Operaciones auxiliares de mantenimiento de sistemas microinformáticos. IFCT0108

1. Introducción

La verificación del sistema consiste básicamente en comprobar que todo el sistema funciona correctamente, sin posibles problemas de compatibilidades, errores de datos, problemas de rendimiento o velocidad en el sistema.

Para realizar la verificación y la posible corrección o mejora en cada uno de los anteriores aspectos se va a utilizar una serie de técnicas y programas apropiadas para ello.

Una de las técnicas para agilizar el rendimiento del sistema es la utilización de particiones, de manera que el propio sistema no tenga que revisar toda la memoria en busca de un archivo específico.

Por otro lado se utilizan los programas POST, los cuales verifican el correcto funcionamiento de todos los elementos necesarios para el arranque del ordenador.

Además se utiliza software específico para el diagnóstico del sistema, con los cuales se comprobará el correcto funcionamiento de todos los elementos del sistema, y software para las pruebas de velocidad del propio sistema.

Una de las partes importantes del sistema es el disco duro, ya que en él se realiza el almacenamiento de toda la información. De esta forma, existen herramientas específicas para la verificación y optimización del disco duro.

2. Tipos de particiones del disco duro

Antes de pasar a ver qué son las particiones de un disco duro es recomendable saber la forma en que se almacena la información en los discos duros, para así comprender mejor la necesidad de particionar un disco duro.

Definición

Particionar

Es realizar particiones o partes del disco duro. Es la creación de divisiones lógicas en un disco duro para aplicarles un formato lógico del sistema operativo específico que se va a instalar.

2.1. Formateo de un disco duro

Un ordenador debe ser capaz de acceder a toda la información necesaria del disco duro cuando sea solicitada. Sin embargo, cada disco duro posee gran cantidad de información, la cual se almacena en bits. Con lo cual se pueden tener millones y millones de bits en un disco duro, de entre los cuales se ha de buscar una secuencia.

Para realizar la búsqueda de nuestra información, los discos duros están organizados en divisiones discretas e identificables, de manera que nuestro ordenador puede acceder a la información de forma fácil y sencilla.

La forma más sencilla de organizar un disco duro se llama formateo. El formateo consiste en preparar el disco duro para que se puedan escribir en él los archivos y leerlos posteriormente de forma rápida y sencilla. Existen dos formas de formatear un disco duro: formateo físico y formateo lógico.

Formateo físico de un disco duro

El formateo físico de un disco duro debe realizarse siempre antes del primer formateo lógico. Posteriormente se puede formatear de forma lógica sin necesidad de realizarlo de forma física. En general, el formateo físico, también llamado formateo a bajo nivel, lo suele realizar el fabricante antes de la venta del mismo.

En el formateo físico es cuando se dividen los platos del disco duro en cada una de sus partes principales: pistas, sectores y cilindros.

Los elementos en los que se divide el disco duro son los que marcan la forma en que se van a grabar y leer los datos dentro del propio disco. Estos elementos son:

1 Las pistas son vías circulares concéntricas que son grabadas en cada una de las caras de los platos, de igual forma que ocurre con los discos compactos o los discos fonográficos. Las pistas están enumeradas, y comienza por la pista cero en la parte más externa del disco.

2 Los sectores son divisiones más pequeños del área de una pista. Estos sectores se utilizan para almacenar una cantidad fija de datos. Normalmente la capacidad de los sectores a la hora de realizar el formateo es de 512 bytes de información (4096 bits).

3 Un cilindro está formado por un conjunto de pistas que están ubicadas a la misma distancia del eje en todas las caras del plato. Por ejemplo, la pista cinco en cada una de las caras de cada uno de los platos está situada a la misma distancia del eje. De esta forma, el cilindro sería la conexión vertical imaginaria de todas estas pistas.

En general, el funcionamiento tanto del hardware como del software de un ordenador se basa en la estructura de cilindros. Esto es así porque cuando se escriben datos en un disco por cilindros, se puede acceder a toda la información de ese cilindro sin necesidad de desplazar los cabezales de lectura/escritura. Esto es interesante, ya que el desplazamiento de los cabezales es muy lento en comparación con la velocidad de rotación de los discos o el cambio entre cabezales. De esta forma trabajar por cilindros reduce considerablemente el tiempo de acceso a los datos grabados en el disco duro.

