Disco duro Sistemas de archivos Gesti´ on de disco LVM
Sistemas Operativos Almacenamiento Esteban De La Fuente Rubio
[email protected] LATEX
Universidad Andr´ es Bello
25 sep 2010
Esteban De La Fuente Rubio
Sistemas Operativos
Disco duro Sistemas de archivos Gesti´ on de disco LVM
Tabla de contenidos 1
Disco duro MBR Particiones Comandos
2
Sistemas de archivos Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
3
Gesti´on de disco Implementaci´on de sistemas de archivos Administraci´on de bloques libres
4
LVM Esteban De La Fuente Rubio
Sistemas Operativos
Disco duro Sistemas de archivos Gesti´ on de disco LVM
MBR Particiones Comandos
Disco duro
Dispositivo de almacenamiento no vol´atil. Memoria secundaria. Gran capacidad, barato pero m´as lento que memoria principal. Se magnetizan los sectores del disco donde se requiere guardar la informaci´on.
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MBR Particiones Comandos
Disco duro (2)
Formado por uno o m´as discos (platos), los cuales tienen un mismo eje y giran a grandes velocidades (ej: 7200 rpm). RPM: revoluciones por minuto, unidad de frecuencia, donde: 1 1[rpm] = 60 [Hz] Actualmente son el principal medio de almacenamiento masivo de datos utilizado en los computadores.
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MBR Particiones Comandos
Disco duro (3)
Plato: cada uno de los discos. Cara: lados del plato. Cabeza: una por cara. Pista: circunferencia en una cara. Cilindro: una pista en todos los platos. Sector: divisiones de las pistas (est´andar de 512 bytes).
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MBR Particiones Comandos
Disco duro (4)
Figura: Disco duro Esteban De La Fuente Rubio
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MBR Particiones Comandos
Disco duro (5)
Acceso al disco mediante: Cilindro, cabeza y sector. Direccionamiento l´ ogico de bloques.
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MBR Particiones Comandos
Disco duro (6)
Tipos de conexi´on: IDE: lectura/escritura por r´afagas. SCSI: lectura/escritura constante. SATA: velocidades hasta 600 MB/s, hotswap. SAS: sucesor serial del SCSI, hotswap.
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MBR Particiones Comandos
MBR: Master boot record
Primer sector f´ısico del disco. Tama˜ no: 512 bytes: 446 bytes: gestor de arranque. 64 bytes: tabla de particiones. 2 bytes: firma del MBR (0x55aa).
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MBR Particiones Comandos
Gestor de arranque
En los 446 bytes se instala un programa inicial que se encarga de levantar el gestor de arranque del sistema operativo (ej: GRUB). Windows no administra otros SO para arranques duales (o m´as), por lo cual si se quiere tener GNU/Linux y Windows se deber´a instalar Windows primero.
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MBR Particiones Comandos
Tabla de particiones
Para almacenar la informaci´ on de una partici´ on se requieren 16 bytes 0x0 Estado (si la partici´ on es o no booteable/startable/active). 0x1 Cabezal, Sector y Cilindro del primer sector en la partici´on. 0x4 Tipo de partici´ on. 0x5 Cabezal, Sector y Cilindro del u ´ltimo sector de la partici´on. 0x8 Logical block address del primer sector de la partici´on. 0xc Longitud de la partici´ on, en sectores.
Por lo anterior, solo se pueden tener 4 particiones en un disco duro.
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MBR Particiones Comandos
Particiones primarias y l´ogicas
Para solucionar el problema anterior se sacrifica una de las 4 particiones (llamadas primarias) y se crea una partici´on l´ogica. Esta podr´a ser dividida en m´ ultiples partes y tendr´a su propia tabla de particiones l´ ogicas.
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MBR Particiones Comandos
Tipos de particiones
0x07 NTFS 0x0b FAT32 0x82 Linux swap 0x83 Linux 0x8e Linux LVM Una vez que el disco es particionado NO se puede utilizar, se le deber´a dar un formato de archivos primero.
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MBR Particiones Comandos
fdisk
Permite particionar un disco duro. Comandos: p tabla de particiones q salir sin guardar w salir guardando d borra una partici´ on n crea partici´ on t cambia el tipo a una partici´ on
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MBR Particiones Comandos
dd
Copia seguridad MBR dd if=/dev/xxx of=mbr.backup bs=512 count=1 Restaurar MBR dd if=mbr.backup of=/dev/xxx bs=512 count=1 ¿C´omo se puede borrar el MBR?
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Sistemas de archivos
Ser´an los encargados de indicar como se guarda la informaci´on en un dispositivo de almacenamiento (en nuestro caso disco duro). Proveer´an de mecanismos para prevenir p´erdida de datos, mejorar acceso en la escritura y/o lectura. Encargados de administrar lo que guardamos en los discos.
