INSTITUTO TECNOLGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS ESTADO DE MÉXICO Disco Duro y Sistemas de Archivos. (o. . . Cómo manipular el disco y no morir en el intento) Ing. Jose Manuel Franco Dr. Roberto Gómez Cárdenas Recopilado por: María de la Luz Grande Vega 450250 26. 02. 01

Introducción ® La mayor parte de los conceptos expresados aquí estan ligados con la arquitectura PC y el sistema operativo DOS. ® Es importante tomar en cuenta estos conceptos ya que Linux reposa sobre una arquitectura PC.

El Disco Duro Un disco duro es una superficie plana circular cubierta por un material ferromagnético sensible a los campos magnéticos, además existe un brazo que cuenta con una dispositivo de lectura/escritura llamado cabeza. ® El disco gira sobre su eje a velocidad constante, el brazo puede moverse únicamente en una dirección, acercándose o alejándose del centro del disco. ® Para grabar información se situa la cabeza en un sitio determinado y se le envia un flujo impulsos eléctricos que representan a una información binaria creando un campo electromagnético que afecta la orientación del material ferromagnétco, conforme el el disco gira. ® Para leer información se situa la cabeza en un sitio determinado y se sensa el campo electromagnético bajo la cabeza induciendo un flujo de impulsos electricos que son traducidos a datos binarios. ®

Evolución disco duro

Evolución disco duro

¿Cuantos bytes hay en 1 Megabyte? 1 G=¿ Prefijos del S. I. : Kilo Mega Giga Tera Peta Exa x 103 x 106 x 109 x 1012 x 1015 x 1018 1024 x 1024 ó bytes? 1 000 Prefijos binarios: IEC 210 = kibi 220 = mebi 230 = gibi 240 = tebi 250 = pebi 260 = exbi KNUTH KK = large kilob MM = large megabyte GG = large giga TT = large tera PP = large peta EE = large exabyte

Características Los discos flexibles están protegidos en una caja con un revestimiento de algodón, para así poder mantenerlos limpios y lo más alejado posible de partículas de polvo, ya que estos son de 10 a 20 veces más grandes que la pista de un disco, lo cual nos puede llevar a perdidas de información ® Cuando hablamos de un disco tenemos que hablar de coordenadas. Posicionar las cabezas. ® Cilindros Tracks Los discos flexibles de 3 ½ tienen 80 TPI (tracks per inch) lo cual quiere decir que tenemos 80 pistass en cada pulgadas. ® Un disco duro es metálico y son varias pistas dispuestas Track -> diskette geométricamente. Cilindros-> disco duro ®

Tracks, cilindros y sectores

2 3 Cabeza 0 Cabeza 1 Cilindro Cabezas 1 ® 4 1/escritura Sector Un disco de 1440 tiene: 18 sectores físicos 80 tracks 2 heads (cabezas) ® La numeración de las cabezas empieza desde 0 ® La numeración de los cilindros empieza desde 0 ® La numeración de los sectores empieza desde 1

LBA ® El sistema operativo realiza una representación lineal de la información 2879 0 1 2 3 4 5 Ultimo sector lógico ® Hay una transformación fórmulas 0 1 2 3 4 5 Cabezas Cilindros Sectores ® BIOS busca cabeza 0 cilindro 0 sector 1 Sector de arranque 512 bytes 2879

CHS vs LBA CHS ® LBA ® Cylinder, Head, Sector Linear Block Addressing Bloques= 512 Bytes Coordenadas de disco Se utilizan los sectores lógicos • La tabla de particiones nos dice que información se almacena • El FLAG de la tabla de particiones es booteable o no booteable • Se deben de tener 4 particiones primarias como máximo Las ventajas del CHS y el LBA: CHS ®No necesita traducir el controlador de disco ®De esta forma lo prefiere el BIOS LBA ®Simple de manejar ®Más fácil para el sistema operativo

