Fundamentos de Sistemas de Archivos y Estructuras de Almacenamiento en Informática

Conceptos Fundamentales de los Sistemas de Archivos

Los sistemas de archivos estructuran la información guardada en una unidad de almacenamiento. Sus funciones principales incluyen:

• Organizar la información en disco.
• Controlar el espacio disponible.
• Gestionar nombres y directorios.
• Controlar dónde están los datos físicamente.

El tipo de sistema de archivos se asigna al formatear una partición.

Terminología de Almacenamiento Físico y Lógico

Es crucial diferenciar entre los componentes físicos y las abstracciones lógicas:

• Unidad Física: Dispositivo físico de almacenamiento (SSD, HDD) conectado al equipo.
• Disco: Unidad física que puede contener varias particiones y volúmenes.
• Partición: División lógica de un disco físico. El Sistema Operativo (SO) la trata como una entidad separada, pudiendo contener un sistema de archivos diferente.
• Volumen: Unidad usable compuesta por una o varias particiones. Puede abarcar más de un disco duro físico. En Windows, el volumen se identifica con una letra (C:, D:); en Linux, se monta en un punto de montaje.

Sistemas de Archivos Comunes

Existen diferentes sistemas de archivos adaptados a distintos sistemas operativos:

• Windows: FAT12/16/32, exFAT, NTFS, ReFS.
• Linux: ext2, ext3, ext4.

Gestión de Directorios y Rutas

Directorios

Los directorios son conjuntos de archivos y/o directorios agrupados siguiendo algún criterio. Tienen una estructura jerárquica en forma de árbol, con un directorio raíz:

• Windows: La raíz es C:\.
• Linux: La raíz es /.

Rutas de Directorios

La ruta indica la ubicación precisa de un archivo o directorio:

• Ruta absoluta: Se define desde el directorio raíz.
• Ruta relativa: Se define desde el directorio actual.

Características de Directorios y Archivos

Características de Directorios

• Nombre.
• Ubicación.
• Tamaño.
• Propiedades e información.
• Directorios especiales: . (actual), .. (padre). La raíz no tiene padre.

Características de Archivos

• Nombre.
• Ubicación.
• Tamaño.
• Fechas.
• Atributos o permisos.

Nota: No puede haber dos archivos con el mismo nombre y extensión en la misma ruta.

Detalles del Sistema de Archivos NTFS (Windows)

• No distingue entre mayúsculas y minúsculas.
• Máximo nombre de archivo: 255 caracteres.
• Caracteres prohibidos: \ / : * ? " < > |.

Atributos de Archivos y Directorios

• Atributos de Archivos: R (Solo lectura), A (Archivos modificado), H (Oculto), S (Sistema).
• Atributos de Directorios: R (Solo lectura), H (Oculto).

Los permisos avanzados se gestionan mediante ACL (Listas de Control de Acceso), proporcionando los permisos de acceso apropiados a un objeto.

Comandos Comunes en CMD (Windows)

DIR, CD, MD, COPY, DEL, REN, ATTRIB, TREE. Se usan comillas si el nombre contiene espacios.

Sistemas de Archivos y Gestión en Linux

Diferencias Clave en Linux

Los directorios y ficheros en Linux comparten características con Windows, pero presentan distinciones importantes:

• Se distingue entre mayúsculas y minúsculas.
• No permite usar / en nombres de archivos.
• Los archivos ocultos empiezan por . (punto).
• Generalmente usa el sistema ext4.
• Los tamaños se calculan en base 2.

El i-node

El i-node es una estructura que contiene los metadatos del archivo:

• Propietario y grupo.
• Permisos.
• Fechas.
• Tamaño.
• Número de enlaces duros.
• Punteros a bloques de datos.

Cada archivo tiene un i-node único.

Tipos de Archivos en Linux

• Ordinarios.
• Enlaces simbólicos.
• Enlaces duros.

Directorios Importantes en Linux

• /: Raíz.
• /home: Directorio de usuarios.
• /etc: Configuraciones del sistema.
• /bin: Comandos ejecutables esenciales.
• /dev: Archivos de dispositivos.
• /var: Archivos variables (logs, caché).
• /boot: Archivos de arranque.
• /root: Directorio del usuario administrador (root).

Comandos y Operaciones en Shell Linux

Comandos Importantes: pwd, ls, cd, mkdir, cp, mv, rm, rmdir, cat, less, file, find, tar.

