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SET 019 0x12
-[ 0x12 ]--------------------------------------------------------------------
-[ TU AMIGO EL DISCO DURO ]--------------------------------------------------
-[ by Chessy ]--------------------------------------------------------SET-19-
[ Nota del EDITOR: El articulo original en formato Word 97 podeis
encontrarlo en la seccion de archivos de nuestra web. En breve
estara disponible tambien una version en formato PostScript. ]
Prologo: como vereis , el caracter de este texto esta muy orientado a la
ense~anza, pero no por ello deja de ser interesante, IMHO, para SET. La
verdad es que el tema da mucho de si, asi que he pensado en seccionarlo por
la mitad, dejando la 2a parte para SET 20 (vaya, parece que esto marcha, 20
numeros!). En esta primera parte expongo la arquitectura de un disco duro,
sin entrar en muchos detalles, asi como el sistema de archivos FAT16, citando
al final alguna caracteristica del sistema FAT32, dejando para la siguiente
SET una descripcion mas detallada de FAT32. Es interesante conocer como
funciona internamente el sistema de archivos de MS-DOS y la familia Windows
(a excepcion de NT, de cuyo sistema de archivos, NTFS, ya se encargo Falken
en otra ocasion).
_
|_ ._ | _ ._ _.._ _| _
|_><|_)|(_)| (_|| |(_|(_)
|
| _ _
|(_)_>
_|o _ _ _ _ _| ._ _ _
(_||_>(_(_)_> (_||_|| (_)_>
Los discos duros estan hermeticamente cerrados y contienen un numero
determinado de platos, que giran a grandes velocidades mientras el disco
reciba corriente. Diferentes tipos de discos, tienen diferentes numeros de
platos. Cada plato tiene su propia cabeza de lectura/escritura, que flota a
una peque~isima distancia (un cuarto del diametro de un pelo humano) sobre la
superficie del plato cuando el disco esta operativo. Los platos suelen ser
rigidos, construidos normalmente de aluminio y cubiertos de un material
magnetico y otras capas que le dan la capacidad de almacenar magneticamente
datos codificados en forma de bits.
Cada plato tiene un determinado numero de pistas. Cada pista se divide en
sectores, que son siempre equivalentes a 512 bytes de datos. Una pista
individual (por ejemplo, la 23) en todos los platos, forma un cilindro.
Para acceder (direccionar) a una determinada parte del disco duro, se usa una
combinacion de tres valores: cilindro, cabeza (plato) y sector (Cylinder,
Head, Sector) Por ejemplo, el cilindro 46, cabeza 2, sector 231, se refiere a
un unico sector de 512 bytes dentro del disco duro.
Diferentes discos duros tienen diferentes geometrias, que no es mas que las
diferentes configuraciones de platos, clindros y sectores que puede tener un
disco duro. Los valores para un disco duro en particular estan almacenados
en la CMOS del ordenador.
Truco 1 : arranca el ordenador y entra en la BIOS. Veras que la CMOS
(almacen de datos que no se pierde al apagar el ordenador) guarda la
geometria de los discos que tenga tu ordenador. Es aconsejable apuntarlos
pues en caso de perdida, si la BIOS no puede autodetectar la geometria de tu
HD se debera introducir a mano.
Truco 2: para calcular el maximo teorico de la capacidad de un disco,
simplemente debes multiplicar el numero de cabezas por el numero de cilindros
por el numero de sectores por pista por 512 bytes por sector.
---{ Comprendiendo las particiones
Las diferentes unidades de discos duros pueden ser divididas en particiones
-- subdivisiones logicas del disco duro. Cada unidad de disco duro puede
tener hasta 4 particiones. Una particion puede ser o bien primaria o bien
extendida. Un disco duro puede tener hasta 4 particiones primarias, aunque
solo una de ellas puede estar activa en un momento dado1. Las particiones
extendidas se componen de unidades logicas --que no son mas que distintas
letras de disco duro con las que identifica el sistema operativo a cada
trozo dentro de la particion extendida. Un disco duro solo puede tener una
particion extendida. Tipicamente, los discos duros que contienen numerosas
letras de unidad estan configurados con una unica particion primaria y una
unica particion extendida, con esta ultima conteniendo una o varias letras
de unidad. (Puedes tener todas las letras de unidad que quieras dentro de
una particion extendida; en realidad estas limitado al numero de letras
disponibles, hasta la Z)
Supongamos que estas configurando un disco duro y quieres dividirlo de tal
forma que termines con 4 letras de unidad, desde la C hasta la F. Crearas
para ello una particion primaria (Windows 98 solo puede arrancar desde una
particion primaria) con el tama~o que necesites para la unidad C. Crearas
tambien una unica particion extendida, que contiene 3 unidades logicas
dentro de ella, cada una de ellas con el tama~o que necesites para las
letras de unidad D, E y F.
