Tablas de particiones y Sistemas de ficheros

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1 Tabla de particiones La tabla de particiones está alojada en el MBR (del inglés Master Boot Record) a partir del byte 446 del sector de arranque y ocupa 64 bytes, conteniendo 4 registros de 16 bytes, los cuales definen la particiones primarias. En ellos se almacena toda la información básica sobre la partición: - Si es arrancable (1 byte - Marca de arranque si el bit 7 está activo es una partición de arranque, los otros 6 bits deben ser ceros). - CHS Inicio (3 Bytes Cylinder, head, sector). - Tipo de partición (1 byte - tipo de sistema de archivos). - CHS Final (3 Bytes Cylinder, head, sector). - LBA (4 Bytes Otro método de direccionamiento de disco Logical Block Addressing). - Tamaño en sectores (4 bytes). Particiones primarias En los equipos PC, originales de IBM, estas particiones tradicionalmente usan una estructura llamada Tabla de particiones, que apunta al final del registro de arranque maestro (MBR, Master Boot Record). Esta tabla, que no puede contener más de 4 registros de particiones (también llamados partition descriptors), especifica para cada una su principio, final y tamaño en los diferentes modos de direccionamiento, así también como un solo número, llamado partition type, y un marcador que indica si la partición está activa o no (sólo puede haber una partición activa a la vez). El marcador se usa durante el arranque; después de que el BIOS cargue el registro de arranque maestro en la memoria y lo ejecute, el MBR de DOS comprueba la tabla de partición a su final y localiza la partición activa. Entonces carga el sector de arranque de esta partición en memoria y la ejecuta. A diferencia del registro de arranque maestro, generalmente independiente del sistema operativo, el sector de arranque está instalado junto con el sistema operativo y sabe cómo cargar el sistema ubicado en ese disco en particular. Notar que mientras la presencia de un marcador activo se estandariza, éste normalmente no lo utiliza cualquier programa, aunque sí el gestor de arranque para que no esté obligado a cargar la partición que se marcó como activa. Algunos gestores usan esto para arrancar sistemas operativos desde particiones no activas. Por ejemplo, los gestores LILO, GRUB (muy comunes en el sistema Linux) y XOSL no buscan por encima de la tabla de partición en total; simplemente carga una segunda etapa (que puede ser contenida en el resto del cilindro 0 ó en el sistema de archivos). Después de cargar la segunda etapa se puede usar para cargar el sector de arranque desde cualquiera de las particiones del disco (así habilitando al usuario cargar el sistema desde éste), o si el gestor conoce cómo localizar el kernel (núcleo) del sistema operativo en una de las particiones y cargarlo (para propósitos de recuperación, puede permitir al usuario especificar opciones de kernel adicionales). Razones para el uso de particiones Algunos sistemas de archivos (p.e. versiones antiguas de sistemas FAT de Microsoft) tienen tamaños máximos más pequeños que los que el tamaño que proporciona un disco, siendo necesaria una partición de tamaño pequeño, para que sea posible el adecuado funcionamiento de este antiguo sistema de archivos. Se puede guardar una copia de seguridad de los datos del usuario en otra partición del mismo disco, para evitar la pérdida de información importante. Esto es similar a un RAID, excepto en que está en el mismo disco. En algunos sistemas operativos aconsejan más de una partición para funcionar, como por ejemplo, la partición de intercambio (swap) en los sistemas operativos basados en Linux. A menudo, dos sistemas operativos no pueden coexistir en la misma partición, o usar diferentes formatos de disco nativo. La unidad se particiona para diferentes sistemas operativos. Uno de los principales usos que se le suele dar a las particiones (principalmente a la extendida) es la de almacenar toda la información del usuario (entiéndase música, fotos, vídeos, documentos), para que al Página 1 de 6