Conceptos Avanzados de Shell

• Comodines: Caracteres usados para identificar varios archivos a la vez (ej. *).
• Patrón: Expresión que incluye caracteres normales, comodines y/o metacaracteres.
• Redireccionamiento: Permite cambiar la entrada/salida (ej. >, >>, 2>, <).
• Tuberías (Pipes): Se usa | y sirve para pasar la salida de un comando como entrada de otro (ej: cat lista.txt | grep profesorus).

Variables de Entorno

Almacenan valores que afectan al sistema (ej: home, path, hostname, shell, user, lang). Comandos para visualizarlas: env, printenv, set.

Estructura del Disco y Arranque

El Disco Duro y el MBR

El disco duro es el dispositivo encargado de almacenar información de manera permanente. Al iniciar el ordenador, se realizan tests y se cargan los primeros 512 bytes del disco, una zona llamada MBR (Master Boot Record).

Distribución del MBR (Primer Sector - 512 bytes)

• 446 bytes: Etapa 1ª del gestor de arranque.
• 64 bytes: Tabla de particiones del disco.
• 2 bytes: Firma única del disco.

Los discos duros generalmente no utilizan la primera pista completa.

Gestor de Arranque

Un gestor de arranque es un programa que permite seleccionar el sistema operativo con el que se arranca el equipo.

Tipos de Discos y Particiones

Discos Básicos vs. Dinámicos

• Disco Básico: Contiene particiones primarias, extendidas (solo una) y lógicas (dentro de las extendidas).
• Disco Dinámico: Contiene volúmenes dinámicos. No pueden tener particiones extendidas y soportan volúmenes distribuidos, seccionados con paridad (RAID-5) y sin paridad (RAID-0), y reflejados.

Volúmenes

Un volumen es la parte de uno o varios discos físicos que funciona como una unidad separada. Si un volumen ocupa todo el disco físico, es un volumen simple.

Tipos de Particiones

• Primaria: Donde se instalan los SO. Máximo 4 particiones primarias.
• Extendida: No admite SO. Se usa para almacenar datos. Solo puede haber una, pero dentro se pueden crear particiones lógicas.
• Lógica: Particiones creadas dentro de una extendida. Funcionan como dispositivos independientes.

Características MBR vs. GPT

GPT es el sistema moderno y forma parte de UEFI. Cada partición en GPT tiene un GUID y un nombre almacenado en la tabla de particiones.

Montaje de Particiones en Linux

Comando para montar: mount -t ext4 /dev/sda6 /datos

Configuraciones Avanzadas de Almacenamiento

RAID (Redundant Array of Independent Disks)

RAID consiste en conectar varias unidades de disco (por hardware o software) de manera que, si una unidad falla, los datos se encuentren en otra o puedan reconstruirse.

Niveles RAID Comunes

• RAID 0 (Striping): La información se divide entre todos los discos. No hay redundancia. Es muy rápido, pero si falla un disco, se pierde toda la información.
• RAID 1 (Mirroring): Duplica la información. Tiene tolerancia a fallos, pero se pierde el 50% de la capacidad total (ej: 2 discos de 1TB resultan en 1TB usable).
• RAID 5 (Parity Distributed): Requiere un mínimo de 3 discos. Guarda los datos más la información de paridad distribuida. Permite recuperar datos si falla un disco. Ofrece un buen equilibrio entre rendimiento y seguridad.

Sistemas Distribuidos

En sistemas distribuidos (sin redundancia específica de RAID), los discos se llenan uno tras otro. Si un disco falla, se pierde toda la información contenida en esa secuencia.

Copias de Seguridad (Backups)

Existen diferentes niveles de copias de seguridad según el compromiso entre tamaño, tiempo de ejecución y rapidez de restauración:

• Nivel 0 (Copia Completa): Copia todo, borra el bit de modificado. Es fácil de restaurar, pero lenta y ocupa mucho espacio.
• Nivel 1 (Copia Diferencial): Copia los cambios hechos desde la última copia completa. No borra el bit de modificado. Es más fácil de restaurar que la incremental, pero ocupa más espacio que esta.
• Nivel 2 (Copia Incremental): Copia los cambios hechos desde la última copia (normal o incremental). Borra el bit de modificado. Es rápida y ocupa poco espacio, pero es más difícil de restaurar.

Administración de Cuotas de Disco

Se utilizan para limitar el espacio asignado a los usuarios. Se configuran en un volumen o en carpetas específicas. NTFS permite cuotas; FAT32 no.

• Cuota Dura: No permite superar el límite establecido. Se envían notificaciones de advertencia.
• Cuota Blanda: Permite superar el límite establecido temporalmente, enviando notificaciones.