101.1 - Configuracion de Hardware

Conceptos fundamentales

BIOS y UEFI

BIOS (Basic Input/Output System):

• Firmware tradicional almacenado en chip de la placa base
• Interfaz de texto, limitado a discos de 2TB (MBR)
• Proceso de arranque: POST -> buscar MBR -> cargar bootloader

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface):

• Reemplazo moderno de BIOS
• Soporta discos GPT (mas de 2TB)
• Interfaz grafica, arranque mas rapido
• Requiere particion ESP (EFI System Partition) en /boot/efi
• Secure Boot: verifica firmas digitales del bootloader

Coldplug vs Hotplug

Es fundamental distinguir entre dos tipos de deteccion de dispositivos:

Coldplug (deteccion en frio):

• Dispositivos que estan presentes al momento del encendido de la maquina
• Se detectan durante el proceso de arranque del sistema
• Ejemplos: CPU, RAM, tarjeta grafica integrada, disco duro interno, controladores de la placa base
• Udev se encarga de identificar y configurar estos dispositivos durante el boot

Hotplug (deteccion en caliente):

• Dispositivos que se conectan o desconectan mientras el sistema esta en funcionamiento
• El kernel Linux soporta hotplug desde la version 2.6
• La mayoria de buses del sistema (PCI, USB, etc.) pueden activar eventos hotplug
• Ejemplos: memorias USB, discos externos, teclados USB, adaptadores de red WiFi
• El kernel captura el evento de deteccion y lo pasa al proceso udev, que crea dinamicamente los archivos correspondientes en /dev

Para el examen: En distribuciones actuales de Linux, udev es responsable tanto de la deteccion coldplug (durante el encendido) como de la deteccion hotplug (con el sistema en funcionamiento).

Activacion y desactivacion de hardware en BIOS/UEFI

Desde la utilidad de configuracion del firmware (BIOS o UEFI) es posible:

• Habilitar y deshabilitar perifericos integrados: controladores de red, audio, puertos USB, puertos serie, etc.
• Activar proteccion basica contra errores y cambiar configuraciones de hardware como IRQ y DMA
• Ajustar velocidades de la RAM: algunas tecnologias RAM soportan velocidades de transferencia mas rapidas que los valores predeterminados; se recomienda configurar los valores especificados por el fabricante
• Habilitar/deshabilitar caracteristicas de la CPU: funciones no necesarias pueden desactivarse para reducir el consumo de energia o evitar errores conocidos (ej: Intel VT-x, Hyper-Threading)
• Definir el orden de arranque: establecer que dispositivo de almacenamiento tiene el gestor de arranque correcto y debe ser el primero en la secuencia de arranque
• Configurar Secure Boot (solo UEFI): habilitar o deshabilitar la verificacion de firmas digitales del cargador de arranque

La tecla para acceder a la configuracion varia segun el fabricante, pero generalmente es Del, F2 o F12. La combinacion suele mostrarse brevemente en pantalla al encender la maquina.

Para el examen: Las funciones deshabilitadas en BIOS/UEFI reducen el consumo de energia y pueden aumentar la proteccion del sistema. Si el dispositivo incorrecto aparece primero en la lista de arranque, el sistema operativo puede no cargarse.

El directorio /sys (sysfs)

Sistema de archivos virtual montado en /sys. Expone informacion sobre dispositivos y drivers del kernel. Udev se basa en sysfs para obtener la informacion de los dispositivos.

# Estructura principal
/sys/
├── block/        # Dispositivos de bloque (sda, sdb...)
├── bus/          # Buses del sistema (pci, usb, scsi...)
├── class/        # Clases de dispositivos (net, input, sound...)
├── devices/      # Arbol completo de dispositivos
├── firmware/     # Interfaces de firmware (acpi, efi...)
├── module/       # Modulos del kernel cargados
└── power/        # Estados de energia del sistema

Jerarquia detallada de /sys

/sys/bus/: Contiene un subdirectorio por cada tipo de bus del sistema (pci, usb, scsi, i2c, etc.). Dentro de cada bus hay dos subdirectorios:

• devices/: enlaces simbolicos a los dispositivos conectados a ese bus
• drivers/: controladores registrados para ese tipo de bus

/sys/bus/
├── pci/
│   ├── devices/     # Enlaces a dispositivos PCI detectados
│   └── drivers/     # Controladores PCI cargados
├── usb/
│   ├── devices/     # Enlaces a dispositivos USB detectados
│   └── drivers/     # Controladores USB cargados
└── scsi/
    ├── devices/
    └── drivers/

/sys/class/: Agrupa los dispositivos por su funcion (clase), independientemente del bus al que esten conectados. Cada subdirectorio contiene enlaces simbolicos a los dispositivos de esa clase.

