104.2 Mantener la integridad de los sistemas de archivos - Teoria

1. Conceptos fundamentales

1.1 Superbloque

El superbloque es una estructura de datos critica que contiene metadatos sobre el sistema de archivos:

Tamano total del sistema de archivos
Tamano de los bloques
Numero total de inodos
Numero de inodos y bloques libres
Fecha del ultimo montaje
Conteo de montajes
Estado del sistema de archivos (limpio/sucio)

Los sistemas ext mantienen copias de respaldo del superbloque en ubicaciones predecibles. Si el superbloque principal se corrompe, se puede restaurar desde una copia.

# Ver ubicaciones de copias del superbloque
dumpe2fs /dev/sda1 | grep -i superblock
 
# Usar copia de respaldo para reparar
e2fsck -b 32768 /dev/sda1

1.2 Inodos

Un inodo (index node) es una estructura de datos que almacena metadatos de un archivo o directorio:

Tipo de archivo (regular, directorio, enlace, etc.)
Permisos (rwx)
Propietario y grupo (UID/GID)
Tamanos
Timestamps (atime, mtime, ctime)
Punteros a los bloques de datos en disco
Conteo de enlaces duros

Lo que NO contiene el inodo: el nombre del archivo. El nombre se almacena en la entrada del directorio que apunta al inodo.

Dato clave para el examen: Es posible quedarse sin inodos aunque quede espacio en disco. Esto ocurre cuando hay muchisimos archivos pequenos. Se verifica con df -i.

# Ver numero de inodo de un archivo
ls -i archivo.txt
 
# Ver uso de inodos
df -i
 
# Ver informacion completa del inodo
stat archivo.txt

1.3 Journaling

El journaling es un mecanismo que registra las operaciones pendientes en un “journal” (diario) antes de aplicarlas al sistema de archivos. Si el sistema se apaga inesperadamente, el journal permite recuperar rapidamente la consistencia sin necesidad de un fsck completo.

Tipos de journaling:

Journal de metadatos: Solo registra cambios en metadatos (predeterminado en ext3/ext4)
Journal completo: Registra metadatos + datos (mas seguro, mas lento)
Writeback: Solo metadatos, sin orden garantizado (mas rapido, menos seguro)

Sistemas con journaling: ext3, ext4, XFS, Btrfs, JFS Sistemas sin journaling: ext2, FAT, VFAT

2. Monitorizar el espacio en disco

2.1 df (disk free)

df muestra el espacio usado y disponible en los sistemas de archivos montados.

# Formato basico
df
 
# Formato legible para humanos (-h: human readable)
df -h
 
# Mostrar tipo de sistema de archivos
df -T
 
# Mostrar uso de inodos
df -i
 
# Combinar opciones
df -hT
 
# Solo un sistema de archivos especifico
df -h /dev/sda1
df -h /home

Columnas de la salida de df:

Columna	Significado
Filesystem	Dispositivo o fuente
Size / 1K-blocks	Tamano total
Used	Espacio usado
Avail	Espacio disponible
Use%	Porcentaje de uso
Mounted on	Punto de montaje

Nota para el examen: df -i muestra los inodos usados y disponibles. Es crucial para diagnosticar situaciones donde el disco “esta lleno” pero df -h muestra espacio libre (agotamiento de inodos).

2.2 du (disk usage)

du estima el espacio en disco usado por archivos y directorios.

# Uso basico (muestra cada subdirectorio)
du /var/log
 
# Resumen total de un directorio (-s: summary)
du -s /var/log
 
# Formato legible (-h: human readable)
du -sh /var/log
 
# Profundidad maxima de directorios
du --max-depth=1 /var
du -d 1 /var
 
# Total combinado de varios argumentos (-c: grand total)
du -shc /var/log /tmp /home
 
# Ordenar por tamano (combinado con sort)
du -sh /var/* | sort -h
 
# Ver que ocupa mas en un directorio
du -sh /home/* | sort -rh | head -10

Opciones clave de du:

Opcion	Descripcion
`-s`	Solo mostrar total (summary)
`-h`	Formato legible (human readable)
`-c`	Mostrar total general al final
`--max-depth=N`	Limitar profundidad de directorios
`-a`	Incluir archivos individuales
`--exclude=PATRON`	Excluir archivos que coincidan con patron

3. Verificar y reparar sistemas de archivos

3.1 fsck (filesystem check)

fsck es el comando generico para verificar y reparar sistemas de archivos. Debe ejecutarse en sistemas de archivos desmontados (o montados en solo lectura).