-----------------------------------------------------------------------------
Nota: para un disco duro secundario (uno que no tenga que arrancar un sistema
operativo), podrias configurarlo para que solo tuviera una unica particion
extendida hecha de una o mas unidades logicas.
-----------------------------------------------------------------------------
Las particiones bajo Windows 98 estan hechas y mantenidas usando un programa
llamado FDISK (abreviatura de Fixed Disk Setup Program). FDISK te permite ver
la configuracion actual de las particiones de tu disco duro al igual que
crear y borrar particiones.
Los datos sobre las particiones de un disco duro se almacenan como parte de
una zona del disco llamada Master Boot Record (MBR) situada en el cilindro 0,
cabeza 0, sector 0. Una seccion de 64-bytes del MBR contiene la configuracion
de la particion para el disco duro. Cada particion esta definida por una
entrada de 16 bytes (lo que significa que no puede haber mas de 4
particiones, dado que 16 bytes por 4 particiones hacen un total de 64 bytes).
Dentro del sector MBR, los datos de la particion se almacenan comenzando en
el byte 446 y usando el resto de los 512 bytes del sector MBR (ojo!,
512-446=66 pero los ultimos 2 bytes no estan relacionados con los datos de la
particion, sino que son la marca end-of-sector (fin de sector), que en
hexadecimal es 0x55AA)
Cada entrada de 16 bytes de la tabla de particiones se compone de los
siguiente campos:
* El byte 00 almacena el indicador de arranque, que siempre es o
bien 0x00 o bien 0x80. 0x80 indica que la particion es usada para
arrancar el sistema; 0x00 indica que la particion no es usada para
arrancar el sistema.
* El byte 01 almacena el numero de la cabeza donde comienza la
particion.
* Los bytes 02 y 03 almacenan una entrada combinada que consiste en
el sector y cilindro donde comienza la particion. Los primeros 6
bits almacenan el sector de comienzo; los restantes 10 bits
almacenan el numero del cilindro donde comienza la particion.
* El byte 04 almacena el Identificador del Sistema (System ID). Este
ID indica el sistema de ficheros usado en la particion (queda
determinado al hacer un FORMAT). Este ID puede indicar que la
particion pertenece al sistema de ficheros FAT16 (Windows 3.1,
Windows 95), FAT32 (Windows 98), NTFS (Windows NT).
* El byte 05 almacena el numero de cabeza donde termina la particion.
* Los bytes 06 y 07 son otra entrada combinada, que ahora almacenan
el sector y el cilindro de finalizacion de la particion. Otra vez,
los ultimos 6 bits almacenan el sector de finalizacion y los
ultimos 10 bits almacenan el numero del cilindro de finalizacion
de la particion.
* Los bytes 08 a 11 almacenan el sector relativo -- que no es mas
que el numero de sector relativo donde comienza la particion.
* Los bytes 12 a 15 almacenan el numero de sectores dentro de la
particion.
Las unidades logicas almacenan sus datos de particion de forma algo diferente
a como lo hacen las particiones primarias y extendidas. Lo que sucede es lo
siguiente: una entrada de particion extendida en la tabla de particiones MBR
indica el primer sector de la particion extendida, que es la localizacion de
la primera unidad logica en la particion extendida (una particion extendida
debe tener obligatoriamente al menos una unidad logica). El primer sector de
la primera unidad logica almacena otra tabla de particiones. Esta tabla de
particiones de la unidad logica se almacena en los ultimos 64 bytes del
primer sector (dejando 2 bytes para la marca de fin-de-sector) y su
configuracion es exactamente igual que la tabla de particiones principal del
MBR. Sin embargo, la tabla de particiones de la unidad logica contiene solo
2 entradas: la primera entrada contiene la configuracion para esa unidad
logica y la segunda entrada contiene la configuracion de la siguiente unidad
logica. Las entradas 3a y 4a estan vacias y no pueden ser usadas. La segunda
entrada apunta a la siguiente unidad logica, que a su vez contiene su propia
tabla de particiones para unidades logicas, y asi sucesivamente. Como puedes
ver, las unidades logicas dentro de una particion extendida son definidas
como una lista ligada de tablas de particion, cada una apuntando a la
siguiente.