/sys/class/
├── net/          # Interfaces de red (eth0, wlan0, lo...)
├── input/        # Dispositivos de entrada (mouse, teclado...)
├── sound/        # Dispositivos de sonido
├── block/        # Dispositivos de bloque
├── tty/          # Terminales y puertos serie
└── scsi_host/    # Controladores SCSI

/sys/devices/: Contiene el arbol completo de todos los dispositivos del sistema, organizados jerarquicamente segun su conexion fisica real. Es la ubicacion canonica de los dispositivos; los enlaces en /sys/bus/ y /sys/class/ apuntan aqui.

# Ejemplo: ver informacion de un dispositivo de red
ls /sys/class/net/eth0/
# -> address, carrier, speed, operstate, statistics/, ...
 
# Leer la direccion MAC de una interfaz
cat /sys/class/net/eth0/address

Para el examen: /sys/bus/ organiza por tipo de bus, /sys/class/ organiza por funcion del dispositivo, y /sys/devices/ es el arbol fisico real. Los dos primeros contienen enlaces simbolicos que apuntan al tercero.

El directorio /proc (procfs)

Sistema de archivos virtual montado en /proc. Expone informacion del kernel y procesos.

# Archivos importantes de hardware
/proc/cpuinfo       # Informacion del procesador
/proc/meminfo       # Informacion de la memoria
/proc/ioports       # Puertos de E/S asignados
/proc/interrupts    # Interrupciones (IRQs) del sistema
/proc/dma           # Canales DMA en uso
/proc/pci           # Dispositivos PCI (obsoleto, usar lspci)
/proc/scsi/         # Dispositivos SCSI
/proc/bus/usb/      # Dispositivos USB (obsoleto, usar lsusb)

El directorio /dev (devfs/udev)

Contiene archivos de dispositivo (device nodes) que representan hardware.

# Dispositivos comunes
/dev/sda          # Primer disco SATA/SCSI
/dev/sda1         # Primera particion del primer disco
/dev/nvme0n1      # Primer disco NVMe
/dev/sr0          # Primer CD/DVD
/dev/tty*         # Terminales
/dev/null         # Descarta todo lo que se escribe
/dev/zero         # Genera bytes nulos
/dev/random       # Generador de numeros aleatorios (bloqueante)
/dev/urandom      # Generador de numeros aleatorios (no bloqueante)

Udev - Gestor de dispositivos

udev es el gestor de dispositivos del kernel Linux. Se encarga de:

• Crear/eliminar archivos en /dev dinamicamente
• Asignar nombres consistentes a dispositivos
• Ejecutar acciones al conectar/desconectar hardware

# Archivos de configuracion
/etc/udev/rules.d/      # Reglas personalizadas
/lib/udev/rules.d/      # Reglas del sistema
 
# Formato de reglas udev
# KERNEL=="sdb", SUBSYSTEM=="block", SYMLINK+="mi_disco"

Comandos de udev:

udevadm info /dev/sda          # Informacion de un dispositivo
udevadm monitor                # Monitorizar eventos en tiempo real
udevadm trigger                # Forzar re-evaluacion de reglas

D-Bus (Desktop Bus)

Sistema de comunicacion entre procesos (IPC) que permite a las aplicaciones comunicarse entre si y con servicios del sistema.

• System bus: comunicacion con servicios del sistema (udev, NetworkManager)
• Session bus: comunicacion entre aplicaciones del usuario

IRQ, DMA y puertos de E/S

IRQ (Interrupt Request):

• Senales que envian los dispositivos al procesador para solicitar atencion
• Ver asignaciones: cat /proc/interrupts

DMA (Direct Memory Access):

• Permite a los dispositivos acceder directamente a la memoria RAM sin pasar por la CPU
• Ver canales: cat /proc/dma

Puertos de E/S (I/O Ports):

• Direcciones de comunicacion entre CPU y dispositivos
• Ver asignaciones: cat /proc/ioports

Modulos del kernel

Los modulos son piezas de codigo que se pueden cargar y descargar del kernel en tiempo de ejecucion, sin reiniciar.