# Verificar una particion (DESMONTADA)
fsck /dev/sda1
 
# Reparar automaticamente
fsck -y /dev/sda1
 
# Verificar sin reparar (solo reportar)
fsck -n /dev/sda1
 
# Forzar verificacion aunque parezca limpio
fsck -f /dev/sda1
 
# Especificar tipo de sistema de archivos
fsck -t ext4 /dev/sda1
 
# Verificar la particion raiz en modo de rescate
# (montar como solo lectura primero)
mount -o remount,ro /
fsck /dev/sda1

IMPORTANTE para el examen: NUNCA ejecutar fsck en un sistema de archivos montado en modo lectura-escritura. Puede causar corrupcion de datos. El sistema de archivos debe estar desmontado o montado como solo lectura.

3.2 e2fsck

e2fsck es especifico para sistemas ext2/ext3/ext4.

# Verificar y reparar ext4
e2fsck /dev/sda1
 
# Reparar automaticamente (responder yes a todo)
e2fsck -y /dev/sda1
 
# Forzar verificacion
e2fsck -f /dev/sda1
 
# Solo verificar, no reparar
e2fsck -n /dev/sda1
 
# Usar superbloque de respaldo
e2fsck -b 32768 /dev/sda1
 
# Verificar y reconstruir el journal
e2fsck -j /dev/sda1

3.3 xfs_repair

xfs_repair es la herramienta para reparar sistemas de archivos XFS.

# Reparar XFS (el FS debe estar desmontado)
xfs_repair /dev/sda1
 
# Solo verificar sin reparar (dry-run)
xfs_repair -n /dev/sda1
 
# Forzar reparacion en log sucio
xfs_repair -L /dev/sda1

Nota: Para XFS, NO se usa fsck.xfs para reparacion. fsck.xfs existe pero no hace nada real; es solo un placeholder. La herramienta real es xfs_repair.

4. Ajustar y consultar parametros del sistema de archivos

4.1 tune2fs (para ext2/ext3/ext4)

tune2fs permite ajustar parametros configurables de sistemas ext.

# Mostrar toda la informacion del FS
tune2fs -l /dev/sda1
 
# Establecer maximo de montajes antes de fsck automatico
tune2fs -c 30 /dev/sda1
 
# Desactivar verificacion por conteo de montajes
tune2fs -c 0 /dev/sda1
tune2fs -c -1 /dev/sda1
 
# Establecer intervalo de tiempo para fsck (dias)
tune2fs -i 30d /dev/sda1
 
# Desactivar verificacion por tiempo
tune2fs -i 0 /dev/sda1
 
# Anadir journal a ext2 (convertir a ext3)
tune2fs -j /dev/sda1
 
# Cambiar etiqueta del volumen
tune2fs -L "datos" /dev/sda1
 
# Establecer bloques reservados para root (porcentaje)
tune2fs -m 5 /dev/sda1
 
# Establecer UUID
tune2fs -U random /dev/sda1

Opciones clave de tune2fs:

Opcion	Descripcion
`-l`	Listar informacion del superbloque
`-c N`	Max montajes antes de fsck (0 o -1 desactiva)
`-i Nd`	Intervalo de tiempo para fsck (0 desactiva)
`-j`	Anadir journal (ext2 -> ext3)
`-L etiqueta`	Cambiar etiqueta del volumen
`-m N`	Porcentaje de bloques reservados para root
`-U uuid`	Cambiar UUID

4.2 dumpe2fs (para ext2/ext3/ext4)

dumpe2fs muestra informacion detallada del superbloque y los grupos de bloques.

