. La facultad cuenta con un equipo de profesionales informáticos que dan soporte técnico en todo momento a los alumnos y profesores, pero extender este servicio a los usuarios domésticos resultaría completamente inviable. El segundo problema parece de difícil solución, pero el primer problema no lo es tal. Como ya hemos visto en la sección existe una alternativa al software propietario, el software libre. Esto quiere decir que todo el software de las aulas está disponible como software libre? Evidentemente no, pero existen alternativas a software propietario que tienen características semejantes y en ocasiones incluso superiores. Cuánto me cuesta entonces la solución libre? La gran mayoría del software libre, además de libre es gratis, por lo que el coste total no sería más que el tiempo de conexión para descargar el sistema por Internet o el precio del soporte físico donde se almacene el software, por ejemplo un CD-R. Estoy hablando de unos céntimos de euro, por lo que la diferencia resulta aplastante. El usuario puede tener acceso al software libre pero todavía nos queda el segundo problema planteado. Cómo un estudiante de matemáticas va a ser capaz de instalar y administrar un sistema operativo libre? Este es el problema al que se le busca solución en el proyecto GNU/Linux FME. Para ello se elimina el concepto de instalación y administración como hasta ahora la conocemos. Para empezar el sistema no necesita instalación ya que se ejecuta desde un CD-ROM 10

11 utilizando la memoria RAM del ordenador. Este hecho no priva al usuario de instalar el sistema a su disco duro, con apenas dos clics de ratón y en 20 minutos aproximadamente. La administración del sistema tampoco es necesaria. El sistema se ejecuta desde el CD- ROM por lo que si surge algún problema no hay más que reiniciar y el sistema volverá a quedar intacto. Si se trata de una instalación a disco, es cuestión de reinstalar el sistema y en pocos minutos el problema habrá terminado. Debido al colectivo al que va dirigida la distribución, ésta debe estar diseñada con la facilidad, la usabilidad y la estabilidad como principal objetivo. El usuario no debería adquirir ningún conocimiento adicional para poder utilizar el sistema, debería ser capaz de empezar a utilizar el software equivalente desde el primer momento, y debemos asegurar el trabajo de los usuarios bajo un sistema estable y no propenso a bloqueos del sistema o del software. Además el sistema debe soportar un amplio conjunto de hardware compatible, ya que la distribución la utilizará un número amplio de personas en un número amplio de equipos diferentes. No serviría de nada un sistema operativo útil que sólo funciona en un conjunto reducido de ordenadores. Por último, el sistema debe ser actualizable, preferentemente vía web. Los alumnos deben ser capaces desde la distribución de descargar la última versión de la documentación oficial de las asignaturas, o los cambios de software de laboratorio que se podrían producir durante el curso Objetivos Comenzaré describiendo los objetivos para este proyecto, en una planificación de lo que deberían ser los plazos de entrega del proyecto en una primera estimación: 1. Crear una documentación sobre cómo se crea y cómo funciona una Linux Live-CD, con gran profundidad de detalle en la parte técnica y funcional para futuras creaciones similares a este proyecto. (una semana) 2. Estudiar las distintas metadistribuciones GNU/Linux basadas en Debian, observando las ventajas e inconvenientes que poseen y, finalmente decidir cual de ellas se ajusta más a nuestras necesidades. (una semana) 3. Estudiar el software que se utiliza en la Facultad de Matemáticas y Estadística y averiguar sus equivalencias free-software. (uno o dos días) 4. Construcción del sistema operativo Debian Woody y el núcleo estable. Posteriormente adaptar este sistema a las especificaciones que debe cumplir para funcionar bajo el formato de metadistribuciones elegido en el primer punto. (entre una y dos semanas) 11

12 5. Instalación del entorno de escritorio. También precisaría de modificaciones y optimizaciones para adaptarlo a nuestras necesidades. (indefinido, iremos adaptando a medida que vayamos implementando) 6. Instalación, optimización y test del software específico para las titulaciones de matemáticas y estadística, además de algún software de propósito general. (una semana) 7. Creación de rutinas de automatización de tareas mediante scripts. (indefinido, se harán a medida que se precisen) 8. Diseño e implementación de un sistema de ayuda. (una semana) 9. Creación y optimización de la estructura necesaria para crear el CD-R con el sistema operativo resultante siguiendo las especificaciones de la metadistribución elegida. (entre una y dos semanas) 10. Una vez conseguida la distribución debemos someterla a tests y corregir posibles fallos. (una semanas) 11. Finalmente, crear la memoria y la presentación del proyecto. (entre dos y tres semanas) El total de la previsión estima el tiempo total para desarrollar el proyecto inferior a cuatro meses a media jornada. Una vez el proyecto se ha terminado me doy cuenta de lo optimistas que fueron algunas estimaciones, como por ejemplo la relacionada con la documentación, ya que tanto la web de ayuda como la memoria han supuesto un gran volumen de trabajo. Estos son los tiempos definitivos de desarrollo: 1. Estudiar las distintas metadistribuciones GNU/Linux basadas en Debian, observando las ventajas e inconvenientes que poseen y, finalmente decidir cual de ellas se ajusta más a nuestras necesidades. (dos semanas) 2. Estudiar el software que se utiliza en la Facultad de Matemáticas y Estadística y averiguar sus equivalencias free-software 1. (cuatro días) 3. Construcción del sistema operativo Debian Woody y el núcleo estable. Posteriormente adaptar este sistema a las especificaciones que debe cumplir para funcionar bajo el formato de metadistribuciones elegido en el primer punto. (una semana) 4. Instalación del entorno de escritorio y diseño e implementación del sistema de menús. (una semana) 5. Instalación, optimización y test del software específico para las titulaciones de matemáticas y estadística, además de algún software de propósito general. (dos semanas) 1 free-software: Software libre y gratuito, publicado normalmente bajo la licencia General Public License 12

