Particiones de Disco y Sistema de Archivos

1) Particiones Primarias:

En los equipos PC, originales de IBM, estas particiones tradicionalmente usan una estructura llamada Tabla de particiones, ubicada al final del registro de arranque maestro (MBR, Master Boot Record). Esta tabla, que no puede contener más de 4 registros de particiones, específica 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, no se utiliza en todos los gestores de arranque. Por ejemplo, los   gestores LILO, GRUB (muy comunes en el sistema Linux) y XOSL no buscan en la tabla de particiones del MBR la partición activa; simplemente cargan 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 cargar el sector de arranque de cualquiera de las particiones del disco (permitiendo al usuario seleccionar la partición), o si el gestor conoce cómo localizar el kernel (núcleo) del sistema operativo en una de las particiones (puede permitir al usuario especificar opciones de kernel adicionales para propósitos de recuperación estratégicos.

2) Particiones Extendidas:

Cualquier versión del DOS puede leer sólo una partición FAT primaria en el disco duro. Esto unido al deterioro de la FAT con el uso y al aumento de tamaño de los discos movió a Microsoft a crear un esquema mejorado relativamente simple: una de las entradas de la tabla de partición principal pasó a llamarse partición extendida y recibió un número de tipo de partición especial (0x05). El campo inicio de partición tiene la ubicación del primer descriptor de la partición extendida, que a su vez tiene un campo similar con la ubicación de la siguiente; así se crea una lista enlazada de descriptores de partición. Los demás campos de una partición extendida son indefinidos, no tienen espacio asignado y no pueden usarse para almacenar datos. Las particiones iniciales de los elementos de la lista enlazada son las llamadas unidades lógicas; son espacios asignados y pueden almacenar datos. Los sistemas operativos antiguos ignoraban las particiones extendidas con número de tipo 0x05, y la compatibilidad se mantenía. Este esquema reemplaza al antiguo ya que todas las particiones de un disco duro se pueden poner dentro de una sola partición extendida. Por alguna razón, Microsoft no actualizó su sistema operativo DOS para arrancar desde una partición extendida, debido a que la necesidad para particiones primarias se preservó. Por encima de éstas todavía se habría permitido una partición FAT primaria por unidad, significando todas las otras particiones FAT primarias deben tener sus números de tipo de partición prior cambiando al arranque DOS, para que ésta sea capaz de proceder. Esta técnica, usada por varios administradores de arranque populares, se llama ocultación de la partición. Sin embargo hay que tener en cuenta una quinta partición que se puede comprimir pero no es muy recomendable.

3) Las Unidades Lógicas

Mientras que solo pueden existir en un disco duro 4 particiones primarias o 3 particiones primarias y 1 Extendida dentro de la partición extendida podemos crear más espacios, llamados unidades lógicas, por lo tanto podemos tener 3 particiones primarias, 1 Extendida, y dentro de la extendida un número infinito de unidades lógicas. Algo más o menos así:

4) Razones para el uso de particiones:

•         Algunos sistemas de archivos (pe. 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 momento de reinstalar algún sistema operativo se formatee únicamente la unidad que lo contiene sin perder el resto de la información del usuario.

5) Las ventajas del uso de particiones extendidas:

Las particiones extendidas se inventaron para superar el límite de 4 particiones primarias 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. Todos los sistemas modernos (Linux, cualquier Windows basado en NT e incluso OS/2) son capaces de arrancar desde una unidad lógica. Sin embargo, el MBR por defecto utilizado por Windows y DOS sólo es capaz de continuar el proceso de arranque con una partición primaria. Cuando se utiliza este MBR, es necesario que exista por lo menos una partición primaria que contenga un cargador de arranque (comúnmente el NTLDR de Windows). Otros cargadores de arranque que reemplazan el MBR, como por ejemplo GRUB, no sufren de esta limitación.

6) Particiones en Linux:

• ·         RAIZ

Es la partición más importante para el S.O Linux. En ella se instala los ficheros del software, además será el punto de partida para el montaje de otras particiones.

Esta partición será obligada, el tamaño asignado puede variar en función del uso que queramos dar a nuestro equipo, puede ser EXT2, EXT3, EXT4.

• ·         BOOT

Es una partición no obligada, se usa para separar los ficheros necesarios para el arranque del sistema de resto, es la partición de arranque del sistema.

• ·         SWAP

Es la partición de intercambio, puede ser un fichero en vez de una partición, el uso de esta partición es muy recomendable y obligatorio en casis todas las distribuciones de Linux. Será usada por Linux como memoria virtual, es de obligatoria.

• ·         HOME

Muchas distribuciones Linux crean por defecto la partición/home, de esta forma permite separar los datos de los usuarios del resto de las particiones.

7) Sistema de Archivos:

• ·         FAT

Es un sistema de archivos desarrollado para MS-DOS, así como el sistema de archivos principal de las ediciones no empresariales de Microsoft Windows hasta Windows Me.

FAT es relativamente sencillo. A causa de ello, es un formato popular para disquetes admitido prácticamente por todos los sistemas operativos existentes para computadora personal. Se utiliza como mecanismo de intercambio de datos entre sistemas operativos distintos que coexisten en la misma computadora, lo que se conoce como entorno multi arranque. También se utiliza en tarjetas de memoria y dispositivos similares.