# Mostrar toda la informacion
dumpe2fs /dev/sda1
 
# Solo informacion del superbloque (sin grupos de bloques)
dumpe2fs -h /dev/sda1
 
# Buscar informacion especifica
dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep -i "block count"
dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep -i "inode count"
dumpe2fs -h /dev/sda1 | grep -i "mount count"
dumpe2fs /dev/sda1 | grep -i superblock

Informacion relevante que muestra:

Conteo de inodos y bloques
Tamano de bloques
Conteo de montajes y maximo de montajes
Estado del FS (clean/not clean)
Ultimo montaje y ultima verificacion
Features del FS (has_journal, extents, etc.)
Ubicaciones de los superbloques de respaldo

4.3 xfs_info

xfs_info muestra informacion sobre un sistema XFS. A diferencia de dumpe2fs, acepta el punto de montaje (el FS debe estar montado).

# Mostrar informacion de un XFS montado
xfs_info /mnt/datos
 
# Tambien funciona con el dispositivo
xfs_info /dev/sda1

5. Herramientas de depuracion de sistemas de archivos

5.1 debugfs (para ext2/ext3/ext4)

debugfs es un depurador interactivo para sistemas de archivos ext2/ext3/ext4. Permite examinar y modificar estructuras internas del sistema de archivos a bajo nivel.

# Abrir en modo solo lectura (seguro)
debugfs /dev/sda1
 
# Abrir en modo lectura-escritura (peligroso)
debugfs -w /dev/sda1

Comandos internos de debugfs:

Comando	Descripcion
`ls`	Listar archivos del directorio actual
`cd directorio`	Cambiar directorio
`stat archivo`	Mostrar informacion del inodo de un archivo
`cat archivo`	Mostrar contenido de un archivo
`lsdel`	Listar inodos de archivos borrados
`undel inodo nombre`	Intentar recuperar un archivo borrado
`dump archivo destino`	Extraer un archivo del FS
`icheck bloque`	Ver que inodo usa un bloque
`ncheck inodo`	Ver el nombre de archivo de un inodo
`quit`	Salir

# Ejemplo: examinar un archivo borrado
debugfs /dev/sda1
debugfs:  lsdel              # Lista archivos borrados con sus inodos
debugfs:  stat <12345>       # Ver datos del inodo 12345
debugfs:  quit

Para el examen: debugfs es util para examinar la estructura interna de ext2/ext3/ext4 y para recuperar archivos borrados. El FS debe estar preferiblemente desmontado o montado como solo lectura.

5.2 xfs_db (depurador para XFS)

xfs_db es el depurador de bajo nivel para sistemas de archivos XFS. Permite examinar y modificar las estructuras internas de XFS.

# Examinar un sistema XFS (debe estar desmontado)
xfs_db /dev/sda1
 
# Modo solo lectura explicito
xfs_db -r /dev/sda1

Comandos internos de xfs_db:

Comando	Descripcion
`sb`	Examinar el superbloque
`sb 0`	Ir al superbloque primario
`print`	Imprimir la estructura actual
`inode N`	Examinar el inodo N
`freesp`	Mostrar estadisticas de espacio libre
`quit`	Salir

# Ejemplo: ver informacion del superbloque
xfs_db /dev/sda1
xfs_db> sb 0
xfs_db> print
xfs_db> quit

5.3 xfs_fsr (desfragmentacion de XFS)

xfs_fsr (XFS filesystem reorganizer) desfragmenta un sistema de archivos XFS que esta montado. A diferencia de ext4 (que rara vez necesita desfragmentacion), XFS puede beneficiarse de la reorganizacion.

# Desfragmentar todo el sistema XFS montado (se ejecuta durante un tiempo limitado)
xfs_fsr /dev/sda1
 
# Desfragmentar un archivo especifico
xfs_fsr /ruta/al/archivo
 
# Ejecutar durante un tiempo especifico (en segundos)
xfs_fsr -t 600 /dev/sda1
 
# Modo verbose
xfs_fsr -v /dev/sda1

Para el examen: xfs_fsr funciona en sistemas XFS montados (a diferencia de la mayoria de herramientas de reparacion que requieren FS desmontado). xfs_db es el equivalente XFS de debugfs para ext.