El concepto de Volumen Un volumen es el nombre que DOS le da a una partición. ® A un volumen se le asigna una letra para que el Sistema de Archivos pueda tener acceso a el como una entidad independiente ® Los volúmenes pueden crearse para optimizar organizar la información o bien para acceder a zonas del disco duro que rebasan la capacidad de acceso del sistema operativo ®

El cluster La unidad más pequeña a la que se puede tener acceso es el sector (512 bytes). ® los sectores son agrupados en clusters o unidades de asignación. ® El tamaño del cluster es proporcional al tamaño del volumen del disco: ® ® mayor es el volumen, mayor es el tamaño del cluster discos duros: clusters desde 4 sector a 64 sectores (en algunos casos hasta 128 sectores) discos flexibles: 2 sectores (en algunos casos puede ser sólo un sector) Los sectores que forman cluster están contiguos. ® El tamaño del cluster es determinado cuando el volumen del disco es formateado. ® A un archivo se le asigna un número entero de clusters ®

Sector, track y cluster

Sistema de archivos(File system) Es el conjunto de estructura lógicas y rutinas de software usadas para controlar acceso a lo almacenado en un disco duro. ® Algunos sistemas archivos ® ® ® ® ® File Allocation Table (FAT) 12/16/32 bits. DOS/Win 9 x/Win Me New Technology File System (NTFS). Windows NT/2000/XP High Performance File System (HPFS). OS/2 Be. OS File System (BFS). Be. OS minix, xiafs, ext 2 fs, ext 3 fs, reiserfs, enh-fs. Linux Hierarchical File System (HFS). Mac. OS Sistema de Arhivos en Red (NFS, AFS, Coda, nbd, GFS) Especiales (tmpfs, swapfs, devfs, procfs, usbfs) Otros : ISO 9660, High Sierra, Rock Ridge, Romeo, Joliet, UDF

El sistema de archivos FAT

Características FAT ® Tabla donde se encuentran información acerca de los clusters. ® ® hay una entrada por cada cluster usado en el disco se tiene un número por entrada que representa como se usa el cluster los clusters de un archivo estan encadenados La tabla se encuentra en el área del disco que sigue al disk boot sector ® cada volumen tiene dos copias identicas (una es el respaldo de la otra)

Estructura de un sistema de archivos FAT El Sector de Arranque (Boot Sector) ® El FAT (2 o mas tablas idénticas) ® El directorio raíz ® El área de datos ®

El MBR (Master Boot Record) ® Primer sector del disco o sector de arranque principal ® En esta área podemos identificar: ® El código de booteo: ® ® La tabla de particiones del disco: ® ® del byte 1 al 446 (es lo que ejecuta el BIOS) lista de las particiones del disco El número mágico AA 55: ® ® ® byte 511: 55 byte 512: AA identifica a este sector como un sector de arranque

Sector de arranque de un floppy OFFSET 00000010 000020 000030 000040 000050 000060 000070 000080 000090 0000 a 0 0000 b 0 0000 c 0 0000 d 0 0000 e 0 0000 f 0 000100 0 1 2 3 eb 3 c 904 d 02 e 00040 0000 4 d 452020 c 08 ed 0 bc 1653 bf 3 e 0 f 8 b 0 e 18 cd 137279 890 e 207 c 161 e 7 c 03 7 ca 3497 c 1 e 0 b 7 c 03 00 bb 0005 b 001 e 8 ac a 6750 a 8 d e 85 f 0033 585858 eb 4 5 6 7 53444 f 53 0 bf 00900 0000295 a 20204641 007 c 1607 7 cb 90 b 00 7 c 884 df 9 33 c 03906 a 0107 cf 7 060 e 7 c 83 89164 b 7 c c 348 f 7 f 3 8 b 16527 c 0072168 b 7 f 20 b 90 b c 0 cd 165 e e 88 b 471 a 8 9 A B 352 e 3000 12000200 5418264 e 54313220 bb 780036 fcf 3 a 406 894702 c 7 137 c 7408 26167 c 03 d 200 a 350 b 82000 f 7 0106497 c a 1507 ce 8 fbb 90 b 00 00 f 3 a 674 1 f 8 f 048 f 48488 a 1 e C D E F 02010100 0000 4 f 204 e 41 2020 fa 33 c 5371 e 56 1 fc 645 fe 073 e 7 cfb 8 b 0 e 137 c 061 c 7 c 13 7 c 891652 26117 c 8 b 83164 b 7 c 9200721 d bee 67 df 3 18 be 9 e 7 d 4402 cd 19 0 d 7 c 32 ff *0123456789 ABCDEF* *. . . MSDOS 5. 0. . . * *. . . @. . . * *. . . )ZT. . NO NA* *ME FAT 12. 3* *. . . |. . . x. 6. 7. V* *. S. . |. . E. * *. . |. M. . G. . |. * *. . ry 3. 9. . |t. . |* *. . |. . . . P|. . R* *|. I|. . K|. . . |. * *. . |. . H. . I|. . K|* *. . . R|. P|. . . r. * *. . . r. . . . }. * *. u. . . . t. . . }* *. _. 3. . . ^. . D. . . * *XXX. . . G. HH. . . |2. *

