Aprenda Linux, 101: Layout do disco rígido

Planejando suas partições de disco rígido

Aprenda como projetar um layout de partição para discos em um sistema® Linux. Use o material neste artigo para se preparar para o exame LPI 101 de certificação de administrador de sistema Linux ou simplesmente por diversão.

Ian Shields, Senior Programmer, IBM

Ian ShieldsIan Shields trabalha em vários dos projetos Linux para a zona Linux do developerWorks. Ele é um programador senior da IBM em Research Triangle Park, NC. Ele iniciou na IBM em Canberra, Austrália, como um Engenheiro de Sistemas em 1973 e, desde então, trabalhou em sistemas de comunicações e computação disseminada em Montreal, no Canadá, e em RTP na Carolina do Norte, nos Estados Unidos. Ele possui diversas patentes. Sua graduação é em matemática pura e filosofia na Australian National University. Ele possui mestrado em ciências e é doutor em ciências da computação na Universidade do Estado da Carolina do Norte.


nível de autor Contribuidor do
        developerWorks

30/Mar/2010

Sobre esta série

Esta série de artigos destina-se a elucidar as tarefas de administração de sistema Linux. Também é possível usar os materiais nestes artigos como preparação para os exames Linux Professional Institute Certification level 1 (LPIC-1).

Consulte a nossa série roteiros para obter a descrição e o link para cada um dos artigos nesta série. O roteiro está em andamento e reflete os últimos objetivos (abril de 2009) dos exames LPIC-1: à medida que formos concluindo estes artigos, eles serão adicionados ao roteiro. Enquanto isso, é possível achar versões anteriores do mesmo material, que dão suporte aos objetivos do LPIC-1 anteriores a abril de 2009, em nossos tutoriais de preparação para o exame de certificação LPI.

Visão geral

Neste artigo, aprenda como projetar um layout de particionamento de disco para um sistema Linux. Aprenda a:

  • Aloque sistemas de arquivos e troque espaço para separar partições ou discos
  • Ajuste o design ao uso pretendido do sistema
  • Garanta que o sistema possa ser inicializado

Este artigo o ajuda a se preparar para o Objetivo 102.1 do Tópico 102 do exame do Junior Level Administration do Linux Professional Institute (LPIC-1) 101. O objetivo possui peso 2.

Observação: Este artigo trata basicamente de planejamento de layout. Para as etapas de implementação, consulte os artigos do Tópico 104 (descrito em nosso roteiro de séries).

Pré-requisitos

Para tirar o máximo dos artigos desta série, é necessário ter conhecimento básico de Linux e possuir um sistema Linux funcional em que seja possível praticar os comandos aqui abordados. Algumas vezes, é possível que versões diferentes de determinado programa formatem a saída de modo diferente, assim, pode ser que seus resultados não sejam exatamente iguais às listas e figuras exibidas neste documento.


Visão geral do sistema de arquivos

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Um sistema de arquivos Linux contém arquivos organizados em um disco ou outro dispositivo de armazenamento em bloco em diretórios. Assim como com muitos outros sistemas, os diretórios em um sistema Linux pode conter outros diretórios chamados de subdiretórios. Ao contrário de um sistema como o Microsoft® Windows® com um conceito de sistemas de arquivos separados em diferentes letras de unidades (A:, C:, etc.), o sistema de arquivos Linux é uma única árvore com o diretório / como seu diretório raiz.

Você pode se perguntar por que o layout do disco é importante se o sistema de arquivos é apenas uma árvore grande. Bem, o que realmente ocorre é que cada dispositivo em bloco, como a partição de unidade de disco rígido, o CD-ROM ou o disco flexível, na verdade tem um sistema de arquivos sobre ele. Crie uma única visualização em árvore do sistema de arquivos montando os sistemas de arquivos em dispositivos diferentes em um ponto na árvore denominado ponto de montagem.

