Opciones de arranque de sistemas informáticos y copias de seguridad

Opciones de arranque de sistemas informáticos

1. Opciones de arranque En la actualidad, los equipos informáticos disponen de un sistema de arranque normalmente situado en una memoria que permite inicializar el hardware y, más tarde, cargar en él un sistema operativo. Históricamente, esta memoria era de solo lectura, aunque en la actualidad se trata de memorias que permiten su actualización Los distintos fabricantes de placas base y de procesadores eligieron distintas tecnologías para denominar a este sistema. IBM lo denominó BIOS (Basic Input Output System), mientras que otros fabricantes -como Apple o Sun Microsystems- implementan el estándar IEEE 1275, publicado en el año 1994 y, más tarde, retirado del mercado En los equipos actuales, el sistema BIOS se ha transformado en la interfaz EFI (Extensible Firmware Interface) implementada mediante UEFI ( Unified Extensible Firmware Interface) De forma alternativa a los firmwares tipo BIOS o EFI, existen otro software open source como CoreBoot , que aspira a reemplazar los sistemas de arranque propietarios y cuenta con el respaldo de la FSF (Free Software Foundation) Para el guardado de las diferentes configuraciones del proceso de arranque se utilizan memorias NVRAM (Non-Volatile Random-Access Memory). Estas memorias son no volátiles y requieren muy poca energía para su funcionamiento, pues les basta con una pila de botón situada en la propia placa base del equipo. Algunas de las configuraciones que se guardan son, por ejemplo, el orden de elección de arranque o los parámetros de overclocking de un equipo, así como la hora del sistema

UEFI BIOS

La interfaz UEFI se implemento a finales de los años 90 para aumentar las posibilidades de los sistemas que incluían la BIOS, ya que sus especificaciones eran bastante limitadas. En el año 2005, los principales fabricantes de equipos como AMD, Intel, Apple o Microsoft establecieron las bases de lo que sería la fundación UEFI. Posteriormente, se publicaron las primeras versiones del firmware UEFI, cuyo recorrido llega hasta la actualidad -la versión 2.9 es, a día de hoy, la más reciente

Las principales ventajas de la UEFI son:

• Interfaz gráfica desarrollada que de mayor usabilidad a los usuarios
• Soporte para sistemas de 32 y 64 bits, así como múltiples particiones de disco (tablas GPT y MBR).
• Acceso a los servicios de red
• Independencia de la CPU y diseño modular para las adaptaciones de cada fabricante y las extensiones de terceros
• Funciones ampliadas de seguridad, como Secure Boot

Secure Boot

El Secure Boot o modo de arranque seguro se utiliza para verificar si es apropiado el software que se cargará en el sistema. Algunos de los componentes que se comprueban son el firmware EFI o el núcleo del sistema operativo En estos componentes software se dispone de claves o firmas previamente introducidas en el firmware, las cuales se comprueban durante el arranque. Si se detecta un error en este proceso, o si alguna clave no es válida, no se continuará con el proceso de arranque Actualmente, se utiliza Secure Boot junto con el chip TPM (Trusted Platform Module), empleado para guardar claves cifradas del sistema. De hecho, la nueva versión de Windows 11 exige la utilización de este componente hardware para instalar y ejecutar el sistema operativo

Gestores de arranque

El gestor de arranque es el componente software que facilita la elección y la carga de un sistema operativo. Permite elegir entre distintos sistemas operativos instalados en un sistema. Algunos de los gestores de arranque más empleados en la actualidad son los siguientes:

• Windows Boot Manager: También denominado BOOTMGR, es específico de los sistemas operativos Windows y carga un fragmento de código en el volumen de arranque (VBC)
• GRUB (GNU GRand Unified Bootloader). Es un gestor de arranque desarrollado y mantenido por la FSF. Se emplea, en la mayoría de los casos, en los sistemas operativos GNU/Linux. Permite elegir entre los diferentes sistemas operativos instalados en un equipo. Actualmente, la última versión disponible es la 2.06