Sector de arranque de un floppy (. . . cont) 000110 000120 000130 000140 000150 000160 000170 000180 000190 0001 a 0 0001 b 0 0001 c 0 0001 d 0 0001 e 0 0001 f 0 f 7 e 30306 505251 e 8 72 bb 0501 157 c 8 a 16 7000 ac 0 a 3 b 16187 c 33 d 2 f 736 c 3 b 4028 b ca 86 e 98 a 4 e 6 f 6 e 2 d 6 f 722064 65706 c 61 20616 e 79 6164790 d 5344 497 c 1316 3 a 0072 d 8 0083 d 200 247 c 8 b 1 e c 07429 b 4 7319 f 736 1 a 7 c 8816 164 d 7 cb 1 16247 c 8 a 53797374 69736 b 20 63652061 206 b 6579 0 a 00494 f 4 f 532020 4 b 7 cbb 001 e 854 031 e 0 b 7 c 497 ca 14 b 0 ebb 0700 187 cfec 2 257 ca 34 d 06 d 2 e 60 a 36257 ccd 656 d 2064 6572726 f 6 e 642070 20776865 2020 20535953 07 b 90300 00595 a 58 e 2 e 28 a 2 e 7 cea 0000 cd 10 ebf 2 88164 f 7 c 7 cf 8 c 3 f 9 364 f 7 c 8 b 13 c 30 d 0 a 69736 b 20 720 d 0 a 52 72657373 6 e 207265 20205359 000055 aa *. . I|. . K|. . . * *PRQ. : . r. . T. YZX* *r. . |. . * *. |. . $|. . I|. K|. . . * *p. . t). . * *; . . |s. . 6. |. . O|* *3. . 6. |. . %|. M|. . . * *. . . M|. . . 6 O|. * *. . . $|. 6%|. . . * *Non-System disk * *or disk error. . R* *eplace and press* * any key when re* *ady. . . IO SY* *SMSDOS SYS. . U. *

