SEMANA 9 DISCO DURO

SEMANA 9 DISCO DURO

Partición de un Disco Duro

Una partición de disco, en informática, es el nombre genérico que recibe cada división presente en una sola unidad física de almacenamiento de datos. Toda partición tiene su propio sistema de archivos (formato); generalmente, casi cualquier sistema operativo interpreta, utiliza y manipula cada partición como un disco físico independiente, a pesar de que dichas particiones estén en un solo disco físico.

A toda partición se le da formato mediante un sistema de archivos como FAT, NTFS, FAT32, ReiserFS, Reiser4 u otro. En Windows, las particiones reconocidas son identificadas con una letra seguida por un signo de doble punto (p.ej. C:\) hasta cuatro particiones primarias; prácticamente todo tipo de discos magnéticos y memorias flash (como pendrives) pueden particionarse. Sin embargo, para tener la posibilidad de más particiones en un solo disco, se utilizan las particiones extendidas, las cuales pueden contener un número ilimitado de particiones lógicas en su interior. Para este último tipo de particiones, no es recomendado su uso para instalar ciertos sistemas operativos, sino que son más útiles para guardar documentos o ejecutables no indispensables para el sistema. Los discos ópticos (DVD, CD) no soportan particiones

Tipos de particiones

El formato o sistema de archivos de las particiones (p. ej. NTFS) no debe ser confundido con el tipo de partición (p. ej. partición primaria), ya que en realidad no tienen directamente mucho que ver. Independientemente del sistema de archivos de una partición (FAT, ext3, NTFS, etc.), existen 3 tipos diferentes de particiones:

• Partición primaria: Son las divisiones crudas o primarias del disco, solo puede haber 4 de éstas o 3 primarias y una extendida. Depende de una tabla de particiones. Un disco físico completamente formateado consiste, en realidad, de una partición primaria que ocupa todo el espacio del disco y posee un sistema de archivos. A este tipo de particiones, prácticamente cualquier sistema operativo puede detectarlas y asignarles una unidad, siempre y cuando el sistema operativo reconozca su formato (sistema de archivos).
• Partición extendida: También conocida como partición secundaria es otro tipo de partición que actúa como una partición primaria; sirve para contener infinidad de unidades lógicas en su interior. Fue ideada para romper la limitación de 4 particiones primarias en un solo disco físico. Solo puede existir una partición de este tipo por disco, y solo sirve para contener particiones lógicas. Por lo tanto, es el único tipo de partición que no soporta un sistema de archivos directamente.
• Partición lógica: Ocupa una porción de la partición extendida o la totalidad de la misma, la cual se ha formateado con un tipo específico de sistema de archivos (FAT32, NTFS, ext2,...) y se le ha asignado una unidad, así el sistema operativo reconoce las particiones lógicas o su sistema de archivos. Puede haber un máximo de 23 particiones lógicas en una partición extendida. Linux impone un máximo de 15, incluyendo las 4 primarias, en discos SCSI y en discos IDE 8963.

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 (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, 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 particiónes 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.

Particiones extendidas y lógicas

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 preservaron. 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.

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 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.

Las tablas de particiones (MBR) sólo admiten hasta 2,2 TB por partición. Dado que sólo soportan 4 particiones primarias, el tamaño máximo admisible para un disco duro sería de 8,8 TB (el resto de capacidad no se podría utilizar). Como la arquitectura IBM PC es muy común, las tablas de partición probablemente subsistirán cierto tiempo. Sin embargo, existe un proyecto de Intel llamado Extensible Firmware Initiative (EFI) con el sistema GPT, que soporta teóricamente hasta 9,4 ZB.

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.

Formateo de un Disco Duro 

El formato de disco, formateado o formato (del latín forma, la forma)¹ es un conjunto de operaciones informáticas, independientes entre sí, físicas o lógicas, que permiten restablecer un Disco duro, una partición del mismo o cualquier otro dispositivo de almacenamiento de datos a su estado original, u óptimo para ser reutilizado o reescrito con nueva información. Esta operación puede borrar, aunque no de forma definitiva, los datos contenidos en él. En algunos casos esta utilidad puede ir acompañada de un Particionado de disco.

