Mantenimiento e Inventario del Subsistema Físico I

01Los Sistemas Informáticos

Un sistema informático es el conjunto de elementos físicos (hardware), lógicos (software) y humanos (usuarios y técnicos) que se organizan para recoger, almacenar, procesar y distribuir información. El operador de sistemas trabaja sobre todo con la parte física: la mantiene en servicio, la inventaría, sustituye lo que falla y vigila que funcione dentro de sus parámetros normales.

Clasificación de los sistemas informáticos

Estructura de un sistema informático

Desde el punto de vista físico, cualquier ordenador sigue el modelo de Von Neumann: una unidad central de proceso que ejecuta instrucciones, una memoria que guarda instrucciones y datos, un sistema de entrada/salida que comunica con el exterior y unos buses que conectan todo. En un servidor estas mismas piezas se duplican o se hacen redundantes (dos fuentes, varias CPU, controladoras RAID, tarjetas de red agregadas) para que un fallo no detenga el servicio.

1. Sistema central: CPU + memoria principal. Es el «cerebro» y la memoria de trabajo.
2. Sistema de E/S: controladores y periféricos (teclado, discos, red, impresoras).
3. Subsistema de comunicaciones: tarjetas de red, procesadores de comunicaciones y el cableado que une el equipo con otros.
4. Interconexión: jerarquía de buses (internos, de sistema, de expansión) y puertos externos.

02El Sistema Central: la Unidad Central de Proceso

La CPU (Central Processing Unit) interpreta y ejecuta las instrucciones de los programas. Su funcionamiento se resume en el ciclo de instrucción: búsqueda (fetch), decodificación, ejecución y escritura del resultado. Un reloj marca el ritmo de este ciclo; su frecuencia se mide en gigahercios (GHz).

Estructura interna

Funciones y tipos de procesadores

03Microprocesadores Actuales y Arquitecturas CISC y RISC

Las características que un operador debe saber leer en la ficha de un procesador son: número de núcleos e hilos, frecuencia base y turbo, tamaño de caché, TDP (potencia térmica de diseño, en vatios), zócalo, tipo de memoria soportada, número de líneas PCIe y extensiones de virtualización (Intel VT-x/VT-d, AMD-V/IOMMU).

Hoy la frontera está difuminada: los x86 decodifican internamente sus instrucciones CISC en microoperaciones de tipo RISC, y los ARM han ganado presencia en servidores y portátiles por su eficiencia energética. RISC-V es una arquitectura abierta y libre de licencias que se está extendiendo en sistemas embebidos.

04El Sistema de Memoria Principal

La memoria principal (RAM) guarda los programas en ejecución y sus datos. Es volátil: pierde el contenido al cortar la alimentación. Junto a ella existen memorias no volátiles como la ROM/flash del firmware.

Jerarquía de memorias

Cuanto más arriba en la jerarquía, más rápida, cara y pequeña es la memoria. El sistema funciona gracias al principio de localidad: los datos usados recientemente (localidad temporal) y los que están cerca de ellos (localidad espacial) se mantienen en los niveles superiores.

Características de la memoria principal

• Tipo y generación: DDR4, DDR5; en portátiles LPDDR soldada.
• Formato del módulo: DIMM (sobremesa y servidor), SO-DIMM (portátil), CAMM2 (nuevo formato de portátil).
• Frecuencia o velocidad de transferencia (MT/s) y latencias (CL).
• Capacidad por módulo y número de canales (dual, quad, ocho canales en servidores).
• ECC (corrección de errores): obligatoria en servidores; detecta y corrige errores de un bit.
• Registered/RDIMM o LRDIMM: módulos con búfer para admitir mucha capacidad en servidores.

Espacios de direccionamiento y mapas de memoria

El espacio de direccionamiento es el rango de direcciones que la CPU puede generar: 2³² (4 GB) con 32 bits y, en x86-64, 48 o 57 bits de direcciones virtuales. El mapa de memoria indica qué zona corresponde a la RAM, cuál al firmware y cuál a los dispositivos de E/S mapeados en memoria (MMIO). Por eso un sistema de 32 bits con 4 GB instalados «ve» menos memoria utilizable: parte del espacio lo ocupan los dispositivos.

05El Sistema de Entrada/Salida y los Periféricos

El sistema de E/S permite que la CPU se comunique con el exterior. Como los periféricos son mucho más lentos y diversos que la CPU, entre ambos se colocan controladores y técnicas que coordinan la transferencia.