---{ Entendiendo la FAT
Cualquier sistema operativo soporta uno o mas sistemas de ficheros -- metodos
usados para almacenar ficheros en dispositivos de almacenamiento. Existen
muchos sistemas de ficheros diferentes, como FAT (File Allocation Table, en
versiones FAT16 o FAT32, de Windows95/98) , NTFS (New Technology File System,
de Windows NT), HPFS (High Performance File System (HPFS), CDFS (CD-ROM File
System), etc. Por ejemplo, Windows 98 soporta 4 sistemas de ficheros
diferentes: FAT16, FAT32, CDFS y el sistema UFS (Universal File System) para
los discos DVD-ROM. Gran parte del tema que sigue sobre FAT se basa en FAT16
-- en la siguiente seccion veremos las diferencias entre FAT16 y FAT32.
FAT significa File Allocation Table, un metodo para almacenar ficheros y
directorios en un disco duro. FAT tiene una larga historia -- fue usado por
primera vez en 1977 como una forma de almacenar datos en disquetes para el
Disk Basic de Microsoft. A traves de varias tecnicas , incluyendo la nueva
variante FAT32 (introducida en 1996 con Windows95 OSR2), FAT ha sido
extendida y mejorada a lo largo de los a~os.
Un volumen (nombre que se le da bajo DOS/WIN a cada unidad de particion)
formateado con FAT esta dispuesto de tal forma que comienza con un Sector
de Particion de Arranque (Partition Boot Sector), seguido de dos copias
identicas de la FAT (FAT1 y FAT2), un listado del directorio raiz y luego
el resto del volumen (area de datos). Se almacenan dos copias de la FAT
debido a que se desea tener redundancia en caso de que una de ellas sea
da~ada.
El Sector de Particion de Arranque contiene la informacion necesaria para
arrancar un sistema operativo (si la particion es una particion primaria
configurada con ese proposito). Los datos del Sector de Particion de Arranque
se describen en la siguiente tabla:
__________________________________________________
| Bytes | Description |
|-------+------------------------------------------|
| 3 | Jump instruction |
| 8 | OEM Operating System name in text format |
| 25 | BIOS Parameter Block |
| 26 | Extended BIOS Parameter Block |
| 448 | Bootstrap code |
`--------------------------------------------------'
Los bloques de parametros de la BIOS (BIOS Parameter Blocks) almacenan
informacion adicional sobre la configuracion del volumen, como el numero de
bytes por sector, numero de sectores por cluster, numero de entradas del
directorio raiz, etc.
Los volumenes FAT estan divididos en unidades de asignacion, llamados
clusters. FAT16 puede manejar hasta un total de 2^16 clusters (65535
clusters) FAT32 sin embargo, es capaz de gestionar 2^32 clusters (4,294,967,
295). Dependiendo del tama~o del volumen, los clusters seran de un tama~o u
otro. El tama~o minimo de cluster son 512 bytes; el tama~o de un cluster
siempre es una potencia de 2 por 512 bytes (por ejemplo, 1024 bytes, 2048
bytes, 4096 bytes, etc.) El tama~o maximo de cluster bajo FAT es de 65535
bytes, o lo que es lo mismo, 64K.
Cada fichero de un volumen FAT consume al menos 1 cluster, indiferentemente
del tama~o del fichero o el del cluster. En un volumen que use clusters de
32K, un fichero de 1 byte consumira 32K de espacio en disco. Si un fichero
del mismo volumen tuviera un tama~o de 32K + 1 byte, consumiria 2 clusters
-- 32k en el primer cluster + 1 byte en el siguiente.
