Estructura y Discos Duros
Este documento aborda las características físicas y lógicas fundamentales de los dispositivos de almacenamiento, centrándose en la geometría del disco duro, la densidad de sectores (Advanced Format), esquemas de particionado (MBR vs. GPT), volúmenes lógicos (LVM) y técnicas de prueba con dispositivos loop.
El Disco Duro y su Geometría
Un disco duro (HDD) o unidad de estado sólido (SSD) organiza la información física o lógica en sectores, pistas y cilindros.
Tradicionalmente, los sectores lógicos mantenían un tamaño estándar de 512 bytes. En unidades modernas de alta densidad, la industria ha adoptado tecnologías de sector más amplias para mejorar la eficiencia y la corrección de errores.
Warning
Los discos duros modernos que implementan la característica Advanced Format (AF) utilizan sectores físicos de 4096 bytes (4 KiB), aunque mantengan emulación de 512 bytes (512e) por compatibilidad con sistemas legados.
Es fundamental asegurar una alineación correcta de las particiones al sector de 4 KiB (comenzando habitualmente en el sector 2048) para evitar la degradación del rendimiento en operaciones de lectura y escritura.
Esquemas de Particionado
La tabla de particiones define la división lógica del espacio del disco duro. Existen dos estándares principales:
MBR (Master Boot Record)
Estructura clásica: Ubicado en el primer sector del disco (sector 0).
Límites de direccionamiento: Soporta un tamaño máximo de disco de 2 TiB y un límite estricto de 4 particiones primarias (o 3 primarias y 1 extendida para alojar particiones lógicas).
GPT (GUID Partition Table)
Estándar moderno: Diseñado como parte de la especificación UEFI.
Capacidad y redundancia: Soporta discos superiores a 2 TiB y hasta 128 particiones por defecto. Almacena copias de respaldo de la tabla al final del disco para permitir la recuperación ante fallos.
Espacio No Asignado y Alineación
El espacio vacío no asignado entre particiones suele deberse a ajustes de alineación de sectores. Para maximizar el rendimiento de las operaciones de Entrada/Salida (E/S) en unidades con Advanced Format o SSDs, el inicio de las particiones debe estar alineado con límites exactos de 1 MiB (múltiplos de 2048 sectores).
Particionado de Disco: LVM vs. Tradicional
Particionado Tradicional (Estático)
Asigna bloques contiguos rígidos en la estructura del disco (p. ej.
/dev/sda1,/dev/sda2).Las modificaciones de tamaño requieren desmontar la estructura y alterar la tabla de particiones directamente.
LVM (Logical Volume Manager)
Introduce una capa de abstracción sobre el almacenamiento físico, ofreciendo gestión flexible de volúmenes:
Physical Volumes (PV): Capa base correspondiente a particiones físicas o discos enteros (p. ej.
/dev/sda2).Volume Groups (VG): Agrupación de uno o más PVs creando un fondo común de almacenamiento.
Logical Volumes (LV): Volúmenes lógicos creados desde el VG que funcionan como particiones dinámicas redimensionables.
Formateo de Sistemas de Archivos
El formateo crea la estructura del sistema de archivos sobre la partición o volumen lógico designado:
# Formateo en ext4 (sistema de archivos estándar en Linux)
$ mkfs.ext4 /dev/sda1
# Formateo en XFS (alto rendimiento)
$ mkfs.xfs /dev/vg_system/lv_data
Prácticas Experimentales
Técnicas de Particionado
Herramientas estándar de administración de discos en Linux:
fdisk: Gestión interactiva para tablas MBR y GPT.gdisk: Específico para el esquema de partición GPT.parted: Orientado a scripts y automatización de tablas de partición.
Trabajo sobre una Imagen Creada como Archivo
Es posible simular la creación, particionado y formateo de discos creando un archivo de imagen y asociándolo a un dispositivo en bucle (loopback device):
# 1. Crear un archivo de imagen de 1 GB
$ dd if=/dev/zero of=disk_image.img bs=1M count=1024
# 2. Asociar el archivo de imagen a un dispositivo loop detectando particiones
$ losetup -fP disk_image.img
# 3. Listar los dispositivos loop asociados
$ losetup -a
# 4. Crear la tabla de particiones y formatear el dispositivo virtual
$fdisk /dev/loop0$ mkfs.ext4 /dev/loop0p1