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Sistemas de archivos
Existen diferentes, algunos son: FAT32 NTFS Ext2/3/4 ReiserFS XFS JFS
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
FAT32
Tama˜ no m´aximo por archivo: 4 GB Tama˜ no m´aximo del volumen: 2 TB
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
NTFS
Tama˜ no m´aximo por archivo: 16 TiB Tama˜ no m´aximo del volumen: 256 TiB
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Ext2
Tama˜ no m´aximo por archivo: 2 TiB Tama˜ no m´aximo del volumen: 16 TiB Posible leerlo desde Windows.
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Ext3
Tama˜ no m´aximo por archivo: 2 TiB Tama˜ no m´aximo del volumen: 32 TiB Con journaling.
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Ext4
Tama˜ no m´aximo por archivo: 16 TiB Tama˜ no m´aximo del volumen: 1 EiB o 260 bytes Implementa extents (conjunto de bloques f´ısicos contiguos).
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
ReiserFS
Tama˜ no m´aximo por archivo: 8 TiB Tama˜ no m´aximo del volumen: 16 TiB Con journaling. Muy r´apido con archivos peque˜ nos (menor 4KB, 10-15 veces que ext3).
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
XFS
Tama˜ no m´aximo por archivo: 8 EB o 106 TB Tama˜ no m´aximo del volumen: 16 EB Con journaling. Principalmente utilizado para trabajar con particiones que manejan archivos de grandes tama˜ nos.
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
JFS
Tama˜ no m´aximo por archivo: 4 PiB o 4x250 bytes Tama˜ no m´aximo del volumen: 32 PiB Con journaling. Asigna memoria para inodos de forma din´amica.
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Estructura de directorios
En el caso de Linux el sistema de directorios se organiza por completo bajo la raiz (/). Esto a diferencia de Windows, en donde cada partici´on de un disco duro, ser´a un disco en Mi PC. Por lo anterior, en Linux, existir´an puntos de montaje donde se deber´an montar las diferentes particiones.
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Estructura de directorios (2)
Figura: Estructura de ´arbol para directorios
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Directorio raiz y subdirectorios
Directorio /bin /boot /dev /etc /home /lib /lost+found /media
Uso Link simb´ olico a /usr/bin, programas usuarios Archivos inicio sistema, gestor de arranque Dispositivos del computador Archivos de configuraci´ on Directorio est´andar para homes de usuarios Bibliotecas del sistema Archivos recuperados tras ca´ıdas Actual directorio de montaje de dispositivos
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Directorio raiz y subdirectorios (2)
Directorio /mnt /opt /proc /root /sbin /tmp /usr /var
Uso Antiguo directorio de montaje de dispositivos Directorio para programas Informaci´ on sobre procesos en ejecuci´on Home usuario root Archivos binarios, o links a ellos (root) Directorio temporal Directorio de programas (acceso ro) Directorio de programas (acceso rw )
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Puntos de montaje
Un punto de montaje es una ubicaci´ on/directorio donde se montar´a una partici´ on de un disco. Por ejemplo se desea montar de forma temporal un disco externo en /mnt Los archivos, de existir, en la carpeta /mnt estar´an inaccesibles mientras se encuentre el dispositivo montado, pero NO ser´an eliminados ni pisados. Archivo /etc/fstab indica al sistema que debe montar al inicio y con que opciones.
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Rutas
Rutas absolutas: se podr´an utilizar desde cualquier punto del sistema de archivo, ya que siempre indicar´an la ruta completa (desde el directorio raiz) para acceder al recursos solicitado, ej: /home/delaf/tmp/archivo.txt Rutas relativas: se deber´an utilizar respecto al lugar donde me encuentro situado (ver con pwd), y estas no empezar´an desde la raiz, ej: me encuentro en /home/delaf/videos y quiero ir al ejemplo anterior, ser´ıa: ../tmp/archivo.txt
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Tipos de archivos
Archivos f´ısicos: archivos guardados en el disco duro (archivo normal). Directorios: nodos que pueden contener otros directorios o archivos. Enlaces: archivos que apuntan a uno solo. Simb´ olicos: puntero a un archivo (acceso directo). R´ıgidos: copia del archivo.
Virtuales: existen solo en memoria (directorio /proc). Dispositivos: acceso a dispositivos/hardware del sistema (/dev).
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
I-Nodo Un I-Nodo es es espacio en el disco duro que contiene informaci´on referente a los archivos ubicados en el disco. Tabla de I-Nodos es parte del espacio f´ısico del disco duro.
Figura: Nodo-i Esteban De La Fuente Rubio
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Enlaces simb´olicos Puntero a otro archivo. Contiene la ruta al archivo, puede apuntar a otro sistema de archivos. Tama˜ no corresponde al n´ umero de caracteres de la ruta. Se lee y se escribe directamente en el archivo que apuntan.
Figura: Esquema link simb´ olico Esteban De La Fuente Rubio
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Tipos de sistemas de archivos Estructura de directorios Tipos de archivos
Enlaces duros Los link duros asocian archivos con I-Nodos. Existe un atributo que cuenta los links duros que tenemos. Al borrar el archivo no se pierde, ya que otro archivo apunta al I-Nodo.