13 6. Creación de rutinas de automatización de tareas mediante scripts. (tres días) 7. Diseño e implementación de la aplicación web de bienvenida y ayuda. (dos semanas) 8. Creación y optimización de la estructura necesaria para crear el CD-R con Metadistros. (dos días) 9. Una vez conseguida la distribución debemos someterla a tests y corregir posibles fallos. (Difícil de concretar, ya que el proceso generaba errores durante toda la fase de desarrollo y se corregían dinámicamente) 10. Estudio exhaustivo del entorno final, crear la documentación, memoria y la presentación del proyecto. (más de cinco semanas) Como se puede comprobar en ocasiones las estimaciones eran optimistas y en otras se han superado los plazos establecidos a priori. Finalmente el trabajo total del proyecto queda estimado entre 4 y 5 meses a media jornada, unas 360 horas Entorno de trabajo El proyecto lo he desarrollado íntegramente en mi domicilio particular, ya que las especificaciones no requieren más de un equipo doméstico y una conexión a Internet. Este es el equipo con el que ha sido desarrollado GNU/Linux FME: AMD Athlon 800 Mhz Memoria RAM de 256 Mb a 133 Mhz Dos discos duros, uno de 20 Gb (hda) y otro de 80 Gb (hdd) Grabadora CD-RW + Ethernet 10/100 Es difícil estimar el coste actual de un equipo de estas características en el mercado actual, ya que no se encuentra entre los catálogos de ninguno de los proveedores de hardware principales, por lo que estableceré un precio de 300 e. Durante el desarrollo del proyecto se ha utilizado un acceso a Internet consistente en una línea básica de conexión ADSL 256/128 2 a través de un router ADSL / Ethernet de dos puertos. El coste de esta línea es de 45 e al mes. 2 Asymethric Digital Subscriber Line, acceso de banda ancha más extendido en la actualidad, los números son la capacidad de la línea, 256 Kbps de ancho de banda de bajada y 128 Kbps de subida 13

14 1.4. Costes Totales Para valorar las horas de trabajo he tomado como referencia el sueldo de un técnico de programación de la UPC, perteneciente al grupo 2 del personal de administración y servicios, con un sueldo bruto de aprox. 11,25 e la hora. El empleo del software libre no va a suponer coste alguno, ya que no es necesario adquirir licencias propietarias para hacer uso de él. Únicamente se podría estimar su coste en las horas de conexión a Internet necesarias para descargarlo, que se han omitido en la tabla debido a que la línea ADSL contratada se factura por meses y no por horas de conexión. Cuadro 1.1: Costes del proyecto Final de Carrera Concepto Unidades Coste por unidad Subtotal Equipo de trabajo 1 300,00 e 300,00 e Sistema Operativo Debian Woody 1 0,00 e 0,00 e Software necesario 1 0,00 e 0,00 e Tiempo de conexión (en meses) 4 45,00 e 180,00 e Tiempo de programación (en horas) ,25 e 4050,00 e Total 4530,00 e 14

15 Capítulo 2 GNU/Linux y las Live-CDs Comenzaremos con una breve reseña histórica y conceptual sobre lo que es GNU/Linux y el software libre, la filosofía y el entorno que lo rodea y las posibilidades que ofrece este tipo de software para desarrollar este proyecto. Finalmente repasaremos las distribuciones existentes de GNU/Linux y descubriremos las Live-CDs o distribuciones Live-CD GNU/Linux y sus distribuciones El origen En 1984 Richard Stallman fundó la Free Software Foundation [17] para promover la idea del software libre [6]. Con la fundación creó la licencia GPL (General Public License) que permite distribuir código libre. Aunque GNU trabajaba en un núcleo propio (HURD), muy pronto unió sutrabajo con el núcleo de Linux. En 1991 Linus Torvalds creó el sistema operativo Linux. Estaba basado en un clon de UNIX [50] llamado Minix [49], y pronto comenzó a evolucionar rápidamente consiguiendo una buena estabilidad y un rendimiento superior. Se componía principalmente de un núcleo (kernel) y un reducido conjunto de aplicaciones El software libre La definición de software libre [6] no es trivial y a menudo se presta a confusión. Hay cuatro reglas básicas para que un software se pueda considerar libre: 15