Técnicas de E/S

Subsistema de E/S y controladores de periféricos

Cada periférico se conecta a través de un controlador (hardware) gobernado por un controlador de dispositivo o driver (software). El subsistema de E/S del sistema operativo ofrece una interfaz común, gestiona búferes y colas, y reparte los recursos: líneas de interrupción, direcciones de E/S y canales DMA.

Dispositivos periféricos: clasificación

Características técnicas que se comparan al elegir o sustituir un periférico: interfaz de conexión, velocidad de transferencia, resolución, consumo, compatibilidad con el sistema operativo y disponibilidad de controladores, ciclo de trabajo (en impresoras) y coste del material fungible.

06Subsistema de Comunicaciones, Buses, Puertos y Conectores

El subsistema de comunicaciones une el equipo con la red: tarjetas de red (NIC), adaptadores Wi-Fi, módems, procesadores de comunicaciones que descargan a la CPU (TCP offload, SmartNIC) y los elementos físicos de la red (cableado de par trenzado y fibra, conectores RJ-45 y LC, latiguillos, paneles de parcheo, switches).

Jerarquía de buses

Direccionamiento, tipos de transferencia y temporización

• Líneas de un bus: de datos, de direcciones y de control.
• Tipos de transferencia: lectura, escritura, lectura-modificación-escritura y transferencia en ráfaga (burst).
• Bus síncrono: las operaciones se rigen por una señal de reloj común. Es sencillo y rápido, pero todos los dispositivos deben ir al ritmo del reloj.
• Bus asíncrono: usa señales de petición y reconocimiento (handshake). Admite dispositivos de distinta velocidad.
• Ciclo partido (split transaction): el bus se libera mientras el dispositivo prepara la respuesta, para que otro pueda usarlo. Mejora mucho el aprovechamiento.
• Los buses modernos (PCIe, USB, SATA) son serie y punto a punto con líneas diferenciales, en lugar de los antiguos buses paralelos compartidos.

Puertos y conectores habituales

07Arquitecturas Multiprocesador, Escalables y Distribuidas

Cuando un único procesador no basta se recurre al paralelismo: varias CPU dentro de un mismo equipo o varios equipos que cooperan.

Los servidores multizócalo actuales son NUMA (Non-Uniform Memory Access): cada procesador tiene su memoria «cercana» y accede más despacio a la del otro. El sistema operativo intenta ejecutar cada proceso en el nodo donde están sus datos.

Arquitecturas escalables y distribuidas

• Escalado vertical (scale-up): añadir CPU, memoria o discos a un mismo equipo. Sencillo, pero con un techo físico.
• Escalado horizontal (scale-out): añadir más equipos que trabajan juntos. Casi sin límite, pero más complejo de gestionar.
• Ventajas de lo distribuido: tolerancia a fallos, crecimiento por partes, posibilidad de usar hardware estándar.
• Inconvenientes: complejidad de administración, dependencia de la red, problemas de coherencia de datos y más puntos que vigilar.

08Herramientas de Diagnóstico y Detección de Dispositivos

Antes de abrir un equipo hay que saber qué tiene y en qué estado está. Las herramientas de diagnóstico se agrupan en varios tipos.

09Conceptos sobre Almacenamiento Masivo

Un dispositivo de almacenamiento masivo guarda grandes volúmenes de datos de forma no volátil. Para comparar unos con otros se usan siempre los mismos parámetros.

Tipos de dispositivos

10Interfaces de Almacenamiento y Tecnologías de Conexión

La interfaz determina cómo se conecta el dispositivo, a qué velocidad y a qué distancia. El BOE cita IDE, Fibre Channel, SCSI, SAS e iSCSI; añadimos SATA y NVMe, hoy dominantes.

11Protección de Discos: RAID

RAID (Redundant Array of Independent Disks) combina varios discos para ganar rendimiento, tolerancia a fallos o ambas cosas. Puede implementarse por hardware (controladora con caché y batería o supercondensador), por firmware/BIOS (fake RAID) o por software (mdadm en Linux, Espacios de almacenamiento en Windows, ZFS).

Conceptos operativos

• Disco de reserva (hot spare): disco instalado y sin uso que la controladora incorpora automáticamente cuando otro falla.
• Reconstrucción (rebuild): la controladora regenera los datos del disco caído. Mientras dura, el conjunto está degradado y es vulnerable.
• Intercambio en caliente (hot swap): sustitución del disco sin apagar el servidor, en bahías preparadas.
• Verificación periódica (patrol read / scrub): lectura completa para detectar sectores defectuosos antes de que hagan falta.
• Caché de escritura con protección (BBU o flash): acelera las escrituras sin perder datos si se va la luz.

