Gestión del espacio de almacenamiento

Gestión del espacio de almacenamiento

Todo equipo informático dispone de un sistema de almacenamiento para guardar los datos. En un altísimo porcentaje, el sistema de almacenamiento está constituido por uno o varios discos duros. Estos serán de mayor o menor sofisticación, pero todos constituyen en sí mismos un elemento dedicado que necesitan unas condiciones mínimas de trabajo. Hacer trabajar a los discos duros en condiciones extremas puede producir una avería física que como consecuencia podría hacer imposible acceder a la información que contiene. Por tanto, aunque los 3 elementos principales a proteger son el software ,el hardware y los datos, este último, es el principal elemento de los 3 ya que es el más amenazado y seguramente, el más difícil de recuperar. Contra cualquiera de los 3 elementos se pueden realizar multitud de ataques o dicho de otra forma, están expuestos a diferentes amenazas.Generalmente, la taxonomía más elemental de estas amenazas las divide en 4 grandes grupos: Interrupción, Interceptación, Modificación y Fabricación. • Una ataque se identifica como interrupción, si se hace con un objeto de sistema, se pierda, quede inutilizable, o no disponible. • Se tratara de una interceptación si un elemento no autorizado consigue un acceso a un determinado objeto del sistema. • Una modificación si además de conseguir el acceso, consigue modificar el objeto, algunos autores consideran un caso especial de la modificación la destrucción, entendiéndola como una modificación que inutilizable el objeto. • Por último se dice que un ataque es una fabricación si se trata de una modificación destinada a conseguir un objeto similar al atacado de forma que sea difícil distinguir entre el original y el fabricado. El almacenamiento de la información requiere una serie de principios y características que mejorar: • Rendimiento. • Disponibilidad. • Accesibilidad. 5.1.1. Rendimiento Se refiere a la capacidad de disponer un volumen de datos en un tiempo determinado. Se mide en tasas de transferencia (MBits/s). Existen muchas tecnologías para fabricar dispositivos de almacenamiento, caracterizadas por: coste por bit, tiempo de acceso y capacidad de almacenamiento. El procesador es el elemento principal del ordenador, interesa que los datos con los que va a operar en un momento dado estén los mas próximas a ellas. Cuando la CPU encuentra un dato que necesita sus registros internos se intenta recuperar del nivel inmediatamente inferior (la caché), si no lo encuentra accede a la RAM y si tampoco está allí al disco duro, discos ópticos, etc. Se debe satisfacer por lo tanto la propiedad deinclusión según la cual la información en un determinado nivel se encuentra replicada en los niveles inferiores. Este principio determina la jerarquía de memorias, ubicación temporal de los datos, que está fuertemente ligada a la necesidad que tiene el micro de emplearlos en un momento determinado. Los datos recientemente accedidos se ubican en las memorias mas rápidas y estas deben estar próximas al microprocesador o a la CPU. Las memorias sucesivamente mayores y mas lentas de mayor tiempo de acceso por bit dispondrán todos los datos potencialmente accesibles por la CPU. La memoria interna de carácter volátil o no permanente en ausencia de alimentación eléctrica de mayor velocidad y coste compone los 3 escalones superiores de la pirámide (Registros internos, memoria caché y memoria RAM). Los niveles inferiores (discos magnéticos, ópticos y cintas magnéticas) se suelen agrupar con nombre de memoria externa de carácter no volátil, almacena la información de forma permanente en ausencia de electricidad, menor velocidad de acceso y menor coste por bit. 5.1.2. Disponibilidad La disponibilidad se refiere a la seguridad que la información puede ser recuperada en el momento en que se necesite. Esto es evitar su perdida o bloqueo bien sea por ataque, mala operación accidental o situaciones fortuitas o de fuerza mayor. Las distintas técnicas que hoy favorecen la alta disponibilidad de los sistemas de almacenamiento son: La redundancia o duplicados de información: • Sistemas RAID de almacenamiento. • Centro de procesamiento de centros de respaldo. La distribución de la información: • Disponer de copias de seguridad en distintas ubicaciones geográficas. • Medios de almacenamiento extraíbles y portátiles. • Servidores de almacenamiento redundantes y distribuidos geográficamente con sincronización en la información que contienen. • Copias de seguridad en la nube • Servicios de copias de seguridad online. 5.1.3. Accesibilidad Se refiere a tener disponible la información por parte de los usuarios autorizados. Habitualmente se controla mediante técnicas de control de acceso. 