2 momento de reinstalar algún sistema operativo se formatee únicamente la unidad que lo contiene sin perder el resto de la información del usuario. A lo largo de los años han aparecido numerosos sistemas de particionamiento, para casi todas las arquitecturas de ordenadores existentes. Muchos son relativamente transparentes y permiten la manipulación conveniente de las particiones de disco; algunos, sin embargo, son obsoletos. Este esquema se considera obsoleto, porque sólo admite discos duros de más de 8 gigabytes de espacio. Como la arquitectura IBM PC es muy común, las tablas de partición probablemente subsistirán cierto tiempo. Sin embargo, un proyecto reciente de Intel y Microsoft llamado Extensible Firmware Initiative (EFI) tiene un componente llamado GUID Partition Table. Las ventajas del uso de particiones primarias Las particiones extendidas se inventaron para superar el límite de 4 particiones máximas por cada disco duro y poder crear un número ilimitado de unidades lógicas, cada una con un sistema de archivos diferente de la otra. Sólo algunos sistemas operativos (como OS/2, Linux y cualquier Windows basado en NT) son capaces de arrancar desde una unidad lógica, por lo que se dice que las unidades lógicas deben usarse sólo para almacenar archivos de configuración o del usuario y no del sistema, aunque como se dijo, hay excepciones. Formato de particiones El formato de disco en informática es el proceso de preparación de un disco duro o de un medio externo para el vaciado del sistema de archivos. Aunque hay dos tipos de formato (el físico y el lógico), habitualmente los usuarios sólo conocen el lógico. Formateo físico También llamado de bajo nivel, consiste en colocar marcas en la superficie magnética del disco para dividirlo en sectores físicos, los cuales pueden ser luego referenciados indicando la cabeza lectora y el sector y cilindro que se desea leer. En computadoras compatibles el sector físico es de 512 bytes desde los tiempos del MS- DOS, aunque luego los sistemas operativos los agrupan en clusters al crear el sistema de archivos. Normalmente sólo los discos flexibles necesitan ser formateados a bajo nivel. Los discos duros vienen formateados de fábrica y nunca se pierde el formato por operaciones normales incluso si son defectuosas (aunque sí pueden perderse por campos magnéticos o altas temperaturas). Actualmente los discos duros vienen con tecnología que no requiere formato a bajo nivel, en algunos casos el disco duro podría dañarse. Formateo lógico El formateo lógico o también llamado sistema de ficheros, puede ser realizado habitualmente por los usuarios, aunque muchos medios vienen ya formateados de fábrica. El formato lógico implanta un sistema de archivos que asigna sectores a archivos. En los discos duros, para que puedan convivir distintos sistemas de Página 2 de 6

3 archivos, antes de realizar un formato lógico hay que dividir el disco en particiones; más tarde, cada partición se formatea por separado. El formateo de una unidad implica la eliminación de los datos, debido a que se cambia la asignación de archivos a sectores, con lo que se pierde la vieja asignación que permitía acceder a los archivos. Cada sistema operativo tiene unos sistemas de archivos más habituales: Windows: FAT, FAT16, FAT32, NTFS,EFS. Linux: ext2, ext3, ext4, JFS, ReiserFS, XFS. Mac: HFS, HFS+. Antes de poder usar un disco para guardar información, éste deberá ser formateado. Los discos movibles (disquetes, CD, USB, Unidad Zip, etc.) que se compran normalmente ya se encuentran formateados pero puede encontrar algunos no formateados de vez en cuando. Un disco duro nuevo, o un dispositivo para grabar en cinta, pueden no haber sido pre-formateados. Habitualmente, un formateo completo hace cuatro cosas: Borra toda la información anterior. Establece un sistema para grabar disponiendo qué y dónde se ubicará en el disco. Verifica el disco sobre posibles errores físicos o magnéticos que pueda tener. Eliminar virus informáticos que han dañado el sistema y que un antivirus no ha podido eliminar. En algunos gestores o utilidades de particionado se da la opción de un formateo rápido, que únicamente elimina la tabla de archivos existente y crea una vacía, no borrando los sectores del disco completamente, ni chequeando el disco. Aunque es una operación más rápida, permite la recuperación de información antes del formateo, lo que proporciona un fallo de seguridad importante. Como opción adicional, el formateo seguro, escribe sobre todos los sectores que contiene la partición, eliminando recuperación de información no deseada. Página 3 de 6