Em geral, o kernel inicia esse processo de montagem pela montagem do sistema de arquivos em alguma partição da unidade de disco rígido, como /. É possível montar outras partições de unidade de disco rígido, como /boot, /tmp ou /home. Pode-se montar o sistema de arquivos em uma unidade de disquete como /mnt/floppy e o sistema de arquivos em um CD-ROM como /media/cdrom1, por exemplo. Você pode também montar arquivos de outros sistemas de arquivos usando um sistema de arquivos como NFS. Há outros tipos de montagens de arquivo, mas isso dá uma ideia do processo. Embora o processo de montagem realmente monte o sistema de arquivos em algum dispositivo, é comum, simplesmente falando, você "montar o dispositivo", o que quer dizer "montar o sistema de arquivos no dispositivo".

Agora, suponha que você acabou de montar o sistema de arquivos raiz (/) e quer montar um CD-ROM, /dev/sr0, no ponto de montagem /media/cdrom. Um ponto de montagem deve existir antes de você montar o CD-ROM sobre ele. Quando você monta o CD-ROM, os arquivos e os subdiretórios no CD-ROM se tornam os arquivos e subdiretórios dentro e abaixo de /media/cdrom. Quaisquer arquivos ou subdiretórios já presentes em /media/cdrom não ficam mais visíveis, embora eles ainda existam no dispositivo em bloco que tinha o ponto de montagem /media/cdrom. Se o CD-ROM for desmontado, os arquivos originais e os subdiretórios ficarão visíveis novamente. Evite esse problema não armazenando outros arquivos em um diretório destinado para uso como um ponto de montagem.

A Tabela 1 mostra os diretórios exigidos em / pelo padrão de hierarquia do sistema de arquivos (para mais detalhes sobre FHS, consulte Recursos).

Tabela 1. Diretórios de FHS em /
DiretórioDescrição
binBinários essenciais de comando
bootArquivos estáticos do loader de boot
devArquivos de dispositivo
etcConfiguração do sistema específica para host
libBibliotecas compartilhadas e módulos kernel essenciais
mediaPonto de montagem para mídia removível
mntPonto de montagem para montar um sistema de arquivos temporariamente
optPacotes de software de aplicativo complementar
sbinBinários essenciais de sistema
srvDados para serviços fornecidos por esse sistema
tmpArquivos temporários
usrHierarquia secundária
varDados variáveis

Partições

A primeira unidade SCSI normalmente é a /dev/sda. Em um sistema Linux mais antigo, a primeira unidade de disco rígido IDE é /dev/hda. Com o advento de unidades IDE serially attached (SATA), um sistema misto PATA/SATA usaria às vezes a /dev/hda para a primeira unidade PATA e a /devsda para a primeira unidade SATA. Em sistemas mais novos, todas as unidades IDE são nomeadas como /dev/sda, /dev/sdb, e assim por diante. A mudança de nome de unidades IDE é resultado do sistema hot plug, que suportava inicialmente unidades USB. O hot plug permite que você se conecte a novos dispositivos e os use imediatamente, e agora é usado para todos os dispositivos, sejam eles construídos no sistema ou conectados posteriormente a um sistema em execução usando USB ou Firewire (IEEE 1394) ou potencialmente outros tipos de conexão.

Normalmente, uma unidade de disco rígido é formatada em setores de 512 bytes. Todos os setores de um prato de disco que podem ser lidos sem a movimentação do cabeçote constituem uma faixa. Os discos geralmente têm mais de um prato. O conjunto de faixas de vários pratos que podem ser lidos sem a movimentação do cabeçote é chamado de cilindro. A geometria de uma unidade de disco rígido é expressa em cilindros, faixas (ou cabeçotes) por cilindro e setores/faixa. No momento em que este artigo foi escrito, os fabricantes de unidades estão começando a introduzir discos com setores de 4 K. Se um sistema de arquivos ainda considera setores de 512 bytes, você pode perder desempenho se uma partição não começa em um setor que esteja em um limite de 4 K.

