2.1. Definição e primitivas

Particionamento pode ser definido, tecnicamente, dentro da informática, como o ato de se associar várias unidades lógicas a uma unidade física. É a ação de se dividir logicamente um dispositivo de armazenamento de dados (normalmente um disco rígido), de forma com que se trabalhe com cada divisão (partição) como se esta fosse um disco rígido independente.

O uso mais comum do particionamento em discos rígidos é para a instalação de mais de um sistema operacional no computador [LSAG 2006]. Dessa forma, cada sistema operacional fica restrito à sua partição e não entra em conflito com os demais. Caso não houvesse o recurso de particionamento, segundo [LSAG 2006], para cada sistema operacional que se desejasse utilizar no computador, seria necessário um disco rígido exclusivo para a sua instalação.

Existem basicamente, três tipos de partições: partições primárias, partições estendidas e partições lógicas. De acordo com [LSAG 2006], o esquema original de particionamento de discos rígidos para PCs, permitia apenas a criação de quatro partições primárias, mas logo surgiu a necessidade de se utilizar mais partições.

Para solucionar este problema, as partições estendidas foram concebidas. Este tipo de partição funciona quase como uma partição primária. A primeira grande diferença entre elas, segundo [Piropo 2006], é o fato de que partições estendidas não podem ser utilizadas para se inicializar o computador, portanto não podem conter os arquivos de inicialização de um sistema operacional.

Dessa forma, estes arquivos devem estar dentro de uma partição primária. [Piropo 2006] ainda diz que, pelo fato de somente um sistema operacional poder ser usado por vez no computador, somente uma partição primária pode estar apta a inicializar o sistema e esta partição recebe o nome de partição ativa.

A segunda grande diferença entre partições primárias e estendidas, é que, diferentemente de partições primárias, partições estendidas não podem ser utilizadas, diretamente, para alocação de dados.

Para que as partições estendidas possam ser utilizadas, é necessário que sejam divididas em partições lógicas, sendo que estas últimas serão utilizadas de fato. Assim, partições estendidas devem ser encaradas como contêineres de partições lógicas e são estas partições que serão utilizadas para alocação de dados.

Segundo [PPDebian 2006], além da limitação de quatro partições primárias por disco rígido, cada disco pode conter apenas uma partição estendida e, dentro dela, podem ser criadas até 60 partições lógicas para discos IDE e 12 para discos SCSI. Dessa maneira, num disco rígido IDE, pode-se ter, dependendo do esquema de particionamento, até 63 partições (três partições primárias e 60 lógicas) e até 15 em discos SCSI (3 primárias e 12 lógicas).

Vale lembrar que, como somente partições primárias podem ser usadas para se inicializar um sistema operacional, no esquema de particionamento do disco deve haver, pelo menos, uma partição primária. Segundo [LSAG 2006], não há diferença no tempo de acesso entre os tipos de partição. Por isso é errado pensar que uma partição primária será acessada mais rapidamente que uma partição lógica.

2.1.1. Conceitos importantes para usuários GNU/Linux

O setor inicial de todo disco rígido (os primeiros 512 bytes do disco) recebe o nome de MBR (Master Boot Record - Registro Mestre de Inicialização) e este contém, além de informações sobre a inicialização do computador, informações sobre o esquema de particionamento do disco (cada partição também possui um setor de boot, responsável por inicializá-la [LSAG 2006]).

Para cada informação, sobre cada partição, presente no MBR, há um byte responsável por indicar qual o tipo daquela partição. Não há muito uso para este byte e assim não há padronização para possíveis valores dele.

Segundo o programa fdisk, presente em muitas distribuições GNU/Linux, uma partição reservada para armazenar um sistema GNU/Linux, possui o valor 83 neste byte e uma partição de troca (seção 2.4), para o mesmo sistema, recebe o valor 82. Estes são os principais valores a se saber, para usuários GNU/Linux. Por isso, é comum utilizar os termos Partição Linux Native (83) e Partição Linux Swap (82), em sistemas deste tipo.