12Redes de Almacenamiento: SAN y NAS

Cuando el almacenamiento se separa de los servidores y se comparte en red, aparecen tres modelos que conviene distinguir bien.

Componentes de una SAN

• Cabina de almacenamiento con controladoras redundantes, discos y caché.
• Switches FC (fabric) o switches Ethernet dedicados para iSCSI.
• HBA (Host Bus Adapter) en los servidores, o tarjetas de red con iniciador iSCSI.
• Zonificación (zoning) en el switch y enmascaramiento de LUN (LUN masking) en la cabina, para que cada servidor vea solo sus volúmenes.
• Multipath: varios caminos físicos entre servidor y cabina para tolerar el fallo de un cable o una controladora.

13Gestor de Volúmenes Lógicos (LVM)

LVM (Logical Volume Manager) añade una capa entre los discos y los sistemas de archivos. Así se pueden crear, ampliar o mover volúmenes sin depender del tamaño de un disco concreto. En Windows cumplen una función equivalente los discos dinámicos y los Espacios de almacenamiento.

1. Volumen físico (PV): un disco o partición preparado para LVM (pvcreate).
2. Grupo de volúmenes (VG): unión de uno o varios PV en un «depósito» de espacio (vgcreate).
3. Volumen lógico (LV): porción del VG que se formatea y se monta como si fuera una partición (lvcreate).
4. Extensiones (PE/LE): bloques de tamaño fijo en que se divide el espacio; permiten mover datos entre discos.

• Ventajas: crecimiento en caliente, instantáneas (snapshots) para hacer copias coherentes, migración de datos entre discos sin parar el servicio.
• Riesgo: un VG repartido entre discos sin RAID depende de todos ellos; si falla uno, se pierde el volumen. Por eso LVM se combina con RAID.

14Componentes de un Subsistema de Almacenamiento en Disco

LED típicos de una bahía de disco

15Procedimientos de Diagnóstico de Discos

Indicadores de diagnóstico

• LED de la bahía y del panel frontal del servidor o la cabina.
• Mensajes de la controladora en el arranque y en su utilidad de configuración.
• Registro de eventos del sistema (Visor de eventos, journalctl, dmesg) y del BMC (SEL).
• Atributos SMART: sectores reasignados, sectores pendientes, errores CRC, horas de funcionamiento, temperatura y desgaste en SSD.
• Síntomas físicos: ruidos de clic, chirridos, calentamiento excesivo o vibraciones.

Herramientas software de diagnóstico

Herramientas hardware de diagnóstico

• Comprobador de fuentes de alimentación y polímetro para verificar tensiones (+12 V, +5 V, +3,3 V).
• Estaciones de clonado o duplicadores para extraer datos de un disco que falla.
• Adaptadores USB-SATA/NVMe para analizar un disco en otro equipo.
• Paneles LCD y LED de diagnóstico de servidores y cabinas.

16Manejo ESD y Sustitución de Componentes

La descarga electrostática (ESD) es el paso brusco de electricidad estática acumulada en nuestro cuerpo a un componente. Basta una descarga de pocos cientos de voltios, que ni siquiera notamos, para dañar un chip o dejarlo degradado de forma latente: falla días después, lo que hace muy difícil encontrar la causa.

Precauciones con componentes sensibles a la estática

• Usar pulsera antiestática conectada a tierra o al chasis sin pintar, y alfombrilla ESD.
• Mantener los componentes en su bolsa antiestática hasta el momento de instalarlos.
• Coger las tarjetas por los bordes, sin tocar contactos ni chips.
• Evitar ropa de lana o sintética y moqueta; mantener una humedad relativa del 40-60 %.
• Trabajar con el equipo apagado y desconectado, salvo en componentes hot-swap diseñados para ello.
• Identificar las zonas EPA (área protegida contra ESD) y el símbolo de dispositivo sensible.

