Arquitectura del sistema

LPI 101.1 HardwareLPI 101.2 ArranqueLPI 101.3 Runlevels y apagado

Este es el primer tema de verdad del temario LPIC-1. Antes de poder administrar nada, hay que entender qué ocurre entre que pulsas el botón de encendido y tienes un prompt delante: qué detecta el hardware, quién carga el kernel, y cómo pasas el sistema de "arrancando" a "listo para trabajar" — o lo apagas sin dejarlo a medias.

1. El proceso de arranque, de un vistazo

Antes de entrar en detalle, esta es la secuencia completa. Cada fase se explica despacio más abajo — vuelve a esta tabla cuantas veces la necesites, es el mapa de toda la unidad.

2. LPI 101.1 — Determinar y configurar ajustes de hardware

El kernel detecta el hardware al arrancar y lo publica en dos sitios: /proc (información en crudo) y /sys (la misma información organizada por dispositivo). Todo administrador de sistemas necesita saber consultar ambos sin reiniciar nada.

2.1 /proc: una ventana al kernel en tiempo real

/proc es un sistema de ficheros virtual — no ocupa espacio en disco, se genera al vuelo cada vez que lo lees. Estos son los ficheros que el examen espera que conozcas:

$ cat /proc/cpuinfo | grep -E 'model name|processor' 
processor	: 0
model name	: Intel(R) Core(TM) i7-9700K CPU @ 3.60GHz
processor	: 1
model name	: Intel(R) Core(TM) i7-9700K CPU @ 3.60GHz

$ cat /proc/meminfo | head -5
MemTotal:        2027456 kB
MemFree:          412300 kB
MemAvailable:    1587220 kB
Buffers:           89100 kB
Cached:           712540 kB

2.2 /sys: la misma información, organizada por dispositivo

sysfs (montado en /sys) expone el árbol de dispositivos del kernel de forma jerárquica, y es la fuente que usa udev para crear los nodos en /dev. Mientras que /proc es más "plano" y orientado a procesos, /sys está pensado para hardware.

$ ls /sys/class/net
eth0  lo

$ cat /sys/class/net/eth0/address
08:00:27:4a:3c:91

2.3 Herramientas de detección de hardware

$ lspci
00:00.0 Host bridge: Intel Corporation 440FX - 82441FX PMC [Natoma]
00:01.0 ISA bridge: Intel Corporation 82371SB PIIX3 ISA [Natoma/Triton II]
00:03.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82540EM Gigabit Ethernet Controller
00:04.0 VGA compatible controller: VirtualBox Graphics Adapter
00:05.0 Multimedia audio controller: Intel Corporation 82801AA AC'97 Audio Controller

$ lspci -k | grep -A2 Ethernet
00:03.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82540EM Gigabit Ethernet Controller
	Subsystem: Oracle Corporation Device 0020
	Kernel driver in use: e1000

$ lsusb
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub

$ dmesg | grep -i eth
[    2.114512] e1000 0000:00:03.0 eth0: (PCI:33MHz:32-bit) 08:00:27:4a:3c:91
[    2.114520] e1000 0000:00:03.0 eth0: Intel(R) PRO/1000 Network Connection
[    2.331904] IPv6: ADDRCONF(NETDEV_UP): eth0: link is not ready

2.4 Módulos del kernel

El kernel de Linux es modular: los drivers se pueden cargar y descargar en caliente sin reiniciar, como piezas independientes.

$ lsmod | head -5
Module                  Size  Used by
vboxguest             421888  3 vboxsf,vboxvideo
e1000                 143360  0
psmouse               link   167936  0

$ modprobe -r pcspkr

$ modprobe pcspkr

La configuración persistente de módulos vive en /etc/modprobe.d/*.conf (opciones y blacklist de módulos que no quieres que se carguen nunca) y en /etc/modules-load.d/*.conf (módulos que se cargan siempre al arrancar).

$ cat /etc/modprobe.d/blacklist-floppy.conf
blacklist floppy

2.5 udev y la gestión de hotplug

udev es el gestor de dispositivos del espacio de usuario: escucha los eventos que genera el kernel (un USB que se conecta, un disco que aparece) y crea/borra los nodos correspondientes en /dev según reglas en /etc/udev/rules.d/.