Tudo no GNU/Linux é um arquivo e dispositivos não fogem à regra. Por padrão, arquivos de dispositivos se localizam no diretório /dev (dev provém de devices, em inglês - dispositivos, em português) em sistemas GNU/Linux. A nomenclatura de dispositivos IDE e SCSI (interfaces comuns de discos rígidos, CD-Roms e etc.) segue o seguinte padrão. As duas primeiras letras representam o tipo de dispositivo (hd, para IDE e sd, para SCSI). Na seqüência, existe um letra para indicar a maneira com que o dispositivo está conectado ao computador: primary master (a); secondary master (b); primary slave (c) e secondary slave (d). Finalmente, para cada partição do disco em questão, é associado um número, que se inicia de um e vai até o número máximo de partições do disco, o qual indica, obviamente, cada partição do disco.

Assim, para um disco rígido IDE, conectado como primary master ao computador e com três partições, os seguintes arquivos de dispositivo de /dev, seriam válidos: hda (o disco como um todo); hda1 (a primeira partição do disco), hda2 (a segunda partição do disco) e hda3 (a terceira partição do disco).

Para se utilizar qualquer dispositivo de armazenamento no GNU/Linux, é necessário associar o arquivo referente ao dispositivo, a um diretório do sistema. Este processo é chamado de montagem de dispositivos e mais informações sobre este processo podem ser encontradas nos manuais do arquivo que possui a tabela de montagem do sistema (fstab - man fstab, na linha de comando) e do programa que executa a montagem dos dispositivos (mount - man mount, na linha de comando).

2.2. Instalação do GNU/Linux em mais de uma partição

Para se instalar um sistema GNU/Linux em um disco rígido, é necessária apenas uma partição Linux Native, onde o sistema ficará residente. Contudo, na maioria dos casos, é necessário que haja uma área para que o sistema utilize como memória virtual (seção 2.4). Por isso, é comum, nas instalações domésticas do GNU/Linux, haver, pelo menos, duas partições no disco rígido; uma Linux Native e outra Linux Swap [Debian 2006]. Na verdade, não é obrigatório que a área de troca fique em uma partição separada, podendo ser simplesmente um arquivo do sistema, mas esta prática se justifica por razões de desempenho [LSAG 2006].

Apesar da utilização de somente duas partições ser uma prática bem comum em instalações domésticas do GNU/Linux, este sistema pode ser instalado de forma com que determinados diretórios fiquem, cada um em sua partição, ou até mesmo em computadores diferentes [Conectiva 2006]. Pode-se definir, por exemplo, que o diretório /boot ficará na partição hda1; / na partição hda2; /home na partição hda3, /var na partição hda4 e hda5 como partição de troca. É claro que qualquer combinação pode ser feita, dependendo das necessidades da aplicação e esta é uma prática bastante comum em servidores.

Segundo [LSAG 2006], os seguintes diretórios não podem ter partições separadas para eles e, portanto, devem ficar na mesma partição do diretório raíz (/): /bin; /etc; /dev; /initrd; /lib e /sbin. Esta limitação se justifica pelo fato de que o conteúdo destes diretórios são necessários no momento de inicialização do sistema e por isso devem sempre fazer parte da partição do diretório raíz. Da mesma forma, [LSAG 2006] sugere que os diretórios /var e /tmp fiquem em partições próprias para eles, pois seu conteúdo se altera constantemente e a não criação de partições separadas para eles traz o risco de um arquivo de log encher a partição do diretório raíz, por exemplo.

2.3. Vantagens e desvantagens dos esquemas de particionamento

A utilização do GNU/Linux sob várias partições trás vantagens e desvantagens que variam de acordo com a aplicação. De uma forma geral, [Debian 2006] cita como as principais vantagens:

• Segurança. Caso haja algum problema, em alguma parte da hierarquia de diretórios, somente a partição que armazena aquela parte da hierarquia será afetada e o administrador não terá que recuperar todo o sistema. Por exemplo, imaginando que haja um problema de corrompimento de arquivos em /tmp e que este diretório esteja montado em uma partição própria, não haverá risco de perda de dados em outras partições, o que torna o sistema mais confiável.
• Crescimento descontrolado de dados. No caso de alguém ou algum programa começar a criar arquivos no sistema, com o intuito de encher o disco rígido, este problema ficará restrito à partição que foi alvo do ataque, evitando o comprometimento geral do sistema. Um exemplo bem prático, no caso de um servidor de e-mails, é o de se manter o diretório onde se localizam as mensagens eletrônicas (/var/spool/mail) em uma partição separada.
  