4 Sistemas de ficheros de Microsoft La tabla de asignación de archivos Una partición se divide en un conjunto de clusters de idéntico tamaño. Son pequeños bloques discontinuos. El tamaño del clúster depende de la variante de FAT utilizada. Varía entre 2 y 32 kilobytes. Cada archivo ocupa uno o más clusters en función de su tamaño. De manera que un archivo queda representado por una cadena secuencial de clusters (una lista enlazada). Cada clúster de la cadena no tiene por qué ser adyacente al anterior. Esto es lo que provoca la fragmentación. La tabla de asignación de archivos consta de una lista de entradas. Cada entrada contiene información sobre un clúster: La dirección del siguiente clúster en la cadena. Si es pertinente, la indicación de "fin de archivo" (que es también el fin de la cadena). Un carácter especial para indicar que el clúster es defectuoso. Un carácter especial para indicar que el clúster está reservado (es decir, ocupado por un archivo). El número cero para indicar que el clúster está libre (puede ser usado por un archivo). El tamaño de estas entradas también depende de la variante FAT en uso: FAT16 usa entradas de 16 bits, FAT32 usa entradas de 32 bits, etc. Sistemas FAT El sistema de archivos FAT fue creado por Bill Gates y Marc McDonald en 1977 con el objeto de manejar discos en BASIC. Fue incorporado por primera vez en el sistema operativo QDOS por Tim Paterson en Agosto de 1980, para los computadores S-100 de arquitectura Intel Este sistema de archivos fue la principal diferencia entre QDOS y CP/M. FAT12 La versión inicial de FAT se conoce ahora como FAT12. Es un sistema de archivos para disquete, por lo que tiene varias limitaciones, entre ellas el reducido tamaño de ficheros que podía utilizar (el máximo era de 32 megabytes en discos duros). FAT16 En 1987 apareció lo que hoy se conoce como el formato FAT16. FAT16 amplió el tamaño de la información que podía contener a los 2 gigabytes y los archivos podían usar 8 caracteres para el nombre y 3 caracteres para la extensión. VFAT y FASTFAT Windows 3.11 introdujo un nuevo esquema de acceso a los sistemas de archivos, usando el modo protegido de 32 bits (presente en los Intel 386 y posteriores) esquivando el núcleo de MS-DOS. Para ello, usaba directamente el BIOS o el hardware de la unidad de disco. Esto también permitía utilizar una caché, acelerando el acceso. Todo esto se denominó VFAT o FAT virtual. Página 4 de 6

5 Windows NT 3.1 proporcionaba la misma aproximación, pero denominándolo FASTFAT. Sin embargo, era natural que los controladores de Windows NT utilizasen el modo protegido de 32 bits. A menudo se confunde con el soporte LFN (nombres largos de archivo) ya que éste estaba habilitado por defecto en Windows 95. LFN o Nombres largos de archivo Uno de los objetivos de los diseñadores de Windows 95 fue el uso de nombres más largos para los archivos. Se implementó sobre FAT utilizando un truco en el modo de almacenar los índices de los directorios. Esta implementación también se conoce como VFAT por culpa del controlador de Windows 95 que lo incorporó por primera vez. Los nombres largos también se soportaron en Windows NT a partir de la versión 3.5. FAT32 FAT32 fue la respuesta para superar el límite de tamaño de FAT16 al mismo tiempo que se mantenía la compatibilidad con MS-DOS en modo real. En teoría, esto debería tamaños de almacenamiento cercanos a los dos terabytes. Sin embargo, debido a limitaciones en la utilidad ScanDisk de Microsoft, no se permite que FAT32 crezca más allá de 124 gigabytes. Posteriormente, Windows 2000 y XP situaron el límite de FAT32 en los 32 gigabytes. Microsoft afirma que es una decisión de diseño, sin embargo, es capaz de leer particiones mayores creadas por otros medios. FAT32 apareció por primera vez en Windows 95 OSR2. Windows 98 incorporó una herramienta para convertir de FAT16 a FAT32 sin pérdida de los datos. El tamaño máximo de un archivo en FAT32 es 4 gigabytes, lo que resulta engorroso para aplicaciones de captura y edición de video, ya que los archivos generados por éstas superan fácilmente ese límite. NTFS (New Technology File System) NTFS es un sistema de archivos diseñado específicamente para Windows NT (incluyendo las versiones Windows 2000, Windows 2003, Windows XP y Windows Vista), con el objetivo de crear un sistema de archivos eficiente, robusto y con seguridad incorporada desde su base. También admite compresión nativa de ficheros, cifrado (esto último sólo a partir de Windows 2000) e incluso transacciones (sólo a partir de Windows Vista). Está basado en el sistema de archivos HPFS de IBM/Microsoft usado en el sistema operativo OS/2, y también tiene ciertas influencias del formato de archivos HFS diseñado por Apple. Es un sistema adecuado para las particiones de gran tamaño requeridas en estaciones de trabajo de alto rendimiento y servidores. Puede manejar volúmenes en la práctica de unos 16 Terabytes. Los inconvenientes que plantea son: Necesita para sí mismo una buena cantidad de espacio en disco duro, por lo que no es recomendable su uso en discos con menos de 400 MB libres. No es compatible con MS-DOS, Windows 95, Windows 98 ni Windows ME. No puede ser utilizado en disquetes. Este sistema de archivos posee un funcionamiento prácticamente secreto, ya que Microsoft no ha liberado su código como hizo con FAT. Gracias a la ingeniería inversa, GNU/Linux tiene soporte parcial de escritura y total de lectura en particiones NTFS. Existen varias alternativas, como Captive-NTFS que usa las librerías propietarias de Windows NT para tener acceso completo a NTFS, o NTFS-3G. Página 5 de 6