El sector de arranque de un disco duro. OFFSET 00000010 000020 000030 000040 000050 000060 000070 000080 000090 0000 a 0 0000 b 0 0000 c 0 0000 d 0 0000 e 0 xxxxxx 0001 b 0 0001 c 0 0001 d 0 0001 e 0 0001 f 0 0 1 2 3 fa 33 c 08 e bf 0006 b 9 b 304803 c cb 75 efcd cb 741 a 80 56 bb 0700 bb 007 cb 8 4 f 75 edbe 55 aa 75 c 7 69642070 6 c 650045 206 f 7065 6 d 004 d 69 696 e 6720 0000 XXXXXXXX 0100060 d 00000000 4 5 6 7 d 0 bc 007 c 0001 f 2 a 5 80740 e 80 188 b 148 b 3 c 0074 f 4 b 40 ecd 10 010257 cd a 306 ebd 3 8 bf 5 ea 00 61727469 72726 f 72 72617469 7373696 e 73797374 0000 XXXXXXXX fef 83 e 00 00000000 8 9 A B 8 bf 45007 ea 1 d 0600 3 c 00751 c 4 c 028 bee be 8 b 06 ac 5 eebf 0 eb 135 f 730 c bec 206 bf 7 c 000049 74696 f 6 e 206 c 6 f 61 6 e 672073 67206 f 70 656 d 00000000 XXXXXXXX 00000678 00000000 C D E F 501 ffbfc 00 bebe 07 83 c 610 fe 3 c 00740 b febf 0500 33 c 0 cd 13 fe 7 d 813 d 6 e 76616 c 20746162 64696 e 67 79737465 65726174 00000000 XXXX 8001 0 d 00000000 000055 aa *0123456789 ABCDEF* *. 3. . . |. . P. P. . . * *. . . <. t. . <. u. . . * *. u. . . L. . . . * *. t. . <. t. * *V. . . . ^. . . . * *. . |. . . W. . _s. 3. . . * *Ou. . . }. =* *U. u. . . |. . Inval* *id partition tab* *le. Error loading* * operating syste* *m. Missing operat* *ing system. . . * *. . . >. . x. . . . * *. . . U. *

Estructura del Sector de Arranque (floppy) JMP XXX Espacio reservado para etiqueta disco (volumen) # de sectores Número de serie Información del disco de su Sistema Opera Instrucciones a ejecutar 55 AA Aquí hay un programa e información del disco Ensamblador • Programas. com • Código no relocalizab • Programa válido en sector de arranque Sector ya inicializado con un programa que pue cargarse. si el BIOS no lo encuentra despliega u mensaje de error: Disco no usable (Esto no es un disco de arranque)

Estructura del sector de arranque (disco duro) JMP XXX xxx Tabla de particiones • Existen otros tipos de particiones que no son parte del sistema operativo pero que tienen información del mismo, como son el IBM Hybernate (el cual guarda el estado o imagen cuando se apaga, laptops), o el COMPAQ Diagnostics. 55 AA Podemos encontrar otro tipo de particiones con un número entre 0. . . 255, algu • FAT 12 • Linux EXT 2 • Linux SWAP • FAT 16 > 32 M Minix • FAT 16 discos menores a 32 • M • AIX • FAT 32 • Free BSD • Partición extendida

La tabla de particiones 16 bytes Bandera Activación Inicio Particion Tipo Fin Particion CHS Partición CHS Inicio LBA Tamaño en sectores bit 7 es la bandera bits 6 -0 son cero El tamaño de la bandera. Número entre 0. . . 255: 0 b FAT 32 es de 1 byte: 83 EXT 2 LINUX 0 No arranca 82 SWAP LINUX 80 h Puede arrancar 07 HPFS / NTFS Si CHS tiene 1023 / 255 / 63 entonces el SO utiliza el LBA Detalles: • Si el sector de arranque, FAT o Directorio principal se daña el disco será • Si otro sector está dañado, la información de los otros sectores esta disp • A nivel de BIOS se pueden manejar hasta 8 G con CHS, para discos mayores se

Ejemplo tabla particiones 0. DL 80 00 00 00 1. DH 01 00 00 00 2. CL 01 81 00 00 3. CH 00 95 00 00 4. TB 06 05 00 00 5. DH 0 e 0 e 00 00 6. CL be fe 00 00 7. CH 94 7 d 00 00 8. 9. A. B. LBA. . . 3 e 000000 4 a 610900 00000000 C. D. E. F. SIZE. . 0 c 610900 724 e 0300 00000000 1 st 2 nd 3 rd 4 th entry La primera partición, una partición DOS FAT empieza en CHS 0 H, 1 H (LBA 3 EH) y termina en CHS 294 h, Eh, 3 Eh con un tamaño de 9610 Ch sectores ® La segunda partición, una partición extendida, empieza en CHS 295 h, 0 h, 1 h (LBA 9614 Ah) y termina en CHS 37 Dh, Eh, 3 Eh con un tamaño de 34 E 72 h sectores ®