IMPORTANTE El VBC (Volume Boot Code) es un fragmento de código que se utiliza para cargar el gestor de arranque y que se encuentra en el registro VBR (Volume Boot Record). Este registro existe en todas las particiones formateadas de un disco. El VBC es invocado por el Master Boot Code (MBC), que posibilita el arranque del sistema en particiones activas Gracias a estos gestores, podemos conseguir en nuestros equipos sistemas duales o triples con diferentes sistemas operativos en las distintas particiones de nuestro equipo

Arranque por red

Una de las posibilidades que se ofrece en los equipos actuales es el arranque por red. Para ello, el cliente normalmente busca en la red el servicio PXE (Preboot execution Environment). Mediante este servicio, se pueden cargar o instalar sistemas operativos sin disponer de un medio de almacenamiento externo conectado directamente al equipo. Este recurso fue introducido por Intel en la década de los noventa El cliente busca en la red el servicio de PXE, obteniendo así su dirección IP y procediendo después a transferir el código que arrancará el equipo cliente. En este proceso intervienen los siguientes protocolos y servicios:

• BOOTP (Boot Strap Protocol). Es un protocolo de red que suministra de forma automática a los clientes la IP necesaria para comunicarse con el servidor sin necesidad de cargar un sistema operativo previamente
• TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Es el protocolo de red encargado de enviar la información entre los distintos equipos. Se trata de una variante de FTP más simple que utiliza el UDP a nivel de transporte
• NBP (Network Bootstrap Program). Se trata del fragmento de código necesario para el arranque del sistema operativo en el cliente de red y que se transmite desde el servidor donde se encuentra el servicio de PXE. Su clasificación es análoga a los gestores de arranque explicados con anterioridad, como GRUB o BOOTMGR, pero su uso corresponde a los arranques por red

El paso final, una vez realizado todo lo anterior, consiste en cargar en la memoria principal el arranque NBP, verificar su integridad y ejecutarlo

Particionado de discos

2. Particionado de discos El particionado de discos consiste en la division del espacio de almacenamiento en diferentes partes, optimizando con ello la estructura de la memoria y separando los distintos archivos del sistema según criterios de uso y conveniencia. Es bastante habitual dividir los discos en varias particiones, separando los ficheros y directorios más relevantes del sistema operativo con respecto a los datos propios del usuario Las particiones pueden ocupar todo el espacio del sistema de almacenamiento u ocupar solo una parte, lo que posibilita la creación de varias de ellas IMPORTANTEEI particionado siempre se efectua a nivel lógico y no a nivel físico, por lo que puede aplicarse en cualquier tecnología de almacenamiento de datos: unidades en estado sólido (SSD), discos duros, etcétera

Tipos de particiones

Particiones primarias

A. PARTICIONES PRIMARIAS Una partición primaria es aquella división principal o cruda que puede ser utilizada como partición activa y, por lo tanto, arrancar un sistema operativo en la misma El número de particiones primarias realizadas en un disco depende del tipo de tabla de particiones que se haya definido. Los dos tipos de tablas de partición más utilizadas en los medios de almacenamiento son MBR (Master Boot Record) y GPT (GUID Partition Table). Más adelante veremos en detalle cómo son cada una de ellas

Particiones extendidas

B. PARTICIONES EXTENDIDAS Las particiones extendidas son un tipo especial de particiones utilizadas únicamente para contener particiones lógicas. El principal uso de este tipo de particiones consiste en superar la limitación relativa al número de particiones primarias de la tabla MBR. En este caso, solo puede existir una partición extendida por disco

Particiones lógicas

C.PARTICIONES LÓGICAS Las particiones lógicas son particiones creadas dentro una partición extendida. Pueden utilizarse de igual forma que las particiones primarias, instalando en ellas diferentes sistemas operativos o cualquier otro sistema de archivos. La única diferencia es que este tipo de particiones no puede consistir en una partición activa, por lo que, para poder gestionar el arranque de cualquier sistema operativo situado en ellas, esto se debe llevar a cabo obligatoriamente desde un gestor de arranque Dentro de una partición extendida podemos alojar, como máximo, 23 particiones lógicas

Tablas de particiones

2.2. Tablas de particiones Las tablas de partición describen, a nivel físico, las separaciones entre las particiones creadas mediante un esquema definido por el tipo de tabla utilizada

MBR (Master Boot Record)