5.2. Medios de almacenamiento En primer lugar realizaremos una clasificación de los dispositivos de almacenamiento en función de varias características: • La naturaleza del soporte de almacenamiento: magnético,óptico,magnetoóptico, memorias flash. • Si es posible leer o escribir. • Acceso a la información secuencial o directo. • Dispositivos interno o externo al sistema informático. • Conexión entre el soporte de la información y la unidad lectora-escritora. 5.2.1. Soporte de almacenamiento de la información Se determina soporte a todo material o dispositivo en general destinado a registrar información sera un medio en el que se almacene información con una determinada escritura y de manera indefinida para que pueda ser utilizada por el sistema o por terceras personas. No se debe confundir soporte de información con periférico. Se considera periférico a cualquier periférico de entrada-salida conectado al ordenador que sirve para leer o escribir información sobre los soportes. Es pues, el soporte, el almacén de la información y el periférico el encargado de leer y escribir información sobre dicho soporte. Los mas extendidos son los siguiente: • Magnéticos: Los discos y cintas magnéticas contienen soportes de información constituidos por un sustrato de plástico o aluminio recubierto con un material magnetizable tradicionalmente oxido férrico o oxido de cromo. La información se graba dentro de unidades elementales o celdas que forman lineas o pistas. Cada celda puede estar sin magnetizar o estar magnetizada en uno de dos estados o campos magnéticos(Norte o Sur) que podrán corresponder a un 0 o a un 1. Para escribir o leer una celda se emplea la electricidad para crear campos magnéticos orientados en una dirección u otra para representar 1 o 0. Ejemplos: Cintas magnéticas, discos magnéticos son los mas empleados para el almacenamiento masivo de gran volumen de información. • Ópticos: Usan la energía lumínica mediante un rayo láser u un elemento lumínico para almacenar o leer la información. Los 0 o 1 se representan por la presencia o ausencia de una señal luminosa, ejemplos: dvd's, cd's. Los mas extendidos de uso portátil multimedia, comercial, con usos de solo lectura. • Magnetoópticos: Son soportes que permiten la lectura y la escritura. La información no se graba de manera mecánica, se graba magnéticamente. Los discos vírgenes tienen una magnetización previa mediante láser es posible cambiar la magnetización de las celdas. Los discos magnetoópticos como el cd-mo son regrabables aunque son mas duraderos que los cd-w ya que estos se van degradando en cada operación de escritura. Los mini disck y unidades zip han tenido un gran éxito comercial en los 80's y 90. • Flash USB: Emplean memoria semiconductora en uno o varios chips de tipo flash NAND su cualidad mas destacada es que a pesar de ser memoria semiconductora mantiene su contenido sin necesidad de suministrar energía eléctrica mediante tecnología de puerta flotante, los electrones quedan confinados en el transistor que forma la celda de memoria, ejemplo: memorias de cámaras, memorias usb. 5.2.2. Lectura-escritura De todos los soportes se puede extraer la información almacenada, pero en algunos casos solo se puede realizar una escritura por lo que no se podrá volver a escribir en ellos. Podemos clasificarlos en: • Reutilizables o regrabables: Podemos emplear el mismo soporte todas las veces que deseemos, ejemplos, cinta magnética,memoria usb, cd-rw. • No reutilizable o de solo lectura: Una vez que se graba la información no se puede modificar, tan solo leerla, ejemplos cd, dvd. 5.2.3. Acceso a la información • Secuencial: Para acceder a un dato tenemos que leer u escribir todos los anteriores, ejemplo, la grabación de un cd y en una cinta magnética la lectura y escritura. • Directo: Podemos acceder a cualquier dato de forma casi inmediata, ejemplo, la lectura de un cd, disco duro, memoria USB es directa. Podemos leer cualquier archivo sin necesidad de acceder a los demás. 5.2.4. Ubicación de la unidad • Interna: La unidad lectora-grabadora ser localiza dentro de la carcasa del ordenador, ejemplos, discos duros,unidades de cd. • Externa: la unidad lectora-grabadora se sitúa fuera del ordenador, ejemplos, memoria USB,disco duro externo,unidad lectora de dvd y cd externa. 5.2.5._Conexión entre soporte y unidad • Removibles: El soporte que almacena la información se puede cambiar permaneciendo la unidad lectora-grabadora, ejemplos, cd,dvd. • No removibles: El soporte que almacena la información y la unidad lectora-grabadora se encuentran unidos,ejemplo, los discos duros y la memoria USB. 5.3. Almacenamiento redundante y distribuido Uno de los principios que tiene el almacenamiento seguro de la información debe ser la disponibilidad. La redundancia o creación de duplicados exactos de la información posibilita que ante perdidas de información sea posible recuperar los datos. La redundancia la analizaremos desde 2 puntos de vista, los sistemas RAID de almacenamiento redundante y los sistemas distribuidos o centros de respaldo con sincronización de datos. 