La tabla de asignación de archivos (File Aallocation Table) Despues del MBR sigue la tabla de asignación de archivos (FAT) ® Generalmente hay dos tablas, una es de respaldo ® Consiste de una tabla de números ® ® ® tiene 65, 536 entradas cada entrada contiene información acerca de un cluster en forma de un número. boot tabla de code particiones AA 55 Boot sector FAT 1 zona de datos FATDirectorio 2 Directorio

Los posibles valores de los clusters

Ejemplo 000 001 002 003 004 005 006 007 008 009 00 a 00 b 00 c 00 d 00 e 00 f 001

El tamaño de FAT ® Cada cluster tiene una entrada en la FAT, el tamaño del área de FAT depende del tamaño del disco. ® cada entrada en el FAT ocupa 16 bits Considermos un disco de 160 MB ® El tamaño máximo del FAT es de 128 KB, ® ® 16 archivos, 2 bytes c/u: 65, 536 x 2 = 131, 072 bytes (128 KB) Hay 40, 400 clusters, ya que la partición es de 160 MB Se tienen dos FATs: ® ® 40, 400 x 2 bytes esto nos da un total de 161, 600 y eso ocupará 316 sectors

El Directorio Es la última área administrativa en el disco. ® Siempre hay 512 entradas de archivos en el directorio ® ® ® es del mismo tamaño para todos los discos duros. La estructurra del directorio consiste de un número de entradas de directorio. ® ® ® cada entrada ocupa 32 bytes las entradas son identicas ya sea que esten en el directorio raíz o en algun subdirectorio contienen información como: ® ® ® el nombre del archivo (en el formato 8. 3) tamaño del archivo en bytes fecha y hora de la última revisión

Estructura del directorio ® Los 32 bytes estan agrupados en secciones ® ® Se cuenta con el número del primer cluster ® ® ® válido para todas las secciones, ya sea que se trate de archivos o directorios (directorio raíz y subdirectorios) importante ya que a partir de eso empieza a buscar al archivo el primer cluster es leido de la entrada del directorio, los siguientes números de clusters son leídos del FAT En discos duros formateados como FAT 16 el directorio raíz ocipa 512 entradas, las cuales son de 32 bytes cada una. ® entonces ocupa 16 KB

El área de datos ® ® ® El resto del disco alberga la parte más importante, el área de datos, donde todos los archivos y sub directorios son almacenados. El área de datos es la parte más grande del disco Los sectores del área de datos estan conjuntados en clusters. Como se dijo antes, el máximo número de clusters para datos es 216 =65, 535 Si el disco duro es de 160 Mb: ® se tienen 40, 400 clusters de 8 sectores cada uno

Completando el cuadro: 160 Mb

Un ejemplo de relación tabla particiones y FAT

Particiones primarias, extendidas y lógicas Las reglas que determinan como pueden ser usadas las particiones datan del origen de la PC y continuan igual hoy en día. ® Un disco duro puede contar con un máximo de cuatro particiones ® ® Solo una partición puede designarse como activa. ® ® algunas veces son llamadas particiones primarias limitación debido a la forma en que el MBR esta especificado esta partición será la que será usada para el arranque del el sistema. Una de las particiones puede ser designada como una partición extendida (extended DOS partition) ® esta partición puede ser subdividido en varias particiones lógicas

La partición extendida de DOS Funciona como un contenedor para las particiones DOS, a excepción del primer (primaria) volumen. ® La estructura que fue usada en el diseño original (que impone el límite de cuatro particiones) era muy estricta. ® ® ® A: 1 er. disco flexible B: 2 do. disco flexible C: disco duro unidad lógica El sistema de extensión de DOS permite tener hasta 24 particiones de disco en un solo sistema D:

