Explicación del sistema de archivos de Linux: carga de arranque, partición de disco, BIOS, UEFI y tipos de sistema de archivos

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El concepto de carga de arranque (boot loading), particionamiento de disco, tabla de particiones, BIOS, UEFI, tipos de sistema de archivos, etc., es poco conocido para la mayoría de nosotros. Nos encontramos con esta terminología muy a menudo, pero rara vez hacemos el sacrificio para conocer estos y su significado en detalles. Este artículo es un esfuerzo para llenar este vacío de la manera más fácil posible.

Tabla de partición

Una de las primeras decisiones que encontramos al instalar una Distribución de Linux es la partición de su disco, el sistema de archivos a usar, implementar seguridad la cual varía y depende de la arquitectura y la plataforma. Una de las arquitecturas más utilizadas, INTEL está experimentando algunos cambios y es importante entender estos cambios que, por otro lado, requieren el conocimiento del proceso de arranque (boot loading process).

Muchos desarrolladores ejecutan Windows y Linux en la misma máquina, lo que puede ser una cuestión de preferencia o necesidad. La mayoría de los cargadores de arranque implementados en LINUX hoy en día son lo suficientemente inteligentes como para reconocer cualquier cantidad de sistemas operativo en el mismo computador y proporcionan un menú para escojer cual sistema operativo prefieres usar. Otra forma de lograr el mismo objetivo es usar la virtualización usando VMware, Hyper-V, Oracle Virtual Machine (OVM), o cualquier otra herramienta devirtualización preferida.

Diferencias entre BIOS y UEFI

Hasta finales de los 90, el BIOS, que significa Sistema de entrada / salida básico, era la única manera de arrancar un sistema Intel. El BIOS contiene la Información de particionamiento en un área especial llamada Registro de Arranque Maestro (MBR) de manera que el código adicional se almacena en el primer sector de cada partición que esta disponible y esta habilitada para arrancar.

Arranque con BIOS

Arrancar con BIOS requiere la colocación de códigos de arranque o secuencia de inicio en MBR (Master Boot Record) que se coloca en el primer sector del disco de arranque. En caso de que se instale más de un sistema operativo, el cargador de arranque instalado se reemplaza por un cargador de arranque común que coloca los códigos de arranque en cada disco de arranque durante la instalación y los actualiza automáticamente, lo que significa que el usuario tiene la opción de selecionar cual sistema operativo quiere usar entre los sistemas operativos instalados.

Sin embargo, en Windows, un cargador de arranque que no es de Windows; por ejemplo: GRUB, y LILO; no actualizará el sistema.

Arranque con UEFI

UEFI es la última tecnología de arranque desarrollada en estrecha colaboración entre Microsoft y Intel. UEFI requiere que el firmware que se cargue esté firmado digitalmente, una forma de detener la conexión de rootkits con la partición de arranque. Sin embargo, el problema al arrancar Linux usando UEFI es complejo. El arranque de Linux en UEFI requiere que las claves utilizadas se publiquen bajo GPL, lo que es contrario al protocolo de Linux.

Sin embargo, aún es posible instalar Linux en la especificación UEFI desactivando ‘Secure boot’ y habilitando ‘Legacy Boot’. Los códigos de arranque en UEFI se ubican en subdirectorios de la particion especial  / EFI, partición la cual existe en el primer sector del disco.

SuSe, RedHat, Fedora y Ubuntu han sido compatibles con UEFI Secure Boot desde hace varios años. Si vas a instalar una de estas distribuciones, deberias consultar su documentacion, pues no ofrecen soporte a todas las arquitecturas.

Tipos de sistemas de archivos de Linux

Una distribución de Linux estándar proporciona la opción de particionar el disco con los formatos de archivo que se enumeran a continuación, cada uno de los cuales tiene un significado especial asociado.

  • ext2
  • ext3
  • ext4
  • jfs
  • ReiserFS
  • XFS
  • Btrfs

ext2, ext3, ext4

Éstas son las versiones progresivas de Extended Filesystem (ext), que se desarrolló principalmente para MINIX. La segunda versión extendida (ext2) era una versión mejorada. Ext3 agregó una mejora en el rendimiento. Ext4 fue una mejora en el rendimiento además de proporcionar características adicionales.