6. Puntos clave para el examen

fsck solo en FS desmontado o montado como solo lectura. NUNCA en FS montado en lectura-escritura.
df -i muestra el uso de inodos. Un FS puede estar “lleno” por agotamiento de inodos aunque quede espacio en bloques.
df -h para espacio legible, df -T para ver el tipo de FS.
du -sh da un resumen en formato legible del tamano de un directorio.
tune2fs -l muestra informacion del superbloque (solo ext). tune2fs -c y tune2fs -i configuran la verificacion automatica.
tune2fs -j anade journaling a ext2, convirtiendolo efectivamente en ext3.
dumpe2fs muestra informacion detallada incluyendo ubicaciones de superbloques de respaldo.
xfs_repair es la herramienta real para reparar XFS (no fsck.xfs).
xfs_info necesita que el FS este montado y acepta el punto de montaje.
El superbloque contiene metadatos criticos del FS. Los sistemas ext mantienen copias de respaldo.
Los inodos contienen metadatos de archivos pero NO el nombre del archivo.

Trampas del examen

Errores comunes y distinciones criticas que LPI suele evaluar en este subtema:

fsck NUNCA en un FS montado en lectura-escritura — Ejecutar fsck en un filesystem montado puede causar corrupcion de datos. Debe estar desmontado o montado como solo lectura (mount -o remount,ro). El examen puede preguntar cual es el prerequisito para ejecutar fsck.
Disco “lleno” con espacio libre: agotamiento de inodos — df -h puede mostrar espacio disponible, pero df -i muestra que los inodos estan al 100%. Esto ocurre con muchos archivos pequenos. El examen puede presentar este escenario y preguntar la causa.
tune2fs es solo para ext2/ext3/ext4 — No funciona con XFS ni otros filesystems. Para XFS se usa xfs_info (consulta) o xfs_admin (modificacion). El examen puede ofrecer tune2fs como opcion para un filesystem XFS.
xfs_repair es la herramienta real; fsck.xfs no hace nada — fsck.xfs existe como placeholder pero no realiza ninguna reparacion. La herramienta real para reparar XFS es xfs_repair. El examen puede ofrecer fsck.xfs como la forma correcta de reparar XFS.
du vs df — du estima el espacio usado por archivos/directorios; df muestra el espacio del filesystem completo. du -sh /var da el tamano de /var; df -h /var da el espacio total/usado/libre del filesystem donde esta /var.
dumpe2fs muestra info del superbloque incluyendo backups — dumpe2fs /dev/sda1 | grep -i superblock muestra las ubicaciones de las copias del superbloque. e2fsck -b 32768 /dev/sda1 usa una copia de respaldo. El examen puede preguntar como reparar un superbloque corrupto.
El inodo NO contiene el nombre del archivo — El nombre se almacena en la entrada del directorio. El inodo contiene permisos, propietario, tamano, timestamps y punteros a bloques. El examen puede incluir “nombre del archivo” en una lista de contenidos del inodo.
xfs_info requiere FS montado; dumpe2fs no — xfs_info acepta el punto de montaje (requiere FS montado); dumpe2fs acepta el dispositivo (no necesita estar montado). El examen puede confundir los requisitos de cada herramienta.
xfs_fsr funciona en FS montado — A diferencia de xfs_repair que requiere FS desmontado, xfs_fsr (desfragmentador) se ejecuta en un XFS montado. El examen puede preguntar que herramienta XFS funciona con el FS montado.

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1. Conceptos fundamentales

1.1 Superbloque

1.2 Inodos

1.3 Journaling

2. Monitorizar el espacio en disco

2.1 df (disk free)

2.2 du (disk usage)

3. Verificar y reparar sistemas de archivos

3.1 fsck (filesystem check)

3.2 e2fsck

3.3 xfs_repair

4. Ajustar y consultar parametros del sistema de archivos

4.1 tune2fs (para ext2/ext3/ext4)

4.2 dumpe2fs (para ext2/ext3/ext4)

4.3 xfs_info

5. Herramientas de depuracion de sistemas de archivos

5.1 debugfs (para ext2/ext3/ext4)

5.2 xfs_db (depurador para XFS)

5.3 xfs_fsr (desfragmentacion de XFS)

6. Puntos clave para el examen

Trampas del examen

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