A.MBR (MASTER BOOT RECORD) MBR apareció por primera vez en el año 1983 y, hasta la actualidad, se ha utilizado como sistema de tablas de partición. Dentro de los discos duros, se ubica en el cilindro 0, cabeza 0, sector 1 y tiene un tamaño de 512 bytes. En la mayor parte de los medios de almacenamiento no dedicados a alojar un sistema operativo -y usados únicamente para el almacenamiento de datos-, MBR no desempeña una función activa. Más bien se utiliza para indicar dónde se encuentran las particiones y, por consiguiente, dónde podemos leer los datos Las características principales de MBR son:

• Tamaño máximo del disco de 2 TB
• Máximo de cuatro particiones primarias
• La información de las particiones se alma cena únicamente en este sector, imposibilitando así su recuperación en caso de corrupción

La estructura básica de MBR es:

• Bootloader o software de arranque. Tiene un tamaño de 440 bytes y se encarga de iniciar los procedimientos necesarios para arrancar el sistema operativo
• Firma del disco. Se identifica mediante 4 bytes seguidos de 2 bytes vacíos
• Tabla de particiones maestra. Indica el inicio y el final de cada una de las cuatro particiones que puede contener la tabla MBR. Esta información se indica con 16 bytes por partición, por lo que el tamaño total de esta tabla es de 64 bytes
• Firma de MBR. También conocido como «Magic Number», está formado 2 bytes que contienen los caracteres 0xAA55. Sirven para identificar el valor final de MBR

GPT (GUID Partition Table)

B.GPT (GUID PARTITION TABLE) GPT es la sucesora natural del sistema MBR, ya que, debido a las limitaciones de este último, era necesario hallar un nuevo sistema de particionado. GPT está reconocido dentro de las especificaciones de UEFI, aunque se puede utilizar sin ella siempre que el disco y el sistema operativo sean compatibles con GTP Las características principales de GTP son:

• Tamaño máximo de cada partición de 18 EB (exabytes)
• Número de particiones primarias ilimitadas, aunque los sistemas Windows lo limitan a 128 particiones, y algunos sistemas GNU/Linux, a 256
• Copia de la cabecera y protección de esta mediante la función de detección de errores CRC32
• Número único de identificación para las particiones y discos

La estructura básica de GTP es:

• Protective MBR (Arranque MBR Protector). Tiene como finalidad garantizar la compatibilidad entre GTP y sistemas MBR. Tiene un tamaño de 512 bytes
• Cabecera GPT primaria y entradas. Indica los bloques utilizables en el disco, así como el número y el tamaño de las particiones. El tamaño de la cabecera es de 512 bytes. Cada entrada de partición tiene un tamaño de 128 bytes y, en ella, se describen el identificador de la partición, su tamaño, su nombre y sus atributos
• Particiones. A continuación, se encuentran las diferentes particiones del disco, según su número y tamaño
• Tabla de partición GUID secundaria. En este espacio situado al final del disco, encontramos una copia de la cabecera GPT y de las entradas de la partición, en el mismo orden que en la cabecera primaria

Actualmente, este tipo de particionado es el más utilizado en la mayor parte de sistemas informáticos, no solo por la aparición de la UEFI, sino también debido a las ventajas que proporciona

Sistemas de ficheros

Podemos encontrar diferentes sistemas de ficheros con los que formatear las diferentes particiones creadas. Los sistemas más importantes son:

• FAT (File Allocation Table). Original de los sistemas Windows y publicado en 1980, en este sistema de ficheros, los discos se dividen en clústeres que consiste en agrupaciones de sectores a nivel físico. Cuando almacenamos los ficheros, se dividen en partes de igual tamaño que los clústeres, de manera que en cada entrada de la tabla del sistema de ficheros se indica cuál es el primer clúster que contiene los datos del fichero, además de señalar si este es el último clúster o si se apunta al siguiente. Uno de los principales inconvenientes de este sistema es la limitación de tamaño que presenta. En el caso de FAT 32, el tamaño máximo de un fichero es de 4 GB. Otro de sus inconvenientes es que no se sigue ninguna lógica para el almacenamiento de la información, de manera que un archivo puede estar dividido en varios bloques situados en distintas zonas del disco. Para evitar esto, el desfragmentador es una herramienta muy útil