Actualmente en el mercado se cuenta con discos duros que están basados en otras tecnologías que no son las de platos, ejes y/o cilindros. Estas tecnologías se conocen con el nombre de SSD y M.2. En el caso de ambas tecnologías se obtienen tiempos de acceso de lectura y escritura muy superiores a los discos duros SATA; esto es debido fundamentalmente al uso de memoria NAND.

La memoria NAND basa su estructura en unas transmisiones de puerta flotante, la diferencia radical entre este tipo de memoria y la memoria RAM es que, cuando apagamos el ordenador, la información contenida en esta última desaparece frente a la NAND que se conserva (si no fuese, así no se podría almacenar información en SSD o M.2).

El funcionamiento de las memorias NAND es un poco contrario al estándar normal que hay en los mercados. Como ya se ha comentado, los electrones se almacenan en el puente flotante, de forma que, cuando está cargado, la celda se devuelve un 0 y si está vacía se devuelve un 1 (valores contrarios a los que normalmente se está acostumbrado).

NAND se organiza en torno a una matriz, la cual se entiende como un bloque. Las finas de dicha matriz se refieren como páginas que suelen tener varios tamaños (normalmente entre los 2 Kb y los 16 Kb), de tal forma que cada bloque se compone de 256 páginas. El tamaño de un bloque puede variar entre los 256 Kb y los 4 Mb.

Dentro de la tecnología SSD se pueden localizar los siguientes tipos de SSD, en función del número de bits almacenados en cada celda:

1 SLC (Single Level Cell). En este tipo de estructura aparecieron los primeros SSD del mercado. En ello se puede almacenar un bit de información (0 o 1) en cada una de las celdas de la memoria NAND. Hoy en día su uso suele destinarse fundamentalmente a servidores o workstations.

2 MLC (Multi Level Cell). Este tipo de estructura se caracteriza por poder almacenar 2 bits por celda en la memoria NAND. Respecto de SLC, implica duplicar por 2 la densidad de almacenamiento, pero al poder almacenar cada celda 2 valores posibles implica tener 4 estados diferentes por celda, lo que provoca que las lecturas y escrituras sean más lentas respecto de la estructura anterior.

3 TLC (Triple Level Cell). Este tipo de estructura es capaz de almacenar 3 bits por celda en la memoria NAND, con lo cual se multiplica por 3 la densidad de la memoria respecto de las SLC y tienen un precio mucho más económico que el resto. Como contrapartida su rendimiento es mucho peor que los MLC, dado que hay 3 posibles niveles con 8 posibles estados.

Otra posibilidad es usar discos duros bajo la tecnología M.2, que consiste básicamente en la misma funcionalidad que los SSD, pero lo que cambia es cómo se implementa, a modo de pastilla RAM.

Pastilla de Disco Duro usada en M.2

Formateo lógico de un disco duro

Después de realizar el formateo físico del disco duro debe realizarse el formateo lógico. A través del formateo lógico del disco se sitúa un sistema de archivos en el propio disco, el cual permite almacenar y recuperar archivos del espacio disponible por parte de un sistema operativo, por ejemplo DOS, Windows o Linux.

Cada uno de los distintos sistemas operativos utiliza un sistema de archivos distinto, de manera que el formateo lógico que se le aplique a un disco va a depender del sistema operativo que se va a instalar.

El formateo lógico de todo un disco duro con el mismo sistema de archivos nos limita en el número y tipos de sistemas operativos que se van a poder instalar en él. Pero existe una solución a esta limitación. Antes de realizar el formateo lógico del disco se puede realizar la división de este en particiones, y cada una de estas particiones se puede formatear de forma lógica con un sistema de archivos diferente. Al tener sistemas de archivos diferentes podemos instalar distintos sistemas operativos a la vez, sin que existan incompatibilidades. Además, al realizar las particiones vamos a realizar un uso del disco duro más rápido y eficiente.

2.2. Sistema de archivos

Los sistemas de archivos son estructuras necesarias para el almacenamiento y manejo de los datos dentro del disco duro. Estas estructuras habitualmente están constituidas por un registro de arranque del sistema operativo, directorios y archivos.