Limitações em tamanhos possíveis para cilindros, cabeçotes e setores usados com sistemas operacionais DOS em sistemas de PC resultaram em valores de geometria de conversão de BIOS, para que discos rígidos maiores pudessem ser suportados. No final das contas, mesmo esses métodos foram insuficientes. Desenvolvimentos mais recentes na tecnologia de disco rígido levaram ao endereçamento de bloco lógico (LBA), portanto, as medições de geometria CHS são menos importantes, e a geometria relatada em um disco moderno pode ter pouca ou nenhuma relação com o layout real físico do setor. Os discos maiores em uso hoje forçaram uma extensão para LBA conhecida como LBA48, que reserva até 48 bits para números de setores.

O espaço em uma unidade de disco rígido é dividido (ou particionado) em partições. As partições não podem se sobrepor; o espaço não alocado a uma partição é chamado de espaço livre. As partições têm nomes como /dev/hda1, /dev/hda2, /dev/hda3, /dev/sda1 etc. As unidades IDE são limitadas a 63 partições em sistemas que não usam suporte de hot plug para unidades IDE. Unidades SCSI, unidades USB e unidades IDE suportadas por hot plug são limitadas a 15 partições. Uma partição é frequentemente alocada como um número integral de cilindros (com base na noção possivelmente incorreta de um cilindro).

Se dois programas de particionamento diferentes tiverem entendimentos diferentes da geometria de disco nominal, é possível que um programa de particionamento relate um erro ou problema possível com partições criadas por outro programa de particionamento. É possível também ver esse tipo de problema se um disco for movido de um sistema para outro, particularmente se os recursos do BIOS forem diferentes.

É possível ver a geometria nominal em um sistema Linux usando ferramentas parted ou fdisk. Sistemas Linux mais antigos também relataram geometria no sistema de arquivos /proc, em um arquivo como /proc/ide/hda/geometry, um arquivo que pode não estar presente em sistemas mais novos. A Listagem 1 mostra como usar o comando fdisk para exibir as partições e geometria de uma unidade de disco rígido IDE com anexo SATA. O parâmetro -v de fdisk mostra a versão. Será preciso ser raiz ou ter autoridade de raiz através de sudo, como mostrado aqui, para exibir ou manipular a tabela de partição.

Listagem 1. Geometria de disco rígido
			ian@attic4:~$ fdisk -v
fdisk (util-linux-ng 2.16)
ian@attic4:~$ sudo fdisk /dev/sdb
[sudo] password for ian: 

The number of cylinders for this disk is set to 30401.
There is nothing wrong with that, but this is larger than 1024,
and could in certain setups cause problems with:
1) software that runs at boot time (e.g., old versions of LILO)
2) booting and partitioning software from other OSs
   (e.g., DOS FDISK, OS/2 FDISK)

Command (m for help): p

Disk /dev/sdb: 250.1 GB, 250059350016 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 30401 cylinders
Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Disk identifier: 0x000404d6

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1               1          25      200781   83  Linux
/dev/sdb2              26       12965   103940550   83  Linux
/dev/sdb3           12966       30401   140054670   83  Linux

Command (m for help):

Observe que, na Listagem 1, fdisk imprime um aviso sobre a posição nominal para o fim do cilindro 1024. O cilindro 1024 é importante em alguns sistemas mais antigos em que o BIOS só consegue inicializar partições que estão completamente dentro dos primeiros 1024 cilindros de um disco. Isso é mais possível de ocorrer em um BIOS que não possui suporte LBA, ou em alguns gerenciadores de inicialização mais antigos. Em geral, não é um problema de máquinas modernas, embora você deva ficar ciente de que o limite pode existir.

É possível usar fdisk para exibir unidades em setores, usando a opção -u, ou usar o subcomando u em modo interativo para alternar entre setores e cilindros. O comando parted suporta várias unidades diferentes. A Listagem 2 ilustra o uso de unidades diferentes em parted para o mesmo disco, como usado na Listagem 1.