  Assim, caso algum usuário começasse a receber muitas mensagens, como spams, por exemplo, somente esta partição seria afetada, garantindo-se assim a segurança dos dados armazenados no sistema e possibilitando ao administrador uma solução mais prática para o problema.

É importante se observar que estes problemas podem ser solucionados através do uso de quotas de disco, que é um recurso que limita o uso do disco rígido para usuários e seus programas. O interessante é que as quotas de disco ainda podem ser combinadas com esquemas de particionamento, o que possibilita a criação de várias soluções diferentes para problemas deste tipo. Mais informações sobre quotas de disco podem ser encontradas em [Conectiva 2006].

[Conectiva 2006] ainda cita, como vantagem de se utilizar várias partições para a instalação do GNU/Linux, a facilidade de manutenção de cópias de segurança (backup), que é uma prática indicada para qualquer tipo de sistema e aplicação.

Dentre todas essas vantagens, a única desvantagem encontrada em [Debian 2006], é a impossibilidade de se prever as necessidades de espaço para cada partição, pois se o administrador alocar pouco espaço para uma partição, ficará faltando futuramente e, caso ele aloque espaço em demasia, este será um espaço desperdiçado no disco. Aparentemente esta pode ser uma desvantagem sem importância para muitos, mas é bastante séria, visto a dificuldade que é o redimensionamento de uma partição e o perigo de perda de dados que esta operação apresenta. Por isso, os tamanhos de cada partição devem ser definidos com muito cuidado e planejamento prévio, a fim de evitar futuros imprevistos.

O leitor mais cuidadoso poderia indicar, como outra desvantagem de se utilizar muitas partições, o aumento do tempo de acesso ao disco, já que este deveria buscar dados em várias partições, alocadas ao longo do disco rígido, a todo instante. Entretanto, por causa dos avanços na construção de discos rígidos, este tempo é pequeno o bastante para poder ser desprezado, fazendo com que esta possível desvantagem não exista.

2.4. Memória virtual

2.4.1. Introdução

Para que qualquer software possa ser executado, ele deve estar carregado na memória principal do computador (memória RAM). Acontece que em sistemas com pouca memória RAM, a mesma pode se esgotar rapidamente, tornando inviável o uso do computador. Por isso surgiu o conceito de memória virtual (memória secundária). A memória virtual nada mais é do que uma área do disco rígido (um arquivo ou uma partição), que é usada pelo computador como uma extensão da memória RAM e esta área é comumente chamada de espaço ou área de troca (swap space) [LSAG 2006].

A grande desvantagem desta técnica é que o acesso ao disco rígido é muito mais lento que o acesso à memória RAM. Por isso, quanto mais o sistema tiver que fazer uso da memória virtual, mais lento ele ficará [LSAG 2006].

2.4.2. O tamanho da área de troca

2.4.2.1. O problema

Como já foi dito, definir limites para partições é uma tarefa complicada e como a área de troca, no GNU/Linux, costuma ser deixada em uma partição separada, ela também sofre com este problema. O fato é que, ser for reservado pouco espaço para esta área, o sistema poderá não funcionar direito, por falta de memória (há relatos de compilações serem mal-sucedidas pela falta de memória) e se for reservado muito espaço, haverá desperdício de espaço em disco.

2.4.2.2. A solução

Muito é dito sobre fórmulas "mágicas", onde se multiplica a quantidade de memória RAM por uma constante, para se obter o tamanho da área de troca. Mas tais fórmulas não conseguem exprimir uma solução muito exata para o problema, induzindo muitas vezes o usuário, a alocar pouco ou muito espaço para esta área.