Los sistemas de archivos realizan tres funciones fundamentales:

1 Control del espacio asignado y disponible.

2 Mantenimiento de directorios y nombres de archivos.

3 Control del posicionamiento físico de cada uno de los archivos en el disco.

Normalmente, cada sistema operativo va a utilizar un sistema de archivos diferente. Algunos sistemas operativos pueden reconocer varios sistemas de archivos, pero hay otros que solo pueden reconocer un tipo.

Algunos de los sistemas de archivos más comunes son los siguientes:

1 FAT (File Asignation Table, Tabla de asignación de archivos).

2 FAT32 (File Asignation Table 32, Tabla de asignación de archivos 32).

3 NTFS (New Technology File System, Sistema de archivos de nueva tecnología).

4 Linux Ext2, Ext3 y Linux Swap.

FAT

El sistema FAT era utilizado para los sistemas operativos DOS, Windows 3.x y Windows 95, aunque también es posible acceder a ellos desde los sistemas operativos Windows 98/Me/NT/2000 y OS/2.

El sistema de archivos FAT se caracteriza por la utilización de la Tabla de Asignación de Archivos (FAT) y de clústeres. Por seguridad, la FAT está duplicada para evitar que los datos se borren o se dañen, ya que es el núcleo del sistema de archivos.

Un clúster es la unidad de almacenamiento más pequeña de la que dispone el sistema FAT. Cada clúster se compone de un número fijo de sectores. La FAT se utiliza para llevar registro de los clústeres que se están usando, lo que no se está usando y qué archivos están guardados en cada clúster.

El sistema de archivos FAT permite tamaños de disco o de particiones no superiores a 2 GB, y solamente permite utilizar un máximo de 65.525 clústeres. De manera que cuanto mayor sea el tamaño del disco, mayor va a ser el tamaño del clúster y se va a desperdiciar más espacio en ellos.

FAT32

El sistema de archivos FAT32 puede ser usado en cualquier sistema operativo de la familia Windows aunque fue creado para Windows 3.x/95/NT y DOS.

El sistema de archivos FAT32 es una versión mejorada de la versión FAT. Está basado en la utilización de tablas de asignación de archivos de 32 bits, en lugar de 16 bits del sistema FAT.

Este sistema de archivos FAT32 utiliza clústeres más pequeños que el anterior sistema. Además dispone de un arranque duplicado y un directorio raíz ilimitado, el cual puede estar ubicado en cualquier lugar del disco y la partición.

Gracias a todas estas mejoras el sistema de archivos FAT32 puede reconocer discos y particiones de hasta 2 TB.

NTFS

El sistema de archivos NTFS (New Technology File System) solo es accesible desde cualquier versión de Windows. No es recomendable el uso del sistema NTFS para discos duros pequeños, inferiores a 400 MB, debido a que NTFS utiliza una gran cantidad de espacio para el almacenamiento de las estructuras del sistema.

La estructura central del sistema de archivos NTFS es la tabla maestra de archivos (MFT: Master File Table). NTFS almacena por seguridad varias copias de la porción crítica de la tabla maestra de archivos para protegerla de posibles pérdidas de datos.

De igual forma que los sistemas anteriores FAT y FAT32, el sistema NTFS también utiliza clústeres para el almacenamiento de archivos de datos. Pero en este caso, el tamaño del clúster no va a depender del tamaño del disco o la partición.

Sabía que…

Se produce fragmentación de archivos cuando los archivos quedan divididos y almacenados en varios clústeres no contiguos. De manera que para recuperarlo se deben acceder a varios clústeres separados entre sí, lo cual ralentiza el proceso de recuperación. Para evitarlo hay que desfragmentar el disco duro.

El uso de clústeres pequeños, además de minimizar la cantidad de espacio desaprovechado en el disco, también reduce la fragmentación de los archivos, evitando así un acceso más lento a los archivos.

Linux Ext2, Ext3 y Linux Swap

Los sistemas de archivos Linux Ext2, Ext3 y Linux Swap fueron desarrollados para el sistema operativo Linux, que es la versión libre de Unix.

Estos sistemas operativos disponen de una capacidad de tamaño de disco duro o de partición de hasta 4 TB.