5.3.1. RAID En informática el acrónimo RAID hace referencia a un sistema de almacenamiento que usa múltiples discos duros entre los que distribuye o replica datos dependiendo de su configuración a la que suele llamarse nivel. Los beneficios de un RAID respecto a un único disco son uno o varios de los siguientes:mayor integridad, mayor tolerancia a fallos, mayor rendimiento y mayor capacidad. En el nivel mas simple, un RAID combina varios discos duros en una sola unidad lógica, así en lugar de ver varios discos duros diferentes, el sistema operativo ve uno solo. Los RAID suelen usarse en servidores y normalmente aunque no es necesario se implementan como unidades de disco de la misma capacidad debido a decremento del precio de los discos duros y la mayor disponibilidad de las opciones RAID incluidas en los chipset de las placas base. Los RAIDs se encuentran también como opción en los ordenadores personales mas avanzados, frecuentemente en las computadoras dedicadas a tareas intensivas de almacenamiento como edición de audio y vídeo. Implementaciones La distribución de datos en varios discos puede ser gestionada por hardware dedicado o por software, además existen sistemas RAID híbridos basados en software y hardware especifico. En la implementación con software, el sistema operativo gestiona los discos a través de una controladora de disco normal, considerada tradicionalmente como una operación. Podría considerarse más lenta pero con el rendimiento de las CPU modernas puede llegar a ser mas rápida que algunas implementaciones hardware a expensas a dejar mas tiempo de proceso al resto de tareas del sistema. Una implementación de RAID basada en hardware requiere al menos una controladora RAID especifica ya sea como una tarjeta de expansión independiente o integrada en la placa base que gestione las operación de los discos y efectué los cálculos de paridad. Esta opción suele ofrecer un mejor rendimiento y hace que el soporte por parte del sistema operativo sea mas sencillo. Las implementaciones basadas en hardware suelen soportarsustitución en caliente, permitiendo que los discos que fallen puedan reemplazarse sin necesidad de parar el sistema. En los RAIDs mayores la controladora y los discos suelen montarse en una caja externa especifica conectada al sistema mediante una o varias conexiones SCSI y fibrreCHANNEL.A veces el sistema RAID es totalmente autónomo conectándose al sistema como NAS. Los RAIDs híbridos se han hecho muy populares con la introducción de controladoras RAID(hardware) mas baratas. En realidad, el hardware es una controladora de disco normal pero el sistema incorpora una aplicación de bajo nivel que permita a los usuarios construir RAID controlados por la BIOS. Será necesario utilizar un controlador de dispositivo especifico para que el sistema operativo reconozca la controladora como un único dispositivo RAID. Los RAIDs por software suelen presentar el problema de tener que reconstruir el conjunto de discos cuando el sistema es reiniciado tras un fallo para asegurar la integridad de los datos. Por el contrario los sistemas gestionados por software son mucho mas flexibles, permitiendo por ejemplo construir RAID de particiones en lugar de discos completos y agrupar en un mismo RAID discos conectados en barias computadoras. Los basados en hardware añaden un punto de fallo mas al sistema: la controladora RAID. Todas las implementaciones pueden soportar el uso de uno o mas discos de reserva, unidades instaladas que pueden desmontarse inmediatamente tras el fallo de un disco RAID. Esto reduce le tiempo de reparación al acortar el tiempo de reconstrucción del RAID. Las configuraciones RAID mas usados comúnmente son: • RAID 0 (conjunto dividido). • RAID 1 (conjunto en espejo) • RAID 5 (conjunto dividido con paridad distribuida) 5.3.3.1.1 RAID 0 (DATA STRIPING) Un RAID 0 también llamado con junto dividido o volumen dividido, distribuye los datos equitativamente entre dos o mas discos sin información de paridad que proporcione redundancia. Se usa normalmente para incrementar el rendimiento aunque también puede utilizarse como forma de crear un pequeño número de grandes discos virtuales a partir de un gran número de pequeños discos físicos. Mejora el rendimiento pero no aporta seguridad. Un RAID 0 puede ser creado con discos de diferentes tamaños, pero el espacio de almacenamiento añadido al conjunto estará limitado por el tamaño de discos más pequeño, por ejemplo si un disco de 300 Gigas se divide con uno de 100 Gigas el tamaño del conjunto será solo de 200 Gigas ya que cada disco aporta solo 100 gigas.