JFS

El Sistema de archivos registrados (Journaled File System, JFS) fue desarrollado por IBM para AIX UNIX, que se utilizó como una alternativa a la extensión del sistema. JFS es una alternativa a ext4 actualmente y se usa donde se requiere estabilidad con el uso de muy pocos recursos. Cuando la potencia de el CPU es limitada, JFS es útil.

ReiserFS

Fue presentado como una alternativa a ext3 con un rendimiento mejorado y funciones avanzadas. Hubo un tiempo en que el formato de archivo predeterminado de SuSE Linux era ReiserFS, pero más tarde Reiser cerró y SuSe no tuvo más opción que regresar a ext3. ReiserFS admite el archivo de extensión del sistema de forma dinámica, que era relativamente una función avanzada, pero el sistema de archivos carecía de ciertas áreas de rendimiento.

XFS

XFS era un JFS (Journaled File System) de alta velocidad que apuntaba al procesamiento paralelo de entrada y salida (input/ouput). La NASA todavía usa este sistema de archivos en su servidor de almacenamiento de más de 300 terabytes.

Btrfs

B-Tree File System (Btrfs) se centra en la tolerancia a fallas, la administración divertida, el sistema de reparación,  configuración de almacenamiento grande y aún está en desarrollo. Btrfs no se recomienda para sistemas que estan en producción.

Formato de archivo agrupado

El sistema de archivos en clúster no es necesario para el arranque, pero se adapta mejor al entorno compartido desde el punto de vista del almacenamiento.

Sistemas de Archivo no Disponibles en LINUX

Hay muchos formatos de archivo no disponibles en Linux, pero los utilizan otros sistemas operativos. Viz., NTFS de Microsoft, HFS de Apple / Mac OS, etc. La mayoría de estos se pueden usar en Linux montándolos usando ciertas herramientas como ntfs-3g para montar el sistema de archivos NTFS. Aunque es posible montar estos systemas, no es recomendable hacerlo, y no es preferido en Linux.

Sistemas de Archivo UNIX

Existen ciertos formatos de archivos que se usan ampliamente en Linux, pero que no se prefieren en Linux, especialmente para instalar el sistema raíz de Linux. por ejemplo, UFS de BSD.

Ext4 es el sistema de archivos que es preferido en LINUX y el más utilizado. En ciertos casos especiales, se utilizan XFS y ReiserFS. Btrfs todavía se usa en ambiente experimental.

Particionamiento de Disco

Mientras particionamos, debemos tener en cuenta los siguientes puntos:

  • Particióna teniendo en cuenta seguridad y como recuperas el sistema en caso de una falla.
  • Marca de limitación de espacio en la partición.
  • Administración de discos: función administrativa.

Administración Lógica de Volumen (LVM)

LVM es una partición compleja utilizada en la instalación de almacenamiento grande. La estructura LVM se superpone a la partición real del disco físico. Este sistema permite la Formación de discos lógicos utilizando espacio que existe físicamente en varios discos duro.

SWAP

Memoria de intercambio SWAP se utiliza para la búsqueda de memoria en Linux, especialmente durante la hibernación del sistema. La etapa actual del Sistema se escribe en memoria SWAP cuando el sistema está en pausa (Hibernar) en un punto de tiempo.

Un sistema que nunca pasará a la hibernación necesita un espacio de memoria de intercambio igual al tamaño de su RAM.

Encriptación y Cifrado de Archivos y Datos

La última etapa es el cifrado que garantiza la seguridad de los datos. La encriptación puede estar al nivel de Disco y de Directorio. En el cifrado de disco, todo el disco está encriptado y requiere algún tipo de código especial para descifrarlo.

Sin embargo, es un problema complejo. El código de descifrado no puede permanecer en el mismo disco sometido a cifrado, por lo tanto, necesitamos cierto hardware especial o dejar que la tarjeta madre (motherboard) lo haga.

El cifrado del disco es relativamente fácil de lograr y es menos complejo. En este caso, el código de descifrado permanece en el mismo disco, pero en un directorio diferente.

El cifrado de disco es necesario en la creación de servidores y puede ser un problema legal según la ubicación geográfica en la que lo implemente.


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