16 1. El usuario es libre de utilizar el programa sin ninguna condición 2. El usuario tiene acceso al código fuente del programa 3. El usuario es libre de distribuir copias del software 4. El usuario puede modificar el código fuente y redistribuirlo La idea principal es que todos los programas distribuidos como software libre tienen la obligación de facilitar el código fuente del programa, y además permiten a cualquiera modificar este código a su antojo y redistribuir el software nuevamente. Este modelo de distribución de software tiene muchas ventajas de cara a los usuarios: Coste inferior del software, ya que normalmente todo el software libre también es gratis, y el usuario sólo paga el coste de la conexión o el precio del soporte físico donde se almacena el software. Al disponer del código fuente, puede modificarlo para añadirle nuevas funcionalidades o para corregir posibles errores de programación. Una vez modificado puede volver a distribuirlo para que el resto de la comunidad se beneficie de estas modificaciones. De esta forma la calidad del producto aumenta a medida que los programadores revisan y modifican el código Linux y el software libre Más de una década después de su nacimiento, GNU/Linux es un sistema operativo muy extendido, gracias a la idea del software libre. Existen miles de aplicaciones para GNU/Linux y la mayoría son software libre. Linux se distribuye con licencia GPL, pero el responsable de las actualizaciones del núcleo Linux sigue siendo exclusivamente Linus Torvalds. Esto no quiere decir que cualquiera pueda modificar las fuentes del núcleo para adaptarlo a sus necesidades, sino que hoy en día el resto de programadores se centran en programar software para este núcleo, mientras que éste sigue bajo la tutela de su creador. Si GNU/Linux ha llegado tan lejos ha sido incuestionablemente gracias a la comunidad del software libre, y cada día hay más gente que se interesa por este sistema operativo y su entorno de libertad y globalidad. 16

17 Las distribuciones Linux A medida que GNU/Linux crecía y la gente lo iba adoptando cada vez más como su sistema operativo el volumen de software disponible también crecía. Algunos programadores se dedicaron a utilizar un subconjunto de este software y definieron una estructura para integrar todo este software en lo que se conoce como distribuciones [9]. Estas distribuciones, como el resto del software libre, han ido evolucionando con el tiempo. Algunas de ellas incluso se ha separado y desmarcado de las otras desarrollando en muchos casos software propio, aunque todas conservan siempre el mismo eje central, el núcleo Linux [63]. El software que hace diferentes a unas distribuciones respecto a otras suelen ser mejores interfaces gráficas de instalación, herramientas de configuración o aplicaciones de detección automática de hardware. Algunas distribuciones conocidas son: Red Hat Es la distribución más famosa sin duda en todo el mundo, gracias a sus esfuerzos por desarrollar software de código abierto. Al contar con una estructura organizativa como la empresa Red Hat [60], con sedes en más de 15 países, la respaldan un grupo de desarrolladores profesionales. Es muy fácil de utilizar e instalar. Además cuenta con un sistema de empaquetamiento de software propio que hace de la instalación de nuevo software una tarea muy sencilla. Existen varias distribuciones Red Hat, algunas de ellas dirigidas a grandes empresas que pagan por recibir soporte técnico sobre la distribución. Linux-Mandrake Desarrollada a partir de una Red Hat. La estructura es prácticamente idéntica, pero la opinión popular define a Mandrake [59] como la más fácil de utilizar. Por eso es la distribución preferida por los usuarios que quieren tener un primer contacto con GNU/Linux. Se caracteriza además por tener un número importante de desarrolladores que mantienen el software de la distribución siempre actualizado. 17

18 SuSE También cuenta con Red Hat como base, es también una distribución comercial con un conjunto de software muy completo, parte del mismo desarrollado por los programadores de SuSE [62]. Se caracteriza también por su facilidad de uso e instalación gracias al uso de asistentes gráficos. Slackware Linux Una de las más antiguas. Su evolución no ha ido al mismo ritmo que el resto de distribuciones, debido en parte a su meta inicial, ser la distribución de Linux que más se parezca a UNIX. Por eso algunos piensan que la estructura de esta distribución [61] ha quedado obsoleta. No obstante es una buena opción para experimentar en profundidad con Linux, ya que la estructura del sistema es muy fácil de interpretar. Debian GNU/Linux Es la distribución preferida por los hackers 1 de Linux. Es muy fácil de instalar y mantener gracias a su sistema de instalación de software mediante paquetes, para muchos, el mejor del mundo. Se trata de un sistema en continua evolución ya que cuenta con miles de desarrolladores por todo el mundo que trabajan en perfecta conjunción de forma desinteresada, por eso se considera la distribución más comprometida con el desarrollo de software libre. Su estructura y funcionamiento son algo más complejo que el resto de distribuciones, pero esta estructura garantiza un sistema robusto y eficaz. Debian [56] se caracteriza también por ser una distribución que puedes utilizar como base a otras nuevas distribuciones, gracias a su diseño modular y definido. Por todo esto es la distribución elegida como base en este proyecto. Otras distribuciones Existen muchas otras distribuciones de GNU/Linux [9], no tan conocidas como las anteriores. Entre ellas podemos destacar Caldera OpenLinux [54], Corel Linux [22], Storm- Linux [45] o TurboLinux [42], la mayoría basadas en Debian. 1 hacker: Me refiero a los programadores de sistemas GNU/Linux, no con la connotación popular de delincuentes informáticos 18