$ udevadm info -a -n /dev/sda | head -8
Udevadm info starts with the device the node belongs to and then walks up the
device chain...

  looking at device '/devices/pci0000:00/0000:00:0d.0/host0/target0:0:0/0:0:0:0/block/sda':
    KERNEL=="sda"
    SUBSYSTEM=="block"
    DRIVER==""
    ATTR{queue/rotational}=="1"
    ATTR{size}=="41943040"

3. LPI 101.2 — Arrancar el sistema

3.1 Firmware: BIOS heredada vs UEFI

Da igual el firmware: su única misión es hacer el POST (Power-On Self Test, verificación básica de hardware) y entregar el control a un gestor de arranque instalado en el dispositivo configurado como arrancable.

3.2 El gestor de arranque: GRUB2

GRUB2 (GRand Unified Bootloader, versión 2) es el gestor de arranque por defecto en Debian y Ubuntu. Tres ficheros para no confundir nunca:

$ cat /etc/default/grub | grep -v '^#'
GRUB_DEFAULT=0
GRUB_TIMEOUT=5
GRUB_DISTRIBUTOR=`lsb_release -i -s 2> /dev/null || echo Debian`
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet"
GRUB_CMDLINE_LINUX=\"\"

Para cambiar algo (por ejemplo, subir el tiempo de espera del menú a 10 segundos): editas /etc/default/grub y luego regeneras grub.cfg:

$ nano /etc/default/grub
# cambia GRUB_TIMEOUT=5 por GRUB_TIMEOUT=10, guarda con Ctrl+O, sal con Ctrl+X

$ update-grub
Sourcing file `/etc/default/grub'
Generating grub configuration file ...
Found linux image: /boot/vmlinuz-6.1.0-18-amd64
Found initrd image: /boot/initrd.img-6.1.0-18-amd64
done

Si el propio gestor de arranque desaparece del disco (por ejemplo, tras instalar Windows encima, que sobrescribe el sector de arranque), se reinstala con:

$ grub-install /dev/sda
Installing for i386-pc platform.
Installation finished. No error reported.

Nota el /dev/sda sin número de partición: grub-install escribe en el disco completo (MBR) o en la partición ESP en sistemas UEFI, nunca en una partición de datos normal.

En el propio menú de GRUB, pulsando e sobre una entrada puedes editar los parámetros de arranque de esa sesión sin modificar ningún fichero — se pierde al reiniciar. Es la forma estándar de entrar en modo rescate si algo se rompe: añadir single o systemd.unit=rescue.target a la línea del kernel.

3.3 El kernel y el initramfs

GRUB carga en memoria dos cosas: el kernel (/boot/vmlinuz-*) y una imagen de arranque temprano llamada initramfs (/boot/initrd.img-*). El initramfs es un mini sistema de ficheros en RAM que contiene justo los módulos y herramientas necesarias para montar el / real — por ejemplo, los drivers de LVM o RAID, si tu raíz vive ahí (como la VM del módulo 00).

Sin initramfs, un sistema con / en LVM no podría arrancar: el kernel no sabría activar el volumen lógico antes de tener las herramientas de LVM disponibles. Una vez montada la raíz real, el kernel descarta el initramfs y continúa desde el disco.

$ update-initramfs -u
update-initramfs: Generating /boot/initrd.img-6.1.0-18-amd64

Se regenera con update-initramfs -u (actualizar el existente) tras instalar un módulo nuevo que haga falta muy pronto en el arranque, o automáticamente al instalar un kernel nuevo por el gestor de paquetes.

3.4 Revisar el arranque después de que haya pasado

Dos herramientas para diagnosticar qué ocurrió durante el arranque:

$ dmesg | tail -6
[    8.291022] systemd[1]: Started Network Manager.
[    8.512004] systemd[1]: Reached target Network is Online.
[    9.021873] systemd[1]: Started Daily apt download activities.
[    9.203561] systemd[1]: Startup finished in 2.1s (kernel) + 6.8s (userspace) = 8.9s.

$ journalctl -b -p err
-- No entries --

journalctl -b muestra los mensajes del arranque actual; journalctl -b -1, los del arranque anterior — imprescindible cuando el sistema se ha reiniciado solo y quieres saber por qué. -p err filtra solo mensajes de nivel error o superior.