Un volumen FAT16 no puede ser mayor de 2 Gb. La siguiente tabla muestra los
tama~os maximos de volumen y sus correspondientes tama~os de cluster:
____________________________
| Volume Size | Cluster Size |
|-------------+--------------|
| 32 M | 512 bytes |
| 64 M | 1 K |
| 128 M | 2 K |
| 255 M | 4 K |
| 511 M | 8 K |
| 1023 M | 16 K |
| 2047 M | 32 K |
| 4095 M | Error! |
`----------------------------'
La tabla FAT es una simple lista ligada. Cada entrada de fichero en el
directorio apunta al primer cluster usado. Usando la correspondiente entrada
en la tabla FAT, el sistema operativo puede recorrer la lista de las entradas
de la FAT por cada cluster, localizando cada uno de los clusters que ocupe
un fichero.
Considera el siguiente ejemplo: un fichero tiene una longitud de 70K y el
volumen tiene clusters de 32K. La entrada del fichero en el directorio nos
muestra que el primer cluster libre es el numero 2.345. El sistema operativo
busca despues todas las piezas del fichero leyendo la entrada FAT 2.345 (para
los primeros 32K del fichero). La entrada de la FAT indica que el siguiente
cluster es, digamos, el numero 4123 (para los siguientes 32K del fichero).
El cluster 4123 indica que el siguiente cluster es el numero 932 (para los
restantes 8K del fichero). La entrada FAT para el cluster 932 almacena 0xFFFF
en lugar de un puntero al siguiente cluster, indicando de esta forma que se
ha alcanzado el ultimo cluster para el fichero.
Cada entrada en la FAT corresponde a un cluster, y contiene informacion
relativamente sencilla:
* Si el cluster esta en uso o no.
* Si el cluster esta marcado como defectuoso o no.
* Un puntero (una entrada de 16 bits en la FAT16) para el siguiente
cluster en la cadena, o el valor (0xFFFF) indicando que el cluster
es el ultimo ocupado por un fichero.
La informacion sobre el fichero se almacena dentro del area de datos del
volumen, excepto para el directorio raiz, que se encuentra en una posicion
fija dentro de un volumen FAT16. El directorio raiz esta limitado a 512
entradas en FAT16.
Cada directorio en un volumen FAT es tambien un fichero (al igual que en
UNIX), pero un fichero que esta marcado como entrada de directorio de tal
forma que el sistema operativo sepa como manejarse con el. (A menos que
estes editando la informacion de un disco byte-a-byte, no puedes darte
cuenta de que un directorio es simplemente un fichero especial con la marca
de directorio activada). Dentro del "fichero" directorio encontramos entradas
para todos los ficheros y subdirectorios del directorio.
Cuando introduces un comando DIR en el simbolo del sistema, simplemente estas
recibiendo un listado del contenido del "fichero" directorio, formateado de
tal forma que su lectura sea sencilla. Los directorios consumen clusters de
la misma forma en que lo hacen los ficheros normales. Observa que los
directorios no son la FAT; la FAT es simplemente una tabla que permite al
sistema operativo localizar las distintas partes de los ficheros y
subdirectorios listados en un directorio, comenzando por el directorio
raiz.
Cada entrada de directorio contiene la siguiente informacion (en 32 bytes):
* El nombre del fichero o del directorio, almacenado en 11 bytes (en
formato 8.3; el punto no se almacena)
* 8 bits que indican los atributos de la entrada
* 10 bytes reservados
* 16 bits que indican la fecha de creacion del fichero
* 16 bits que indican la hora de creacion del fichero
* 16 bits (en FAT16) indicando el numero del primer cluster ocupado
por la entrada
* 32 bits indicando el tama~o de la entrada
THE STRUCTURE OF A DIRECTORY ENTRY
""""""""""""""""""""""""""""""""""
Offset 0-7 8-10 11 12-21
| | | |
.---------^--------.----------^---------.-----^-----.--------^---------
----------------------------------------------------------------------
| Filename | Extension | Attribute | Reserved |
----------------------------------------------------------------------
`---------.--------^----------.---------^-----.-----^--------.---------
| | | |
Size 8 Bytes 3 Bytes 1 Byte 10 Bytes
22-23 24-25 26-27 28-31
| | | |
.-----^----.-----^----.-------^------.-------^-------.