La tabla de partición extendida La información de la partición extendida esta contenida en la tabla de particiones del MBR ® La tabla del MBR contiene una liga a una tabla de partición extendida. ® La tabla contiene información acerca de la primera partición y una liga a la siguiente tabla de partición extendida que describe la siguiente partición en el disco ® ® las tablas de particiones extendidas están ligadas en una cadena que empieza en el tabla de particiones del MBR

ejemplos sistemas ® Partición simple con Windows PC ® ® todo el espacio en disco en una sola partición usando alguno de los sistemas FAT. esta máquina solo tiene una partición primaria FAT y nada mas los otros tres slots para particiones estan vácios. Particiones Multiples Windows PC ® ® ® se tienen dos particiones una partición primaria DOS ( drive C: ) la otra es una partición de extensión DOS ® ® dentro de esta partición el resto de los drives lógicos son creados si tuviera tres volumenes lógicos estarían asignados por las letras D, E y F y se encontarían dentro de la partición extendida.

Mas ejemplos ® Varios sistema operativos en una PC ® ® ® Un ordenador con varios sistemas operativos puede usar una partición primaria para hasta cuatro sistemas de archivos se pueden combinar diferentes particiones con diferentes sistemas operativos por ejemplo se puede tener una partición primaria DOS, una partición extendida DOS y una partición Linux

Ejemplo: Particiones extendidas El master boot record (MBR) tiene 4 particiones. ® Si se necesitan más, lo que hacemos es marcar la última partición como una partición extendida 0 x 05. ® Para DOS puede haber como máximo 24 Unidades lógicas (letras A, B, C. . Z) ® SWAP de Linux Tabla de particiones del MBR 0 x 0 b 0 x 82 0 x 05 0 x 07 0 x 0 b 0 x 83 0 x 05 MBR Apuntador a otra tabla de particiones Ext=Tipo 5 El cual apunta a todo el espacio libre queda Ejemplo de 55 AA particiones: (Igual que la primera) 0: Win Sólo va a tener 2 entradas, 1: OS 2 inicio, fin y tipo, un 0 en caso 2: Linux Swap Linux de que no haya más y un 0 x 5 3: Ext FAT 32 si hay otra partición

Algunos comentarios sobre particiones ® En linux no existe el concepto de Unidades lógicas ® Las 4 primeras particiones del primer disco IDE se nombran: ® ® ® /dev/hda 1 /dev/hda 2 /dev/hda 3 /dev/hda 4 si, por ejemplo, la partición extendida aloja tres particiones estas se denotan en linux por /dev/hda 5, /dev/hda 6 y /dev/hda 7 respectivamente En terminos de como se usa el disco solo hay dos una diferencias entre una partición primaria y una extendida: ® ® Una partición primaria puede activiarse como booteable (activa) mientras que una partición lógica no. Por cada partición extra que se use, existe una tabla de particiones en la que el primer registro contiene la información de la partición y el segundo registro es un apuntador a la siguiente tabla de particiones o está vació si se trata de la última partición.

Para que un sistema operativo se pueda inicializar, la partición que contenga el archivo de inicio debe marcarse como activa. ® En los computadores Intel x-86, la partición activa es una partición primaria que contiene los archivos de arranque del sistema. ® La partición activa está ubicada en el disco duro al que el computador accede cuando se inicializa. ® Si se tiene instalado más de un sistema operativo, y este otro sistema operativo se encuentra instalado en una partición diferente a la que se encuentra marcada como activa, sólo hay que marcar la partición correspondiente como activa. ®

Marcando la partición como activa ® Solo particiones primarias pueden ser usadas para bootear el sistema operativo. ® ® ® solo una puede ser booteable, de otra forma el MBR no sabra a que código de booteo (de los diferentes volumenes) le debe pasar el control DOS llama a la partición booteable como la partición activa Si se particiona un nuevo disco duro y se crea una partición primaria DOS, usando la utilidad FDISK, pero se le olvida activar la partición primaria: ® BIOS no podra bootear el sistema operativo Esto puede provocar un error del estilo: No boot device available ® Algunos BIOS despliegan mensajes más cripticos: ® ® AMI BIOSes son conocidas por el mensaje: “NO ROM BASICSYSTEM HALTED cuando no se puede encontrar un dispositivo de arranque.