19 2.2. Linux Live-CD Un sistema Linux Live-CD [36] es un sistema basado en GNU/Linux (cualquiera de sus distribuciones) que es capaz de arrancar desde un CD sin utilizar el disco duro para instalar software. La finalidad inicial de estos sistemas era ofrecer un sistema operativo completo para hacer demostraciones o como medio para efectuar el rescate de otro sistema instalado en el equipo. Las primeras distribuciones eran sistemas reducidos con un pequeño número de aplicaciones instaladas. Su tamaño era ideal para grabarlos en las CD business-cards 2. A medida que iban evolucionando el tamaño de los sistemas era cada vez mayor. Figura 2.1: CD Business-card de Sun Microsystems Finalmente se han convertido en sistemas completos y totalmente operativos. Son capaces de almacenar casi 2 Gb de software en un solo CD-R de 700 Mb mediante técnicas de compresión/descompresión transparente al usuario. La estructura de estas distribuciones es más sencilla de lo que en principio pueda parecer. Existen muchas Live-CDs distintas, pero todas están basadas en el modelo de la distribución Knoppix [58]. En este proyecto se dedica un capítulo completo a estas distribuciones. Por eso, si el lector desea más información sobre estas Live-CDs únicamente debe consultar el capítulo 4. 2 CD business-card: CD-R de radio menor al estándar de CD y con cierta forma ovalada. Permite almacenar entre Mb 19

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21 Capítulo 3 Conceptos previos En este capítulo describiré con detalle algunos términos y conceptos que deberían conocer los lectores para poder comprender correctamente cómo funcionan y de qué se componen algunas partes del proyecto Ramdisk o disco virtual Es un área de la memoria RAM que se asigna al sistema operativo para que se utilice a modo de partición de disco [10, 19]. Básicamente, consiste en reservar cierta cantidad de memoria y acceder a ella como si fuese una unidad de disco. Se utiliza principalmente para ubicar archivos que reciben un gran número de accesos. La memoria RAM es unas 1000 veces más rápida que un disco duro, por lo tanto si podemos predecir que algunos archivos van a ser consultados con frecuencia, podemos ganar eficiencia ubicando éstos en la memoria RAM en lugar de en el disco duro. Por ejemplo, si estamos ejecutando un servidor web podríamos ganar eficiencia ubicando las páginas principales en memoria en lugar de en disco. De esta forma el servidor no debería hacer accesos a disco cuando recibiera una visita de algún internauta, ya que tiene las páginas cargadas en disco. La técnica de Ramdisk o disco virtual no tiene nada que ver con las caches de disco [64] o la memoria virtual [65]. Las caches de disco son áreas de memoria que reserva el sistema operativo para guardar temporalmente espacios contiguos de disco duro que se han accedido en algún momento, de forma que si se vuelve a acceder a ese espacio el sistema operativo no debe acceder nuevamente a disco sino que lo haría al espacio de la caché. El sistema operativo gestiona su propio espacio de caché de disco, mientras que los discos virtuales se configuran por programadores o usuarios avanzados. 21

22 La memoria virtual, memoria de intercambio o swap es un espacio del disco duro que se utiliza para almacenar espacios de memoria RAM en disco, de forma que conseguimos aumentar el tamaño de la memoria (podemos tener más aplicaciones ejecutando a la vez) sacrificando el rendimiento general del sistema (la velocidad general del sistema se reduce). En el caso de las Live-CDs la utilización de la Ramdisk es algo diferente. El espacio que definimos lo utilizamos para ubicar nuestro sistema de ficheros principal, ya que la Live-CD no puede acceder en un principio a disco. Puede encontrarse una explicación detallada del funcionamiento de la Ramdisk en GNU/Linux en el capítulo Isolinux ISOLINUX [48] es un gestor de arranque ( boot loader ) para Linux que opera en sistemas de ficheros ISO9660/El Torito CD-ROMs [24]. En otras palabras, ISOLINUX es un software creado para poder arrancar sistemas Linux desde un CD-ROM grabado con el estándar de sistemas de ficheros ISO9660 [25]. Es un gestor de arranque muy limitado, ya que no puede operar con otros sistemas operativos como por ejemplo Microsoft R Windows R, aunque esta limitación carece de importancia cuando lo que queremos conseguir es precisamente un programa ligero que permita arrancar Linux desde un CD-ROM. La mayoría de las Live-CDs estudiadas utilizan ISOLINUX como gestor de arranque con una gran eficiencia. Algunas Live-CDs como por ejemplo las primeras versiones de Knoppix utilizan el gestor Lilo [30], más completa que ISOLINUX, con soporte para arranque de otros sistemas operativos diferentes de Linux. Metadistros utiliza isolinux, y como nuestras necesidades no van más allá de arrancar nuestra distribución GNU/Linux FME desde el CD-ROM, utilizaremos ISOLINUX y descartaremos las demás posibilidades Compressed loop Dispositivo comprimido diseñado para sistemas independientes en CD-ROM [2]. Fue creado por Paul Rusty para utilizarlo con sistemas Linux de rescate en CD-Business Cards (ver pág. 19). Permite utilizar sistemas de ficheros de hasta 1,6 Gb de contenido en un solo CD-ROM de 650 Mb. Al contrario de lo que puede parecer al principio, Cloop NO es un sistema de ficheros. Es un fichero de dispositivo de bloques que contiene un sistema de ficheros. Este sistema de ficheros contenido es independiente del sistema cloop, por lo que puede ser cualquier sistema de ficheros que el usuario quiera utilizar. En nuestro caso utilizamos el sistema de ficheros Extended2. 22