Procedimiento de sustitución de una unidad de disco (hot-swap)

1. 1. Identificar: confirma en la consola de la controladora qué disco ha fallado (bahía, número de serie) y enciende su LED de localización.
2. 2. Verificar el estado del RAID: el conjunto debe estar degradado pero en línea. Si hay más de un disco afectado, para y escala la incidencia.
3. 3. Preparar el repuesto: mismo tipo de interfaz, capacidad igual o mayor y firmware compatible. Colócate la pulsera ESD.
4. 4. Extraer: pulsa el pestillo de la bandeja, sácala unos centímetros, espera unos 30 segundos a que el disco deje de girar y retírala del todo.
5. 5. Insertar: monta el disco nuevo en la bandeja, introdúcelo hasta el tope y cierra la palanca.
6. 6. Comprobar: verifica que empieza la reconstrucción (o que entra el disco de reserva) y vigila su avance.
7. 7. Documentar: anota la fecha, el número de serie retirado e instalado y el número de caso del fabricante. Gestiona la devolución o la destrucción segura del disco retirado.

Sustitución de otros componentes y comprobación

• Fuentes y ventiladores redundantes: normalmente se cambian en caliente; comprueba después que el LED de estado está en verde.
• Memoria, CPU o tarjetas: requieren parada planificada, salvo en equipos de gama muy alta.
• Tras cualquier sustitución: revisa el registro de eventos, ejecuta un diagnóstico rápido, comprueba que el servicio funciona y actualiza el inventario.

17Cableado, Armarios de Montaje y Gestores de Almacenamiento

Cableado del subsistema de disco

• Etiquetar ambos extremos de cada cable con origen y destino.
• Respetar el radio de curvatura mínimo, sobre todo en fibra óptica.
• Separar el cableado de datos del eléctrico y usar guías de cables.
• En SAS con doble ruta, conectar cada controladora a un expansor distinto.

Armarios de montaje (rack)

Los equipos de centro de datos se montan en armarios de 19 pulgadas de ancho. La altura se mide en unidades rack (1U = 44,45 mm); un armario típico tiene 42U o 47U.

• Lo más pesado (SAI, cabinas de discos) va abajo, para que el armario no vuelque.
• Usar raíles deslizantes y no montar ni desmontar equipos pesados en solitario.
• Respetar el flujo de aire de frontal a trasera, con pasillos fríos y calientes, y poner paneles ciegos en los huecos vacíos.
• Dos regletas (PDU) alimentadas por circuitos distintos para los equipos con doble fuente.
• Conectar el armario a la toma de tierra y estabilizarlo con patas niveladoras o anclajes.

Simbología e identificación

Configuraciones básicas y gestores de almacenamiento

Los gestores de almacenamiento son las consolas que administran la controladora o la cabina: utilidades de arranque (Ctrl+R, F2…), aplicaciones web (Dell OpenManage, HPE Smart Storage Administrator, Synology DSM, TrueNAS) y órdenes de línea de comandos. Desde ellas se crean volúmenes RAID, se asignan discos de reserva, se activa la caché, se actualiza el firmware y se consultan los registros.

18Tareas Básicas del Operador de Cintas

La cinta magnética sigue siendo el medio más barato por TB para copias de seguridad y archivo a largo plazo, y aporta algo muy valioso frente al ransomware: un cartucho retirado de la unidad está desconectado de la red (air gap).

1. Encendido y apagado de unidades en rack: seguir el orden del fabricante (normalmente primero la librería y después el servidor, que así la detecta al arrancar) y no apagar nunca con un cartucho en uso.
2. Protección contra escritura: desplazar la pestaña del cartucho a la posición de bloqueo (candado) para que no se pueda sobrescribir.
3. Inserción y extracción manual: introducir el cartucho con la orientación que indica la flecha hasta que la unidad lo cargue; para sacarlo, pulsar «Unload» y esperar a que la cinta se rebobine y la unidad lo expulse.
4. Identificación de cartuchos defectuosos: carcasa rota, pestaña dañada, etiqueta despegada, cinta visible o mensajes de error repetidos en varias unidades con el mismo cartucho.
5. Limpieza de las unidades: insertar un cartucho de limpieza cuando lo pida la unidad (LED o mensaje «Clean»). En librerías puede ser automática.
6. Carga del programa inicial (IPL): en mainframes, arrancar el sistema desde una unidad de cinta o disco designada.
7. Tareas con el menú del sistema: poner unidades en línea o fuera de línea, ver la configuración, consultar el inventario de cartuchos y los registros de error.

19Unidades de Cinta y el Estándar TapeAlert

Características y componentes de una unidad de cinta

• Formato y generación soportados (por ejemplo, LTO-9) y compatibilidad hacia atrás.
• Capacidad nativa y comprimida, y velocidad de transferencia.
• Interfaz: SAS, Fibre Channel o, en unidades antiguas, SCSI.
• Componentes: mecanismo de carga, cabezales de lectura/escritura, guías de cinta, motores, electrónica con búfer y panel con LED.
• Formato: unidad interna (media altura o altura completa), externa de sobremesa o módulo para librería.