# Ubicacion de los modulos
/lib/modules/$(uname -r)/
 
# Archivo de configuracion de modulos
/etc/modules            # Modulos a cargar en el arranque (Debian)
/etc/modules-load.d/    # Directorio de configuracion (systemd)
/etc/modprobe.d/        # Opciones y blacklists de modulos

Comandos importantes

lspci

Muestra dispositivos conectados al bus PCI.

lspci                  # Lista basica
lspci -v               # Informacion detallada
lspci -vv              # Muy detallada
lspci -s 00:02.0       # Dispositivo especifico (dominio:bus:slot.func)
lspci -k               # Mostrar modulos del kernel asociados
lspci -nn              # Mostrar IDs numericos del vendor y dispositivo

lsusb

Muestra dispositivos USB conectados.

lsusb                  # Lista basica
lsusb -v               # Informacion detallada
lsusb -t               # Arbol jerarquico
lsusb -s 001:002       # Dispositivo especifico (bus:device)

lsmod

Muestra modulos del kernel cargados actualmente.

lsmod                  # Lista de modulos con tamano y dependencias
# Salida: Module - Size - Used by

modinfo

Muestra informacion sobre un modulo del kernel.

modinfo ext4           # Informacion del modulo ext4
modinfo -p ext4        # Solo parametros del modulo

modprobe

Carga o descarga modulos del kernel (gestiona dependencias automaticamente).

modprobe ext4          # Cargar modulo (con dependencias)
modprobe -r ext4       # Descargar modulo (con dependencias)
modprobe -n ext4       # Simular (dry run)
modprobe --show-depends ext4   # Mostrar dependencias

insmod / rmmod

Carga/descarga modulos sin gestion de dependencias (bajo nivel).

insmod /lib/modules/.../ext4.ko    # Cargar modulo (ruta completa)
rmmod ext4                          # Descargar modulo

lsblk

Lista dispositivos de bloque.

lsblk                 # Lista en arbol
lsblk -f              # Mostrar sistema de archivos
lsblk -o NAME,SIZE,TYPE,MOUNTPOINT   # Columnas especificas

lscpu

Muestra informacion de la CPU.

lscpu                  # Informacion completa del procesador

lsdev

Lista dispositivos de hardware con sus recursos (IRQ, DMA, puertos).

lsdev                  # Requiere paquete procinfo

Archivos clave para el examen

Archivo/Directorio	Proposito
/proc/cpuinfo	Informacion del procesador
/proc/meminfo	Informacion de la memoria
/proc/interrupts	IRQs del sistema
/proc/ioports	Puertos de E/S
/proc/dma	Canales DMA
/sys/	Informacion de dispositivos (sysfs)
/dev/	Archivos de dispositivo
/etc/udev/rules.d/	Reglas personalizadas de udev
/lib/modules/	Modulos del kernel
/etc/modprobe.d/	Configuracion de modulos

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Trampas del examen

Errores comunes y distinciones criticas que LPI suele evaluar en este subtema:

• modprobe vs insmod — modprobe resuelve dependencias automaticamente y usa el nombre del modulo; insmod requiere la ruta completa al archivo .ko y NO resuelve dependencias. El examen pregunta cual usar en cada situacion.
• modprobe -r vs rmmod — modprobe -r elimina el modulo y sus dependencias no utilizadas; rmmod solo elimina el modulo especificado. Ambos fallan si el modulo esta en uso.
• /proc/ es virtual, no esta en disco — Los archivos en /proc/ se generan dinamicamente por el kernel. No ocupan espacio en disco. El examen puede preguntar si /proc/cpuinfo es un archivo real o virtual.
• /sys/ vs /proc/ — /sys/ (sysfs) expone informacion estructurada de dispositivos y drivers; /proc/ (procfs) expone informacion de procesos y del kernel. Ambos son sistemas de archivos virtuales pero con propositos distintos.
• lspci -v vs lspci -k — -v muestra informacion detallada del dispositivo; -k muestra especificamente que modulo del kernel esta usando cada dispositivo. El examen puede pedir identificar que modulo gestiona un hardware.
• udevadm monitor vs udevadm info — monitor muestra eventos en tiempo real (conectar/desconectar dispositivos); info muestra informacion estatica de un dispositivo especifico.
• Los archivos en /etc/modprobe.d/ no cargan modulos — Solo configuran opciones, alias y blacklists. Para cargar modulos al arranque se usa /etc/modules o /etc/modules-load.d/.
• lsmod lee /proc/modules — lsmod simplemente formatea el contenido de /proc/modules. Ambos muestran la misma informacion de modulos cargados actualmente.
• /dev/ lo gestiona udev, no se crea manualmente — En sistemas modernos, los archivos de dispositivo en /dev/ son creados automaticamente por udev. Solo en casos excepcionales se usa mknod para crearlos manualmente.