6 Características de NTFS NTFS, el sistema de archivos estándar de Windows NT y de sus descendientes (las gamas 2000, 2003, XP y Vista), las versiones 9x (MS-DOS, Windows 95, Windows 98 y Windows ME), no pueden leer este sistema de archivos de manera predeterminada, pero existen utilidades para salvar esta carencia. NTFS incorpora muchas mejoras sobre el sistema FAT como compatibilidad mejorada con metadatos, y el uso de estructura de datos avanzadas (árboles-b) para optimizar el rendimiento, estabilidad, y el aprovechamiento del espacio en disco, además de nuevas características adicionales, como la seguridad, las listas de control de acceso o el registro de transacciones (journaling). El tamaño mínimo recomendado para la partición es de 10 MB. Aunque son posibles tamaños mayores, el máximo recomendado en la práctica para cada volumen es de 2 TB (Terabytes). El tamaño máximo de fichero viene limitado por el tamaño del volumen. Sistemas de ficheros de Linux ext2 Second extended filesystem o "segundo sistema de archivos extendido" es un sistema de archivos para el kernel de Linux. Fue diseñado originalmente por Rémy Card. La principal desventaja de ext2 es que no implementa el registro por diario (en inglés Journaling) que sí implementa su sucesor ext3, el cual es totalmente compatible. ext2 fue el sistema de ficheros por defecto de las distribuciones de Linux Red Hat Linux, Fedora Core y Debian hasta ser reemplazado recientemente por su sucesor ext3. El sistema de ficheros tiene un tipo de tabla FAT de tamaño fijo, donde se almacenan los i-nodos. Los i-nodos son una versión muy mejorada de FAT, donde un puntero i-nodo almacena información del archivo (ruta o path, tamaño, ubicación física). En cuanto a la ubicación, es una referencia a un sector del disco donde están todos y cada una de las referencias a los bloques del archivo fragmentado. Estos bloques son de tamaño especificable cuando se crea el sistema de archivos, desde los 512 bytes hasta los 4 kb, lo cual asegura un buen aprovechamiento del espacio libre con archivos pequeños. Los límites son un máximo de 2 TB de archivo, y de 4 TB de partición. ext3 Third extended filesystem o "tercer sistema de archivos extendido" es un sistema de archivos con registro por diario (journaling). Es el sistema de archivo más usado actualmente en distribuciones Linux. La principal diferencia con ext2 es el registro por diario. Un sistema de archivos ext3 puede ser montado y usado como un sistema de archivos ext2. Otra diferencia importante es que ext3 utiliza un árbol binario balanceado (árbol AVL) e incorpora el asignador de bloques de disco Orlov. Existe un sistema ext4 como mejora de ext3, que incorporaría volúmenes de hasta 1024 PiB y soportaría el modo extent, que disminuiría la fragmentación en el disco. Página 6 de 6

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