----------------------------------------------------
| | | Starting | |
| Time | Date | cluster | File size |
----------------------------------------------------
`-----.----^-----.----^-------.------^-------.-------'
| | | |
2 Bytes 2 Bytes 2 Bytes 4 Bytes
Los bits de atributo indican cuando una entrada es de un fichero o de otro
directorio (subdirectorio), cuando la entrada es para una etiqueta de volumen
y los atributos definibles por el usuario (solo-lectura, sistema, oculto y
archivo).
Para juntar todas las partes de este articulo en forma de resumen, examinemos
un extenso ejemplo: un fichero llamado TEST.FIL almacenado en el directorio
C:\Windows\System\, de 50K de longitud, debe ser leido en una aplicacion. El
volumen de ejemplo usa clusters de 32K de longitud. (Algunos pasos se han
simplificado debido a que no son relevantes para nuestro proposito (entender
el funcionamiento del sistema de archivos FAT sin entrar en detalles
demasiado profundos)).
1. La aplicacion pide los datos del fichero al sistema operativo.
Para ello, la aplicacion le manda al S.O. el nombre del fichero y
del directorio, en formato de direccionamiento absoluto:
C:\Windows\System\TEST.FIL.
2. El S.O. localiza el fichero barriendo (recorriendo) primero las
entradas del directorio raiz del disco C en busca de una entrada
llamada Windows con la marca de directorio activa (indicando que
es un directorio)
3. La entrada del directorio Windows indica que comienza en el
cluster 555. Despues se lee la FAT; usando la lista ligada en la
FAT descrita anteriormente, el sistema operativo descubre que el
directorio Windows ocupa los clusters 1123,2342,523 y 4923. Usando
esa informacion, el sistema operativo lee el directorio Windows y
lo escanea en busca de una entrada llamada System.
4. Se encuentra una entrada denominada System en el listado del
directorio \Windows, con el atributo de directorio activado. La
entrada System indica que el 1154 es su primer cluster.
5. La FAT se lee otra vez, comenzando en el cluster 1154 y siguiendo
la cadena hasta que todos los clusters del directorio System son
conocidos. Usando esa informacion, el sistema operativo lee la
tabla del directorio System en memoria y la escanea en busca de
una entrada llamada TEST.FIL. Cuando se encuentra, observamos que
su atributo de directorio esta inactivo, indicando que es un
fichero "normal". Leyendo esa entrada, el sistema operativo
encuentra que el primer cluster de TEST.FIL es el numero 2987.
6. Se vuelve a leer la FAT, comenzando en el cluster 2987. Usando la
lista ligada, el sistema operativo localiza y almacena en memoria
todos los clusters que albergan el fichero TEST.FIL para poder
leer despues su contenido directamente desde memoria.
7. El sistema operativo pasa despues el contenido del cluster (el
contenido del fichero) a la aplicacion como un flujo de bytes.
Como puedes ver, leer el contenido de un fichero es un gran trabajo!!!
Afortunadamente el sistema guarda todas las entradas de directorio -- ademas
de la tabla FAT al completo -- en memoria RAM, haciendo asi que la necesidad
de leer los directorios y las entradas de la FAT no requieran demasiados
accesos a disco. Sin embargo, observa que el escribir los cambios en una
aplicacion a un fichero requiere unos cuantos pasos que necesitan escribir
en disco. Esto es lo que pasa cuando se guarda un fichero:
* Basandose en el tama~o del fichero, el Sistema Operativo debe
escanear la FAT en busca de clusters libres que puedan ser
asignados al fichero.
* Las dos copias de la FAT deben tener una nueva lista ligada con el
nuevo fichero que se ha escrito.
* El directorio que contiene el fichero debe tener su nueva entrada
para el fichero creado o modificado.
* Finalmente, se guarda el contenido del fichero.
Cuando observas detenidamente todo el trabajo que se realiza internamente
para abrir, leer y escribir ficheros, parece increible que no se necesite
mas tiempo para realizar todo este tinglado.
FAT32 es una mejora del sistema de archivos FAT que:
* soporta discos duros de mas de 2 GB (hasta los 2 Terabytes)
* mejora la gestion del espacio en disco, siendo ahora mas eficiente.