Particionado de disco

En discos duros

Artículo principal: Partición de disco

El Particionado de disco puede ser un paso intermedio entre el formato de bajo nivel y el de alto nivel, en todo caso, será un paso imprescindible para poder realizar un formateo de alto nivel, ya que en el caso de los discos duros, solo puede realizarse a particiones individuales. No obstante, el formato de alto nivel puede realizarse en particiones preexistentes de un particionado anterior, lo cual no obliga a realizar un nuevo particionado cada vez que se desee hacer un formato de alto nivel.

Cada disco duro admite un máximo de 4 Particiones primarias, las cuales podrán contener particiones lógicas y extendidas, y estas últimas, a su vez, varias particiones lógicas.

Desde el punto de vista lógico, cada partición primaria o lógica será un disco individual; al que cualquier sistema Windows le asignará una letra, comenzando habitualmente por C. El orden de prioridades en la asignación de letras de unidad de forma estándar siempre comenzará por las unidades de disquete (a y b) continuando por las unidades (particiones) de Disco duro (c,d ...), unidades ópticas (continuando el orden anterior) y unidades flash. No obstante este orden puede ser alterado. En sistemas Linux se denominarán mediante el prefijo hda seguido del número de partición. La primera partición siempre será hda0.

Formato de alto nivel

El formato lógico, de alto nivel o también llamado sistema de archivos, 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 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 clústers (conjunto de sectores contiguos, pero que el sistema distribuye a su antojo), 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, ExFAT.
• Linux: ext2, ext3, ext4, JFS, ReiserFS, Reiser4, XFS.
• Solaris: UFS, ZFS

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 las siguientes cosas:

• Borra toda la información anterior (incluyendo obviamente virus porque son software)
• 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 lugar en el ordenador.

Formato de bajo nivel

Esta imagen es una representación característica del plato de un Disco Duro. En realidad, el número de sectores por cada pista suele ser de hasta miles.

También llamado formato físico, es realizado por software y consiste en colocar marcas en la superficie de óxido metálico magnetizable de Cromo o Níquel, para dividirlo en pistas concéntricas y estas, a su vez, en sectores los cuales pueden ser luego referenciados indicando la cabeza lectora , el sector y cilindro que se desea leer. El tamaño estándar de cada sector es de 512 bytes.
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.

Estructura de un disco

Durante la operación de formato de bajo nivel se establecen las pistas y los sectores de cada plato. La estructura es la siguiente

• Pistas, varios miles de círculos concéntricos por cada plato del disco duro que pueden organizarse verticalmente en cilindros.
• Sector, varios cientos por pista. El tamaño individual suele ser de 512 bytes.
• Preámbulo, que contiene bits que indican el principio del sector y a continuación el número de cilindro y sector.
• Datos.
• ECC, que contiene información de recuperación para errores de lectura. Este campo es variable y dependerá del fabricante.

La suma del tamaño de estos tres componente del sector darán como resultado el tamaño del secterable en el disco, equivalente al espacio existente entre cada sector, el tamaño del preámbulo y del ECC. Esta pérdida es equivalente al 20% del espacio del disco. Por cuestiones publicitarias el espacio perdido suele anunciarse como espacio disponible para el almacenamiento de datos. Por ello, de un disco duro de 20 GB estarán disponibles 16 GB.

Limitación en la velocidad de lectura

El formateado de bajo nivel impide una mayor velocidad en la lectura de datos, independientemente de la interfaz. Esta lectura se verá condicionada únicamente por la velocidad del disco (en rpm), la cantidad de sectores por pista y la cantidad de información por sector.