Figura: Esquema link duro Esteban De La Fuente Rubio
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Implementaci´ on de sistemas de archivos Administraci´ on de bloques libres
Implementaci´on de sistemas de archivos
Consiste en crear una relaci´ on entre los bloques de datos existentes en el disco duro y los archivos que los usuarios desean acceder. Se mencionan: Asignaci´ on contigua. Asignaci´ on por lista enlazada. Asignaci´ on por lista enlazada empleando un ´ındice. Nodos-i (i-node).
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Implementaci´ on de sistemas de archivos Administraci´ on de bloques libres
Asignaci´on contigua
Cada archivo se almacena como un bloque de datos contiguo en el disco. Implementaci´on sencilla y alto rendimiento. Requiere conocer tama˜ no a priori y aparecer´a fragmentaci´on.
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Implementaci´ on de sistemas de archivos Administraci´ on de bloques libres
Asignaci´on por lista enlazada
En cada bloque se tiene: primera palabra puntero al siguiente bloque, resto de bloques datos del archivo. Solo fragmentaci´on interna en u ´ltimo bloque. Lectura secuencial relativamente r´apida, sin embargo acceso aleatorio es m´as lento.
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Implementaci´ on de sistemas de archivos Administraci´ on de bloques libres
Asignaci´on por lista enlazada empleando un ´ındice
Se utiliza una tabla que contiene una relaci´ on entre los bloques del disco duro, y los bloques que utiliza un archivo. Se requiere guardar el n´ umero del bloque inicial para poder encontrar el resto del archivo. Requiere que la tabla se encuentre siempre en memoria.
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Implementaci´ on de sistemas de archivos Administraci´ on de bloques libres
Nodos-i
Se asocia a cada archivo una peque˜ na tabla llamada nodo-iContiene los atributos del archivo y las direcciones de los bloques en disco de este. En caso de archivos grandes se apunta a bloques de disco que contendr´an las direcciones de los bloques del archivo.
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Implementaci´ on de sistemas de archivos Administraci´ on de bloques libres
Administraci´on de bloques libres
Lista enlazada de bloques. Mapa de bits.
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Implementaci´ on de sistemas de archivos Administraci´ on de bloques libres
Lista enlazada de bloques
Se utiliza una lista enlazada donde se guardan las direcciones de los bloques libres. Permite tener cargado en memoria solo un bloque de la lista mientras se busca un bloque libre. Si el bloque es de 1KB y direcciones de 32 bits, cada bloque podr´a almacenar 255 direcciones. Disco 100 MB requerir´a 402 bloques (402 KB) para almacenar la informaci´ on.
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Implementaci´ on de sistemas de archivos Administraci´ on de bloques libres
Mapa de bits
Se utiliza un bloque de un bit por bloque de disco. Se marca con 1 los bloques libres y con 0 los usados. Ocupa menos espacio que el sistema anterior. Disco de 100 MB requerir´a 13 bloques (100 Kb).
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LVM
Implementaci´on de vol´ umenes l´ ogicos para el kernel de Linux. Un volumen l´ogico corresponde a una abstracci´on de los conceptos de disco duro y particiones. Se dispone de un volumen que puede ser expandido o contra´ıdo m´as haya de los l´ımites f´ısicos impuestos por los dispositivos de almacenamiento.
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Ejemplo
Figura: Ejemplo LVM Esteban De La Fuente Rubio
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Ventajas
Vol´ umenes son redimensionables, si sobra espacio en una y falta en otra con LVM esto tiene soluci´ on. Vol´ umenes son expansibles m´as haya del tama˜ no f´ısico del disco. Mayor control sobre los vol´ umenes utilizados por cierto grupo de usuarios.
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Anatom´ıa
Vol´ umenes f´ısicos (PV): particiones del disco duro con formato LVM (0x8e). Vol´ umenes l´ogicos (LV): equivalente a una partici´on, a esta la daremos el formato. Grupos de vol´ umenes (VG): caja que contiene los PV, luego se “particiona” el VG creando los LV.
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Encriptaci´on de disco
Se encriptar´a una partici´ on LVM previo a comenzar a utilizarla. Una vez que se encripta se abre el dispositivo y se puede utilizar el recurso como si de una partici´ on LVM cualquiera se tratase. Ventajas: si se consigue acceso f´ısico a la m´aquina, con un Live CD se podr´ıa acceder a los datos almacenados, si el disco esta encriptado ser´a mucho m´as dif´ıcil el acceso por parte de un tercero.
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Com´andos u´tiles
cryptsetup: para encriptar y abrir un dispositivo encriptado. pvcreate: crea un volumen f´ısico. vgcreate: crea un grupo de vol´ umenes. lvcreate: crea vol´ umenes l´ ogicos.
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Consideraciones respecto al booteo y al kernel
Partici´on boot no puede estar encriptada ni dentro de un LVM. Kernel deber´a tener soporte dentro del n´ ucleo para trabajar con LVM y encriptaci´ on.
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