4. LPI 101.3 — Cambiar runlevels/targets y apagar o reiniciar el sistema

4.1 SysV init: los runlevels clásicos

Antes de systemd, el proceso init (PID 1) organizaba el sistema en runlevels numerados. Debian y Ubuntu ya no usan SysV init por defecto, pero el examen lo pregunta como base histórica y porque systemd mantiene los mismos números por compatibilidad:

En Debian/Ubuntu concretamente, el runlevel 2 ha sido tradicionalmente el "normal" con red y sin gráfico obligatorio — a diferencia de otras distros donde 3 y 5 marcan esa diferencia. El examen espera que conozcas la tabla genérica de arriba, que es la que documenta LPI.

4.2 systemd: targets

systemd sustituye los runlevels por targets — unidades que agrupan otras unidades (servicios, sockets, otros targets) y son mucho más flexibles: un target puede depender de otro, y varios pueden estar "activos" a la vez.

$ systemctl get-default
graphical.target

$ systemctl list-units --type=target
UNIT                   LOAD   ACTIVE SUB    DESCRIPTION
basic.target           loaded active active Basic System
cryptsetup.target      loaded active active Local Encrypted Volumes
graphical.target       loaded active active Graphical Interface
multi-user.target      loaded active active Multi-User System
network.target         loaded active active Network
sysinit.target         loaded active active System Initialization

Para cambiar el target por defecto de forma permanente (sobrevive a reinicios):

$ systemctl set-default multi-user.target
Removed /etc/systemd/system/default.target.
Created symlink /etc/systemd/system/default.target → /usr/lib/systemd/system/multi-user.target.

Para cambiar de target ahora mismo, sin tocar la configuración permanente (equivalente moderno de telinit):

$ systemctl isolate multi-user.target

El comando init/telinit <runlevel> sigue funcionando en sistemas con systemd por compatibilidad: internamente se traduce al target equivalente de la tabla del punto 4.1.

4.3 Apagar y reiniciar el sistema

$ shutdown -h +5 "Reinicio programado por mantenimiento"
Shutdown scheduled for Tue 2026-09-30 18:35:00 CEST, use 'shutdown -c' to cancel.

$ wall "El sistema se apaga en 5 minutos"
Broadcast message from root@lpic1-lab (pts/0) (Tue 2026-09-30 18:30:03 CEST):

El sistema se apaga en 5 minutos

$ shutdown -c
Shutdown cancelled.

5. Práctica guiada

Hazlo directamente en la VM que preparaste en el módulo 00 — mejor desde la consola de VirtualBox que por SSH, por el aviso del punto 4.2.

1. Explora hardware: lscpu, cat /proc/meminfo | head, lspci, lsusb.
2. Comprueba qué módulo controla tu tarjeta de red: lspci -k | grep -A2 -i ethernet.
3. Descarga y vuelve a cargar un módulo inofensivo: modprobe -r pcspkr seguido de lsmod | grep pcspkr (no debería aparecer), luego modprobe pcspkr y compruébalo de nuevo.
4. Abre /etc/default/grub, sube GRUB_TIMEOUT a 10, guarda y ejecuta update-grub. Reinicia la VM y comprueba que el menú de GRUB ahora espera más tiempo.
5. Revisa el arranque que acabas de hacer: journalctl -b | tail -30.
6. Consulta tu target por defecto con systemctl get-default, y compara con la lista de unidades activas de tipo target (systemctl list-units --type=target).
7. Programa un apagado a 5 minutos con shutdown -h +5 "prueba", comprueba el aviso con wall, y cancélalo con shutdown -c antes de que se cumpla.

Resumen de comandos del módulo

Autoevaluación

1. ¿Qué diferencia hay entre consultar hardware por /proc y por /sys?
2. ¿Por qué modprobe es casi siempre mejor opción que insmod?
3. ¿Qué fichero editas para cambiar el tiempo de espera del menú de GRUB, y qué comando ejecutas después para que el cambio surta efecto? ¿Por qué no basta con editar grub.cfg directamente?
4. ¿Para qué sirve el initramfs, y qué pasaría en una instalación con / en LVM (como la del módulo 00) si no existiera?
5. Tienes una sesión SSH abierta a un servidor en multi-user.target. ¿Por qué NO deberías ejecutar systemctl isolate rescue.target ahí?
6. ¿Qué comando cancela un shutdown programado que todavía no se ha ejecutado?