FAT32 usa clusters mas peque~os (p. ej. Clusters de 4k en discos
de hasta 8 Gb) consiguiendo un ahorro considerable de espacio en
disco. La siguiente tabla es un ejemplo del tama~o que los
clusters tendran para diferentes tama~os de disco duro:
___________________________________________________
| Tama~o del disco | Tama~o del Cluster por defecto |
|------------------+--------------------------------|
| Menos de 512MB | 512 Bytes |
| < = 8GB | 4 Kilobytes |
| < = 16GB | 8 Kilobytes |
| < = 32GB | 16 Kilobytes |
| > = 32GB | 32 Kilobytes |
`---------------------------------------------------'
* Mas robusto. FAT32 es capaz de reasignar el directorio raiz a otra
zona del disco y usar la copia de seguridad de la FAT en lugar de
la copia por defecto. Como ventaja a~adida se puede citar que el
sector de arranque en los discos FAT32 ha sido expandido para
incluir una copia de seguridad de las estructuras de datos mas
criticas. Esto significa que los discos FAT32 son menos
susceptibles de fallo que los volumenes FAT.
* Mas flexible. El directorio raiz de un disco FAT32 es ahora una
cadena de clusters ordinaria, de tal forma que ahora puede tener
el tama~o que se quiera y ser asignada en cualquier parte del
disco. Ademas, el mirroring FAT se puede desactivar, permitiendo
asi activar una copia de la FAT diferente a la primera. Estas
caracteristicas permiten un reparticionar las particiones FAT32 de
forma dinamica. Es de destacar que aunque el dise~o de FAT32
permita estas florituras, no se ha implementado aun por Microsoft.
Existe una utilidad para pasar un disco duro FAT16 a FAT32 en el CDROM de
Windows98, concretamente en la seccion del Kit de Recursos (Resource Kit).
No existe en Windows la utilidad inversa (FAT32 -> FAT16), siendo necesaria,
una utilidad externa como por ejemplo, la ultima version del excelente
Partition Magic.
---{ Consideraciones de compatibilidad
Para conseguir mantener la mayor compatibilidad posible con las aplicaciones
existentes, redes y controladores de dispositivos, FAT32 ha sido
implementado con el menor numero de cambios posible en la arquitectura de
Windows95, estructuras de datos internas, APIs y formato del disco. Sin
embargo, debido a que ahora se necesitan mas bytes para almacenar los
numeros de cluster, muchas estructuras de datos internas que tratan con los
discos, asi como APIs publicadas fallaran como escopetas de feria en discos
FAT32. La mayoria de las aplicaciones no se veran afectadas, sin embargo,
por estos cambios. Las utilidades y drivers que existian para FAT16 seguiran
funcionando en discos FAT32, aunque los drivers de dispositivos de bloques
(ej.: ASPIDISK.SYS) y utilidades de disco para estos necesitaran ser
revisadas para soportar discos FAT32.
Todas las utilidades del sistema que vende Microsoft con el Win95OSR2,Win98,
(FORMAT, FDISK, DEFRAG, SCANDISK, DRIVESPACE) han sido revisadas para
trabajar con FAT32. Y por supuesto, Microsoft ya se puso en contacto con
todos los fabricantes de controladores y utilidades de discos para que
revisen sus productos.
---{ Creando discos FAT32
A partir de Win95 OSR2, si ejecutas la utilidad FDISK en un disco de mas de
512 MB, te preguntara si deseas soporte para discos grandes. Si respondes
que si, cualquier particion de mas de 512 MB que crees. Y .. sera marcada
como particion FAT32.
---{ BIBLIOGRAFIA:
Descripcion del Sistema de Archivos FAT32
Knowledge Base, ID Article: E154997
Sean Erwin's Windows 95 OSR2 FAQ
www.compuclinic.com/osr2faq/index.html
Windows98 Proffesional Reference, Ed. new Riders
Macmillan Computer Publishing
Cap 17: File Systems and Disk Resources
ZDNET Webopedia
http://www.zdwebopedia.com/TERM/h/hard_disk.html
TheTech Teach
http://thetech.pcwebopedia.com/TERM/F/FAT32.html