23 Cloop es un dispositivo de sólo lectura, por lo que el contenido no se puede modificar. El dispositivo utiliza las librerías zlib/gzip [68] para comprimir el sistema de ficheros contenido. Esta compresión del sistema es transparente al usuario, el dispositivo se encarga de descomprimir dinámicamente los bloques del sistema de ficheros contenido en él. Cloop contiene un índice de bloques que mantiene en memoria por cuestiones de eficiencia, y utiliza el mecanismo de buffering de bloques del núcleo para aumentar el rendimiento. El diseño de este dispositivo está enfocado a su uso en CD-ROMs. Utiliza técnicas de caching y agrupación de bloques para minimizar el movimiento del cabezal del CD-ROM al acceder a los bloques del dispositivo. Los bloques no se descomprimen hasta que el usuario accede a ellos, esto es, la descompresión del sistema de ficheros se produce en-demanda Kudzu Se trata de una librería de detección de hardware [28], creada por los ingenieros de Red Hat (ver sección 2.1.4). La librería se completa con varios programas que utilizan esta librería para detectar el hardware, cargar los módulos necesarios para que este hardware funcione en nuestro sistema, y finalmente generar los ficheros de configuración que los dispositivos necesiten para su correcto funcionamiento. Al comenzar su ejecución, Kudzu detecta el hardware presente en el sistema, lo identifica y consulta una base de datos propia. Si encuentra el dispositivo en su base de datos, sigue las instrucciones indicadas para configurar con éxito el dispositivo. Para profundizar en el funcionamiento del sistema Kudzu, podemos consultar el capítulo Llamada de sistema pivot root Permite cambiar el sistema de ficheros raíz (root file system) del proceso actual (old root) a un sistema de ficheros determinado (new root) y dejar el sistema de ficheros raíz actual montado en un directorio del nuevo sistema de ficheros. No hay que confundir con la llamada de sistema chroot que cambia el directorio raíz (root directory) pero siempre en el mismo sistema de ficheros. Para poder utilizar pivot root hay que tener en cuenta lo siguiente: 23

24 Los dos sistemas de ficheros deben estar montados en el sistema de ficheros del proceso desde el que se hace la llamada a sistema new root ha de ser un punto de montaje de un sistema de ficheros diferente al de old root No puede haber ningún sistema de ficheros diferente de new root montado en el sistema de ficheros de old root. Es importante tener en cuenta que la llamada pivot root no garantiza el cambio de directorio raíz del sistema (depende de la versión de pivot root), por lo que generalmente será necesario después de la llamada a pivot root llamar también a chroot. El ejemplo siguiente ilustra cómo deberíamos utilizar estas dos herramientas para hacer el cambio: fme:/# cd /mnt fme:/# pivot_root. mnt fme:/# chroot. umount /mnt La llamada pivot root cambia de forma automática los apuntadores de los procesos en ejecución hacia new root, de forma que old root se puede desmontar de new root una vez hecho el cambio de directorio raíz El dispositivo initrd (/dev/initrd) Se trata de un dispositivo de bloques de solo-lectura [4, 70]. El gestor de arranque carga el sistema de ficheros contenido en este dispositivo antes de arrancar el núcleo del sistema. De esta forma el arranque se efectúa en dos fases, primero monta el dispositivo initrd en RAM y ejecuta instrucciones contenidas en él, y después carga el sistema de ficheros raíz. Para activar este dispositivo es necesario que el núcleo tenga soporte para ramdisk (ver sección 3.1) ya que al iniciar el sistema se copia el contenido de /dev/initrd a /dev/ram0, donde adquiere permisos de lectura-escritura. Después el sistema busca el fichero linuxrc y si lo encuentra lo ejecuta (siempre que tenga permisos de ejecución) como root. Después de la ejecución de linuxrc el sistema carga el sistema de ficheros raíz, y si éste contiene un directorio llamado /initrd se monta el dispositivo /dev/ram a este directorio. En caso contrario simplemente se desmonta y se pasa el control al proceso /sbin/init. 24