Definición

Linux Swap

Es un nivel de jerarquía de memoria de Linux que se utiliza cuando la memoria RAM está llena. Puede ser una partición dedicada, lo cual es recomendable, a un archivo Swap o a una combinación de ambos. Su tamaño debería ser igual o dos veces mayor que la memoria RAM y nunca mayor de 2 GB.

2.3. Particiones de un disco duro

Después de haber realizado el formateo físico del disco duro, podemos realizar la división lógica de este disco en partes más pequeñas. Cada una de estas partes más pequeñas del disco duro se va a llamar volumen. A cada uno de estos volúmenes le vamos a asignar un nombre distinto para poder identificarlo de los demás.

Cada uno de los volúmenes va a funcionar de forma individual e independiente, como si fuese otro disco duro, de manera que se puede realizar el formateo de forma lógica utilizando cualquier sistema de archivos que deseemos.

¿Por qué usar particiones?

Cuando estamos trabajando con tamaños muy grandes de disco duro, a la hora de formatearlos vamos a tener una sola partición o volumen de un tamaño muy grande. Esta forma de configurar el disco duro no es siempre la más conveniente, ya que no se aprovechan todos los recursos y el espacio del disco duro de forma eficiente.

La mejor alternativa consistiría en dividir el disco duro en particiones. Utilizar estas particiones nos supondría las siguientes ventajas:

1 Se podría instalar más de un sistema operativo, para así poder trabajar con programas que sean compatibles con un solo sistema operativo. No solo nos permite instalar distintas versiones del mismo sistema operativo, como dos versiones de Windows 10, sino que también nos permitirá instalar sistemas operativos totalmente distintos, como Windows y Linux.

2 Se hace un uso más eficiente del espacio disponible del disco duro, ya que cuando se produce la fragmentación de los archivos, sus partes podrían situarse en cualquier parte del volumen, y si este es muy grande se va a perder eficiencia a la hora de recuperar esos archivos.

3 Se protegen los datos ante posibles errores de sistema, virus, etc. Esto es así porque se suele instalar el sistema operativo y todos los programas en una de las particiones y en la otra se suelen guardar todos los archivos y documentos. De manera que si se produce un error en el sistema o se infecta con algún virus, tan solo debemos formatear la partición con el sistema operativo y los programas, quedando intacta toda nuestra información en la otra partición.

4 Al realizar estas particiones en volúmenes más pequeños se está facilitando la búsqueda de archivos dentro del propio volumen, y a su vez facilitamos también la realización de copias de seguridad.

Tipos de particiones

Básicamente van a existir tres tipos de particiones: particiones lógicas, particiones primarias y particiones extendidas. Las primeras divisiones que se pueden realizar sobre un disco duro son las particiones primarias y las particiones secundarias. Un mismo disco puede contener hasta cuatro particiones primarias, o tres particiones primarias y una extendida. A su vez, la partición primaria puede dividirse en cualquier número de particiones lógicas.

En la imagen que se muestra a continuación se puede ver un disco duro que se ha particionado en cuatro partes principales. Tres particiones primarias y una partición extendida. A su vez, la partición extendida se ha dividido en dos particiones lógicas.

Por otro lado, cada partición primaria ha sido formateada para el uso de sistemas de archivos diferentes (FAT, NFTS y HPFS), y las dos particiones lógicas se han formateado para usar un sistema de archivos FAT.

Particiones primarias

En una partición primaria puede haber un sistema operativo y además un número cualquiera de archivos y documentos (siempre y cuando haya capacidad en el disco). Siempre antes de realizar la instalación de un sistema operativo se debe realizar el formateo lógico de la propia partición primaria para darle un sistema de archivos compatible con el sistema operativo que vamos a instalar.

Si se disponen de varias particiones primarias en un mismo disco duro, tan solo una de ellas puede estar activa y visible. En este caso, la partición activa es desde la cual arranca el sistema operativo durante el proceso de inicio del ordenador. En este proceso, el resto de particiones no activas van a estar ocultas y no se va a poder acceder a los datos existentes en ellas.

Si queremos instalar varios sistemas operativos en un mismo disco duro, vamos a necesitar varias particiones primarias, ya que la mayoría de los sistemas operativos necesitan una partición primaria para poder arrancar.