Intercalado de disco

El buffer del disco será un factor fundamental y muy importante en la velocidad de lectura. Si un Buffer tiene una capacidad de almacenamiento de un sector, tras leer tal sector, deberá transmitir la información a la memoria principal; Este tiempo de transmisión será suficiente para que el sector contiguo se haya desplazado de la cabeza lectora y por tanto haya que esperar una nueva vuelta completa del disco para leer el sector. Una operación de lectura pierde cantidades despreciables de tiempo, pero que a grandes rasgos resultan en pérdidas de segundos o minutos. Para ello, se recurre al intercalado de disco, procedimiento consistente en numerar los clústers de forma no contigua o separados entre sí, de manera que después de la transmisión de datos a la memoria principal no haya que esperar una rotación completa. El intercalado puede ser simple o doble, según la velocidad de transmisión de datos del buffer.
Fat 32
FAT32 es una abreviatura de la tabla de la asignación de un espacio para un fichero. Este sistema de ficheros fue originado en los años 80 que apoyaban sistemas operativos es MS-DOS de las ventanas. Después Windows 95 y Windows 98 fueron basados en este sistema de ficheros FAT32. FAT32 era el sistema de ficheros del defecto de Windows 98 y de ventanas yo. Este sistema de ficheros se puede también instalar en el windows2000-server y versión profesional, las ventanas XP y las ventanas 2003, aunque apoyan el sistema de ficheros de NTFS.

FAT32 tiene algunas ventajas así como algunas desventajas y el campo común de ellas se da más abajo.

Características útiles:

1. FAT32 puede proporcionar el Terabyte de la ayuda 2 de la partición.
2. Es muy útil en un sentido que utiliza casi todo el espacio del disco duro. El tamaño del racimo usado por FAT32 es muy pequeño en cuanto al disco 4GB, el tamaño del racimo casi es 4kb.

Desventajas de FAT32:

1. Es levemente más lento que FAT16 dependiendo del tamaño del disco.
2. No proporciona la ayuda a más viejos herramientas de gerencia, tablero y BIOS' S. de la madre.
3. No es mucho seguro, recuperable y tolerante encajonar de cualquier desgracia como fallo del sistema y apagón.
4. No permite la compresión a los archivos.

Estructura de FAT32

MBR (expediente principal del cargador) se considera ser igual para todas las clases de sistemas operativos. La información de MBR es actual al principio sector de disco duro; es accesible en el cilindro número 0, número principal 0 y sector number1. Cuando el sistema operativo patea éstas son las líneas que se ejecutan enseguida después de la comprobación de todo el hardware. La parte principal e importante de información del sistema se pone en la tabla de la partición y esta tabla de la partición se coloca en esta sección. Si cualquier cosa va mal con esta tabla, afecta el funcionamiento de la impulsión dura.

El primer sector de partición contiene la información sobre expediente del cargador FAT32. El segundo sector de la partición contiene toda la información del sistema de ficheros usada por el sistema operativo.

NTFS (del inglés New Technology File System) 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 KiB).
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 MiB libres

Características

El tamaño mínimo recomendado para la partición es de 10 GB. 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. Tiene soporte para archivos dispersos.
Hay tres versiones de NTFS: v1.2 en NT 3.51, NT 4, v3.0 en Windows 2000 y v3.1 en Windows XP, Windows 2003 Server, Windows Vista y v5.1 en Windows 2008. Estas versiones reciben en ocasiones las denominaciones v4.0, v5.0, v5.1, v 5.2, y v 6.0 en relación con la versión de Windows en la que fueron incluidas. Las versiones más recientes han incluido algunas características nuevas, tales como cuotas de disco y puntos de montaje de volúmenes.

Funcionamiento

Todo lo que tiene que ver con los ficheros se almacena en forma de metadatos. Esto permitió una fácil ampliación de características durante el desarrollo de Windows NT. Un ejemplo lo hallamos en la inclusión de campos de indizado añadidos para posibilitar el funcionamiento de Active Directory.
Los nombres de archivo son almacenados en Unicode (UTF-16), y la estructura de ficheros en árboles-B, una estructura de datos compleja que acelera el acceso a los ficheros y reduce la fragmentación, que era lo más criticado del sistema FAT.
Se emplea un registro transaccional (journal) para garantizar la integridad del sistema de ficheros (pero no la de cada archivo). Los sistemas que emplean NTFS han demostrado tener una estabilidad mejorada, que resultaba un requisito ineludible considerando la naturaleza inestable de las versiones más antiguas de Windows NT.
Sin embargo, a pesar de lo descrito anteriormente, 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, aplicada sobre el sistema de archivos, se desarrollaron controladores como el NTFS-3G que actualmente proveen a sistemas operativos GNU/Linux, Solaris, MacOS X o BSD, entre otros, de soporte completo de lectura y escritura en particiones NTFS.