25 Inicialmente el dispositivo /dev/initrd se creó para iniciar sistemas mínimos desde un disquet o CD-ROM para efectuar procesos de instalación. El disquet iniciaba un núcleo con controladores mínimos y determinaba los módulos necesarios para arrancar el sistema completo bien detectándolo él mismo o bien preguntando al usuario. Este método se sigue utilizando en la actualidad Devfs Es un sistema de aplicación de dispositivos físicos en el sistema de ficheros raíz. La forma habitual de registrar un dispositivo en el sistema es creando un dispositivo virtual en el sistema de ficheros. Estos ficheros de encuentran en el directorio /dev, y su nombre depende de la ubicación física del dispositivo. DEVFS propone una manera más sencilla de registrar estos dispositivos, y es agrupándolos según el tipo de dispositivos al que pertenecen y no por su ubicación física. Por ejemplo, la unidad de CD-ROM con DEVFS siempre se sitúa directamente en /dev/cdrom mientras que con el sistema tradicional su ubicación depende del bus IDE donde se conecte. Esta nueva forma de agrupar dispositivos facilita la labor de las aplicaciones que no tienen que preocuparse de la configuración hardware y acceder a los dispositivos de forma más transparente. El incremento en el tamaño y el rendimiento del núcleo es tan pequeño que prácticamente todos los sistemas Linux utilizan DEVFS. 25

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27 Capítulo 4 Estudio de las Live-CDs Linux Existen muchas y muy diversas Live-CDs [36] en las que basar este proyecto. En este capítulo el lector descubrirá las capacidades y características de las Live-CDs más importantes, las diferencias entre ellas, y compararé las características de cada una con las características que deberá tener el proyecto para decidir qué sistema se ajusta más a la especificación de GNU/Linux FME Knoppix Introducción Es el pionero de los sistemas Linux CD-Live, el sistema en qué se basan el resto de Live-CDs estudiadas [58]. Su paquete de software es muy amplio y diverso, se trata de un entorno KDE [57] basado en Debian [56], con las suites ofimáticas más populares (OpenOffice [46], StarOffice [47], KOffice [26]), GIMP [12], XMMS y Netscape [38] entre otros. Además de los anteriores, contiene un gran número de utilidades de rescate de sistemas Motivación Fue creado por Klauss Knopper en Alemania el año Eran muchos los usuarios que necesitaban constantemente sistemas robustos y estables con software para probar equipos y sistemas de ficheros corruptos. Además estaban los usuarios que simplemente querían 27

28 probar Linux pero que no estaban dispuestos a modificar sus sistemas operativos propios para instalar una distribución Linux convencional. Knopper quiso responder esta demanda de soluciones y creó Knoppix, un sistema Linux auto-arrancable y auto-configurable que satisfizo las necesidades de estos usuarios. El sistema se completa con una gran cantidad de software muy diverso. Actualmente está basado en la distribución testing de Debian, y utiliza un núcleo 2.6 muy modular, con el fin de conseguir la mayor compatibilidad con el hardware de sus usuarios. Como ya hemos apuntado antes, utiliza el entorno de escritorio KDE, completado con un conjunto de software libre muy amplio en el que podemos destacar GIMP, Konqueror, XMMS, Star- Office, OpenOffice, Netscape y algunas herramientas de test y rescate Descripción y funcionamiento Knoppix combina el estándar de CD-ROMs auto-arrancables El Torito [24], el dispositivo loop comprimido (ver Sección 3.3) y el software de detección de hardware Kudzu de Red Hat 3.4. El CD-ROM al arrancar, carga un archivo de inicio con un sistema de ficheros con un kernel comprimido y unos guiones para detectar los dispositivos de la máquina. Antes de la detección de hardware se monta una partición ramdisk [10] para proyectar los directorios que necesitan escritura. La aplicación a medida que detecta el hardware consulta una librería (Kudzu) donde guarda básicamente el hardware soportado y los módulos que deberá cargar. Tras arrancar el kernel y ejecutar estos scripts se carga el módulo cloop (ver Sección 3.3) para cargar el sistema de ficheros principal, que se encuentra en un fichero comprimido con el driver cloop. Cloop utiliza compresión zlib/gzip [68] para comprimir por bloques independientemente del tipo de sistema de ficheros. El sistema es de sólo-lectura, y para una mayor efectividad mantiene el índice de bloques en memoria y el resto de bloques se carga en-demanda. Además la información se guarda de forma que minimiza el movimiento del cabezal del CD-ROM en los accesos. Finalmente mediante soft-links se enlazan los directorios que necesitan escritura con los creados en el ramdisk por el script de arranque del CD-ROM, y arranca el servidor de X y el entorno de escritorio (KDE). Para desarrollar distribuciones tomando Knoppix como base es necesario instalar en primer lugar Knoppix en el disco duro. A continuación el desarrollador desinstalaría e instalaría software en la distribución instalada mediante herramientas como APT [71]. Una vez tuviéramos la distro adaptada a nuestras necesidades, deberíamos arrancar un sistema Linux propio e instalar las herramientas necesarias para manejar ficheros cloop en nuestro sistema. Con estas herramientas crearíamos de nuevo el dispositivo cloop con el 28