Procedimiento de instalación de una unidad de cinta

1. 1. Comprobar la compatibilidad con el servidor, la HBA y el software de copia.
2. 2. Instalar la HBA SAS o FC si hace falta y conectar el cable con el servidor apagado.
3. 3. Encender primero la unidad y después el servidor.
4. 4. Instalar el controlador y comprobar que el sistema la detecta.
5. 5. Actualizar el firmware de la unidad a la versión que recomienda el fabricante del software de copia.
6. 6. Hacer una prueba de escritura y lectura con un cartucho de prueba.

Mensajes de la unidad y el estándar TapeAlert

TapeAlert es un estándar del sector que permite que la unidad o la librería informe al software de copia de su estado mediante hasta 64 indicadores (flags) normalizados. Cada flag tiene un nivel de gravedad: Información, Aviso (Warning) o Crítico.

Panel de control e indicadores

El panel frontal suele tener LED de listo (Ready), de actividad, de limpieza (Clean) y de fallo (Fault), además de un botón de expulsión. Algunas unidades muestran un código de error de un solo carácter (SCD) que se interpreta con la tabla del manual.

20Cartuchos de Cinta: Formatos, WORM y Cuidados

Otros formatos con los que puede encontrarse el operador: IBM 3592/TS11xx y Oracle StorageTek T10000 (empresariales), y formatos ya obsoletos (DAT/DDS, DLT, AIT) que solo se conservan para leer copias antiguas.

Componentes externos y memoria del cartucho

• Carcasa, bobina única con la cinta, pin guía (leader pin) y puerta de acceso.
• Pestaña de protección contra escritura.
• Etiqueta de código de barras (por ejemplo, 000123L9: número de volumen más el tipo de soporte), que la librería lee para identificarlo.
• Chip de memoria (LTO-CM), sin contacto, que guarda el historial de uso, los errores y el índice. El software lo consulta sin leer la cinta.

Cartuchos WORM

WORM (Write Once Read Many: se escribe una vez y se lee muchas) impide modificar o borrar lo escrito; solo se puede añadir datos al final. Se usan para cumplir normativas de conservación (fiscal, sanitaria, judicial) y como defensa ante el ransomware. Se distinguen por su carcasa bicolor.

Información, manejo, cuidado y limpieza

• Almacenar en vertical, en su estuche, a 16-25 °C y 20-50 % de humedad relativa para archivo a largo plazo.
• Lejos de motores, transformadores, imanes y altavoces.
• Llevar un registro de usos o pasadas (las cintas tienen una vida limitada) y retirar las que superen el límite.
• Usar solo cartuchos de limpieza del tipo correcto (universal LTO) y retirarlos al llegar a su número máximo de usos (unos 50).
• Rotar los cartuchos según el esquema definido (por ejemplo, abuelo-padre-hijo) y guardar una copia fuera del edificio.

21Librerías de Cintas y Virtualización en Cinta

Una librería (o biblioteca) de cintas es un sistema robotizado que contiene varias unidades de cinta y decenas o miles de ranuras para cartuchos. Un brazo robot (picker) mueve los cartuchos entre las ranuras y las unidades sin intervención humana.

Componentes principales

Modos y estados operativos

Procedimientos del operador

1. Desde el panel (básicos): consultar el estado, hacer el inventario (escaneo de códigos de barras), importar y exportar cartuchos por el mailslot, limpiar unidades y ver los registros.
2. Desde el gestor de biblioteca (avanzados): configurar particiones, actualizar el firmware, programar limpiezas automáticas, configurar avisos por correo o SNMP y descargar registros para soporte.
3. En modo manual: pasar la librería a fuera de línea antes de abrir puertas, mover los cartuchos con cuidado y volver a hacer el inventario al cerrar.
4. Ante anomalías: robot atascado, cartucho que no se descarga o error de código de barras: anotar el código de error, no forzar nada, intentar el procedimiento de recuperación del manual y escalar al fabricante.

Virtualización en cinta (VTL)

Una VTL (Virtual Tape Library) es un sistema basado en disco que se presenta ante el software de copia como si fuera una librería de cintas. Las copias se hacen muy rápido sobre disco (a menudo con deduplicación) y después, si se quiere, se pasan a cinta física para guardarlas fuera del edificio. El operador mantiene las mismas tareas lógicas (importar, exportar, inventariar), pero sin manipular cartuchos.