[LSAG 2006], no capítulo 6.5 (Allocating Swap Space - Alocando Espaço de Troca), define um conjunto de medidas úteis para se definir com mais precisão o tamanho da área de troca. Resumidamente, o que se encontra lá é o seguinte:

• Estimar as necessidades máximas de memória. Para isso, pode-se executar ao mesmo tempo todos os programas de uso mais comum pelo usuário e utilizar o comando free, para determinar quanto de memória está sendo consumida, lembrando-se de adicionar alguns Megabytes ao resultado final, por conta de possíveis programas esquecidos e já prevendo um aumento futuro de consumo de memória.
• Com o resultado obtido, deve-se subtrair a quantidade de memória RAM que o sistema possui, da quantidade encontrada. Caso o resultado seja muito maior que a quantidade de memória principal do sistema, este pode ser um sério indicador para investir na compra de mais memória RAM, para não correr o risco do sistema ficar muito lento.
  
  Vale lembrar também que, caso o resultado indique que não seja necessária uma área de troca, é interessante que o usuário mantenha, ainda assim, uma pequena área de troca, isto pois mesmo com memória sobrando, o Linux (Kernel) usará a Swap para armazenar blocos alocados na memória principal e que não estejam sendo usados, com o objetivo de liberar mais memória.

Uma última observação a ser feita, é que o gerenciador de memória do Linux limita cada área de troca a um tamanho de 2 GB, mas pode-se usar até oito áreas de troca simultaneamente, totalizando 16 GB de área de troca [LSAG 2006].

2.4.3. Conclusão

A memória virtual é um recurso muito interessante e necessário para vários usuários, mas seu uso deve ser limitado, para não tornar o sistema por demais lento. Para se definir o tamanho da área de troca. basta que o usuário tenha bom senso e procure prever quais e quantos programas ele pretende utilizar ao mesmo tempo no computador, para que se possa definir um bom tamanho para a área de troca.

2.5. Exemplo de esquema de particionamento

Um exemplo de um esquema de particionamento que pode ser utilizado em computadores domésticos e em servidores (com modificações, dependendo do tipo de servidor) seria o seguinte.

Dado um disco rígido de 40 GB, cria-se três partições primárias. A primeira com 64 MB, a segunda com 15360 MB e a terceira com 4544 MB. Nos 20992 MB restantes, cria-se uma partição estendida, de forma com que ela ocupe todo o espaço. Nesta partição estendida, criam-se cinco partições lógicas. A primeira com 10240 MB, a segunda com 7168 MB, a terceira com 2048 MB, a quarta com 1024 MB e a quinta com 512 MB. Desta forma o disco será totalmente preenchido.

Na instalação do GNU/Linux, define-se as seguintes partições com os respectivos pontos de montagem para o sistema. Na primeira partição primária (de 64 MB), será montado o diretório /boot. Desta forma os arquivos de carregamento do sistema ficam isolados e mais seguros. A segunda partição primária (15360 MB) fica reservada para o diretório /home, isolando-se assim os arquivos dos usuários e limitando sua utilização do disco. Na terceira partição primária (4544 MB) será montado o diretório raíz (/), com os arquivos de inicialização do sistema. Na primeira e na segunda partições lógicas (10240 MB e 7168 MB) serão armazenados, respectivamente, os diretórios /usr e /opt. Isto limita o espaço utilizado pelos programas que serão instalados no sistema. Na terceira e na quarta partições lógicas (2048 MB e 1024 MB) residirão os diretórios /var e /tmp. Por fim, a quinta partição lógica (512 MB) ficará reservada para área de troca.

Através desta divisão pode-se ter um panorama geral do sistema e assim pode-se prever o seu crescimento, além do fato de que os dados estarão protegidos em suas respectivas partições, o que garante mais segurança ao sistema.

2.6. Conclusão - Esquemas de particionamento

Nesta seção foram apresentados os principais conceitos a se saber sobre particionamento de discos, bem como motivações para se utilizar mais de uma partição para a instalação do GNU/Linux.

Apenas torna-se necessário enfatizar que, antes de se tomar qualquer decisão com relação ao esquema de particionamento a ser adotado, é preciso que algum tempo seja gasto com o planejamento desta ação (na verdade toda decisão deve ser precedida de um bom planejamento). Este planejamento é muito importante, para evitar possíveis transtornos causados pelo problema da definição prévia de espaço para cada partição.

Assim, o uso que será dado ao sistema deve ser bem claro (servidor de banco de dados, servidor de e-mails, workstation, uso doméstico e etc.), para que se possa prever de forma inteligente quanto de espaço cada partição possuirá, sem que haja desperdício e nem falta de espaço para elas.