29 sistema de ficheros de nuestra distribución personalizada. Finalmente crearíamos el CD- ROM incluyendo las herramientas de Knoppix de detección de hardware, el gestor de arranque, los módulos del núcleo de Knoppix, etc Conclusiones Knoppix por ser el primero es también el más maduro y estable de las Live-CDs, pero no fue pensado inicialmente para crear distribuciones que no fuesen la propia Knoppix. Para crear una Live-CD Knoppix es necesario instalar Knoppix en el disco duro, para después instalar y desinstalar aplicaciones que el usuario crea conveniente sobre esta instalación. Por tanto, no es posible a priori crear una distribución con base de Knoppix que contenga una distribución que no sea la propia Knoppix. La distribución contenida en Knoppix está basada en Debian Sid (testing). Esta distribución se compone de paquetes de software que han sido probados durante un breve periodo de tiempo y que no se han encontrado fallos importantes. Un paquete testing puede contener fallos notables de programación. La especificación de GNU/Linux FME requiere un sistema estable por lo que debería estar basado en la distribución Debian Woody (estable). Figura 4.1: Escritorio KDE de Knoppix 3.3 Como consecuencia, Knoppix no parece la mejor solución para desarrollar un sistema estable y robusto, por lo que descartaremos esta Live-CD para desarrollar el proyecto GNU/Linux FME. 29

30 4.2. Morphix Introducción Debido a que está basado directamente en Knoppix, la idea es la misma, conseguir una Live-CD que quepa en un CD-ROM y que pueda ser ejecutada sin necesidad de hacer una instalación en el equipo del usuario, con una cantidad de software instalado y listo para ser usado [37]. La estructura de esta Live-CD es algo diferente. Se compone de diversos módulos, los cuales pueden ser modificados para personalizar una distribución. Este diseño en módulos permite a los desarrolladores tener mucha versatilidad a la hora de hacer cambios sobre una distro Morphix, aunque todas parten de un módulo base que es una copia del corazón de Knoppix Motivación Los creadores de Morphix buscaban un producto mejor que Knoppix. Recordemos que Knoppix es una imagen ISO [25] que se graba en un CD-ROM y que cuando queremos modificar esta distro es condición sine qua non una base Knoppix. Por eso crearon Morphix con un diseño modular. La idea es que el usuario descarga un módulo base (unos 180 Mb) y lo completa a su gusto con los módulos que contengan los paquetes de software que el usuario necesite en su distribución. En Morphix encontramos una lista de software disponible más extensa y mejor ordenada (al estar agrupados en módulos). El usuario debe elegir de entre este software para crear su distribución ya que todo el conjunto no cabe en un CD-ROM de 700 Mb Descripción y funcionamiento El funcionamiento es muy parecido al de Knoppix. Al arrancar el CD el módulo base se carga y se ejecuta para configurar el hardware. A continuación se mira si existe algún minimódulo que deba cargarse con el módulo principal, en caso afirmativo se carga y se ejecutan los scripts de configuración de los mismos. Finalmente se carga el módulo principal y se ejecutan todos los scripts de inicio propios del módulo para generar el entorno de usuario. 30

31 Una distribución Morphix cuenta con: Un módulo base, que contiene un kernel básico, módulos para este kernel y un sistema de detección de hardware automático. Es la parte del proyecto que se ha tomado de Knoppix. Un módulo principal donde se encuentra el sistema de ficheros de la distribución y todo el entorno de usuario junto con el software ya instalado (X11 [66], window manager 1, aplicaciones, etc...). Es independiente del módulo base. Uno o varios mini-módulos, cada uno de ellos es un sistema de ficheros comprimido con scripts de inicialización. Están relacionados con uno o varios módulos principales. Se utilizan para modificar los entornos de usuario. A parte de estos 3 tipos de módulos, la Live-CD al arrancar comprueba además estos 3 directorios: El directorio /deb : Los paquetes Debian [51] que se incluyen en este directorio se instalan en la distribución en tiempo de arranque del sistema. El directorio /exec : Podemos incluir programas y scripts para que sean ejecutados en el momento del arranque por el sistema. Los programas deben estar basados en consola, ya que se ejecutan antes de levantar el servidor X. El directorio /copy : Todos los ficheros y directorios que contenga esta carpeta se copiarán en el sistema de ficheros raíz en el arranque del sistema. Los ficheros que ya existan serán modificados. Esta estructura en partes independientes permiten una gran versatilidad a la hora de crear entornos, pero debemos tener varias cosas en cuenta, y es que todo lo que no esté en los módulos principales se instala en tiempo de arranque. Por tanto si explotáramos esta opción de construir el sistema a partir de módulos en tiempo de carga, podemos conseguir unos tiempos de arranque prohibitivos. Si prescindimos de estas características nos encontramos con un sistema muy parecido a Knoppix [58], donde debemos modificar un módulo principal configurado de una determinada manera. 1 Un gestor de ventanas es un servidor que se encarga de construir las ventanas del sistema X11 31