Las implementaciones más extendidas de FAT tienen algunas desventajas. Cuando se borran y se escriben nuevos archivos tiende a dejar fragmentos dispersos de éstos por todo el soporte. Con el tiempo, esto hace que el proceso de lectura o escritura sea cada vez más lento. La denominada desfragmentación es la solución a esto, pero es un proceso largo que debe repetirse regularmente para mantener el sistema de archivos en perfectas condiciones. FAT tampoco fue diseñado para ser redundante ante fallos. Inicialmente solamente soportaba nombres cortos de archivo: ocho caracteres para el nombre más tres para la extensión. También carece de permisos de seguridad: cualquier usuario puede acceder a cualquier archivo.

El sistema de archivos FAT se compone de cuatro secciones:

*Sector de arranque.

*Región FAT: que contiene la tabla de asignación de archivos.

*La región del directorio raíz.

*La región de datos: donde se almacena el contenido de ficheros y carpetas.

Actualmente el sistema FAT es reemplazado opcionalmente en Windows XP y superiores por el sistema NTFS.

• ·         FAT16

En 1987 apareció lo que hoy se conoce como el formato FAT16. Se eliminó el contador de sectores de 16 bits. El tamaño de la partición ahora estaba limitado por la cuenta de sectores por clúster, que era de 8 bits. Esto obligaba a usar clúster de 32 Kbyte con los usuales 512 bytes por sector. Así que el límite definitivo de FAT16 se situó en los 2 gigabytes.

Esta mejora estuvo disponible en 1988 gracias a MS-DOS 4.0. Mucho más tarde, Windows NT aumentó el tamaño máximo del clúster 64 kilobytes gracias al "truco" de considerar la cuenta de clúster como un entero sin signo. No obstante, el formato resultante no era compatible con otras implementaciones de la época, y además, generaba más fragmentación interna (se ocupaban clúster enteros aunque solamente se precisaran unos pocos bytes). Windows 98 fue compatible con esta extensión en lo referente a lectura y escritura. Sin embargo, sus utilidades de disco no eran capaces de trabajar con ella.

• ·         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. Microsoft decidió implementar una nueva generación de FAT utilizando direcciones de clúster de 32 bits (aunque sólo 28 de esos bits se utilizaban realmente).

En teoría, esto debería permitir aproximadamente 268.435.538 clúster, arrojando tamaños de almacenamiento cercanos a los ocho terabytes. Sin embargo, debido a limitaciones en la utilidad ScanDisk de Microsoft, no se permite que FAT32 crezca más allá de 4.177.920 clúster por partición (es decir, unos 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. Era necesario reformatear para usar las ventajas de FAT32. Curiosamente, Drives pace 3 (incluido con Windows 95 y 98) no lo soportaba. Windows 98 incorporó una herramienta para convertir de FAT16 a FAT32 sin pérdida de los datos. Este soporte no estuvo disponible en la línea empresarial hasta Windows 2000.

El tamaño máximo de un archivo en FAT32 es 4 gigabytes (232−1 bytes), lo que resulta engorroso para aplicaciones de captura y edición de video, ya que los archivos generados por éstas superan fácilmente ese límite.

Es un sistema de archivos de Windows NT incluido en las versiones de Windows 2000, Windows XP, Windows Server 2003, Windows Server 2008, Windows Vista y Windows 7. 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.

• NTFS

Permite definir el tamaño del clúster, a partir de 512 bytes (tamaño mínimo de un sector) de forma independiente al tamaño de la partición.

Es un sistema adecuado para las particiones de gran tamaño requeridas en estaciones de trabajo de alto rendimiento y servidores puede manejar volúmenes de, teóricamente, hasta 264–1 clústeres. En la práctica, el máximo volumen NTFS soportado es de 232–1 clústeres (aproximadamente 16 TiB usando clústeres de 4 KB).

Su principal inconveniente es que 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.

• ·         EXT

El sistema de archivos extendido (extended file system o ext), fue el primer sistema de archivos creado específicamente para el sistema operativo Linux. Fue diseñado por Rémy Card para vencer las limitaciones del sistema de archivos MINIX. Fue reemplazado tanto por EXT2 como xiafs, entre los cuales había una competencia, que finalmente ganó EXT2, debido a su viabilidad a largo plazo.

• ·         ETX2

EXT2 (second extended file system o "segundo sistema de archivos extendido") es un sistema de archivos para el kernel 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 poseen sus posteriores versiones EXT3 y EXT4.

EXT2 fue el sistema de ficheros por defecto de las distribuciones de Linux Red Hat Linux, Fedora Core y Debian. Los lanzamientos de las nuevas versiones estables, EXT3 y EXT4, han desplazado considerablemente su uso.

El sistema de ficheros tiene una tabla donde se almacenan los  i-nodos. Un 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 todas 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 KiB, lo cual asegura un buen aprovechamiento del espacio libre con archivos pequeños.

Los límites son un máximo de 2 terabytes de archivo, y de 4 para la partición.

• ·         EXT3

EXT3 (third extended filesystem o "tercer sistema de archivos extendido") es un sistema de archivos con registro por diario (journaling). Fue el sistema de archivos más usado en distribuciones Linux, aunque en la actualidad ha sido remplazado por su sucesor, EXT4.

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 una variante de árbol b, el árbol HTree e incorpora el asignador de bloques de disco Orlov.

• ·         EXT4

EXT4 (fourth extended file system o «cuarto sistema de archivos extendido») es un sistema de archivos transaccional (en inglés journaling), anunciado el 10 de octubre de 2006 por Andrew Morton, como una mejora compatible de EXT3. El 25 de diciembre de 2008 se publicó el kernel Linux 2.6.28, que elimina ya la etiqueta de "experimental" de código de EXT4.

Las principales mejoras son:

1)    Soporte de volúmenes de hasta 1024 PiB.

2)    Soporte añadido de extent.

3)    Menor uso del CPU.

4)    Mejoras en la velocidad de lectura y escritura.