32 Conclusiones Morphix es un proyecto muy ambicioso, aparentemente permite a los desarrolladores mucha flexibilidad a la hora de crear las distribuciones gracias al sistema de módulos. Su sistema de instalación mediante una GUI permite a los usuarios inexpertos en Linux instalar la distribuciones con algunos clicks de ratón. Figura 4.2: Morphix con el módulo del escritorio IceWm Uno de los inconvenientes de Morphix es la falta de documentación técnica sobre el proyecto y su estructura. Además al estar muy arraigado a Knoppix, tampoco está pensado para partir de un sistema GNU/Linux propio. Para desarrollar un sistema basado en Morphix siempre hay que partir de una distribución Morphix, y no es lo que buscamos para el proyecto Metadistros Introducción A diferencia de los dos sistemas anteriores, no se trata de una distribución. Es un proyecto de Hispalinux [18], una comunidad de desarrolladores hispanos sobre GNU/Linux. La idea es crear una infraestructura para crear Linux Live-CDs [36] a partir de cualquier instalación de Linux, ya sea partiendo de una distribución hecha o una distribución propia que el usuario quiera convertir a Live-CD. Aunque la idea es un poco diferente, su base sigue siendo Knoppix [58]. 32

33 El conjunto de herramientas de Metadistros [53] permiten un potencial creador muy por encima del resto de estructuras Live-CD. Según las especificaciones se puede convertir cualquier instalación, incluso las no basadas en Debian, en un Live-CD con Metadistros. El proyecto se encuentra en continuo desarrollo y surgen nuevas herramientas y mejoras con mucha frecuencia Motivación Los creadores de Metadistros tienen una meta clara: generar una estructura que nos permita en un momento determinado crear a partir de una instalación de Linux cualquiera un Live-CD de gran fiabilidad y estabilidad. Esta especificación genera un producto muy útil. Cualquier desarrollador puede generar un entorno personalizado y transportarlo a otro equipo sólo con un CD-R, y las posibilidades de ese entorno son ilimitadas, ya que el usuario puede crear un Live-CD de cualquier distribución Linux. Por eso no tiene sentido hablar de listas de software incluido, módulos disponibles, etc... Podemos construir un Live-CD con cualquier distribución Linux, siempre y cuando comprimida nos quepa en el CD-R. Actualmente podemos tener distibuciones de hasta 2 Gb en un solo CD-R de 700 Mb Descripción y funcionamiento El funcionamiento de esta distribución se explicará con detenimiento posteriormente en esta memoria, ya que este proyecto está basado en Metadistros. Básicamente lo que hace Metadistros para arrancar el sistema desde un Live-CD es cargar un pequeño sistema muy básico con isolinux (ver Sección 3.2) llamado calzador [1], que se encarga de efectuar la detección y configuración del hardware, generar los scripts necesarios para el funcionamiento de GNU/Linux y montar la distribución comprimida con cloop [2]. Finalmente se enlazan los directorios que necesitan escritura con un sistema de ficheros montado en la RAM, y se pasa el control al proceso init para que inicie el sistema contenido en la Live-CD. La estructura se separa en dos partes perfectamente diferenciadas e independientes: La distribución que queremos convertir en Live-CD, que se guarda en un archivo comprimido con el driver cloop (ver Sección 3.3), al igual que Knoppix [58]. A diferencia de Knoppix, esta distribución puede ser cualquier sistema GNU/Linux (no tiene porque ser Debian [56]), aunque como veremos más adelante debe cumplir con alguna característica especial y deberemos modificar algunas cosas para que sea Live-CD. 33

34 La otra parte de la estructura es lo que se llama el calzador [1]. Se trata de un conjunto de herramientas que hace que el CD sea auto-arrancable y se encarga de preparar el sistema para iniciar la distribución contenida en el archivo cloop. En este calzador encontramos el cargador Isolinux (ver Sección 3.2) y un conjunto de scripts que básicamente se encargan de detectar el hardware de la máquina y configurarlo, recoger información sobre el usuario si es necesario, y generar los scripts en función del hardware encontrado para que la distribución pueda iniciarse con éxito. Más adelante veremos como la distribución no es totalmente independiente del calzador y que debe cumplir con unas especificaciones para que el calzador sea capaz de iniciarla correctamente Conclusiones El proyecto Metadistros cuenta con un gran número de desarrolladores voluntarios que mantienen el proyecto en constante evolución. Además cuenta con un gran volumen de información sobre el proyecto. Por esto y debido a su especificación tan adaptada a nuestras necesidades, Metadistros será el candidato elegido finalmente para desarrollar nuestro propósito, el proyecto GNU/Linux FME Otros sistemas Linux Live-CD Existen multitud de proyectos Linux Live-CD, algunos más completos y desarrollados que otros, pero todos ellos con Knoppix como base de la estructura principal de la distro. Todos los ejemplos indicados a continuación son modificaciones de alguna de las Live-CDs explicadas hasta ahora, por lo tanto me limitaré a describir brevemente lo que tienen de especial cada una sin entrar en gran detalle Gnoppix Está basado directamente en Knoppix [58]. La diferencia principal es que Gnoppix [15] utiliza Gnome [13] como entorno de escritorio en lugar de KDE [57]. Está basado en la distribución estable de Debian [56], aunque toma muchas aplicaciones de la versión testing, por lo que no se puede considerar del todo estable. Integra una aplicación diferente de detección de hardware. Se trata de Discover [7], una aplicación independiente más confiable que Kudzu (ver Sección 3.4). De esta forma, 34