Listagem 2. Usando unidades diferentes com parted
ian@attic4:~$ sudo parted /dev/sdb
[sudo] password for ian: 
GNU Parted 1.8.8.1.159-1e0e
Using /dev/sdb
Welcome to GNU Parted! Type 'help' to view a list of commands.
(parted) help u                                                          
  unit UNIT                                set the default unit to UNIT

	UNIT is one of: s, B, kB, MB, GB, TB, compact, cyl, chs, %, kiB, MiB,
        GiB, TiB
(parted) p                                                                
Model: ATA HDT722525DLA380 (scsi)
Disk /dev/sdb: 250GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos

Number  Start   End    Size   Type     File system  Flags
 1      32.3kB  206MB  206MB  primary  ext3
 2      206MB   107GB  106GB  primary  ext4
 3      107GB   250GB  143GB  primary  ext3

(parted) u s                                                              
(parted) p                                                                
Model: ATA HDT722525DLA380 (scsi)
Disk /dev/sdb: 488397168s
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos

Number  Start       End         Size        Type     File system  Flags
 1      63s         401624s     401562s     primary  ext3
 2      401625s     208282724s  207881100s  primary  ext4
 3      208282725s  488392064s  280109340s  primary  ext3

(parted) u chs                                                            
(parted) p                                                                
Model: ATA HDT722525DLA380 (scsi)
Disk /dev/sdb: 30401,80,62
Sector size (logical/physical): 512B/512B
BIOS cylinder,head,sector geometry: 30401,255,63.  Each cylinder is 8225kB.
Partition Table: msdos

Number  Start      End           Type     File system  Flags
 1      0,1,0      24,254,62     primary  ext3
 2      25,0,0     12964,254,62  primary  ext4
 3      12965,0,0  30400,254,62  primary  ext3

(parted)

Observe que a aparente discrepância entre o cilindro inicial e os cilindros finais mostrados pela saída de parted e fdisk é devido ao fato de que parted começa a contar os cilindros a partir de 0, enquanto fdisk começa a contá-los a partir de 1. A Listagem 3 mostra que fdisk possui o mesmo setor inicial e final de parted.

Listagem 3. Verificando os números de início e fim de setor
ian@attic4:~$ sudo fdisk -ul /dev/sdb

Disk /dev/sdb: 250.1 GB, 250059350016 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 30401 cylinders, total 488397168 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Disk identifier: 0x000404d6

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1              63      401624      200781   83  Linux
/dev/sdb2          401625   208282724   103940550   83  Linux
/dev/sdb3       208282725   488392064   140054670   83  Linux
ian@attic4:~$ echo $(( 208282725 / 255 / 63 ))
12965

Tipos de partição

Há três tipos de partição em unidades IDE: primária, lógica e estendida. A tabela de partições está localizada no registro de boot mestre (MBR) de um disco. O MBR é o primeiro setor do disco, portanto, a tabela de partições não ocupa grande parte dele. Isso limita o número de partições primárias em um disco a quatro. Quando mais de quatro partições forem necessárias, o que geralmente é o caso, uma das partições primárias deve se tornar uma partição estendida.

Uma partição estendida é simplesmente um contêiner para uma, ou normalmente mais partições lógicas. Esse esquema de particionamento foi originalmente usado com MS DOS e PC DOS e permite que discos de PC sejam usados por sistemas DOS, Windows ou Linux. Um disco pode conter apenas uma partição estendida. Os dados são armazenados nas partições lógicas dentro da partição estendida. Não é possível armazenar dados em uma partição estendida sem primeiro criar uma partição lógica nela.

O Linux numera as partições primárias ou estendidas de 1 a 4, portanto, dev/sda pode ter quatro partições primárias, /dev/sda1, /dev/sda2, /dev/sda3 e /dev/sda4. Ou ter uma única partição primária /dev/sda1 e uma partição estendida /dev/sda2. Se partições lógicas forem definidas, elas serão numeradas a partir de 5, portanto, a primeira partição lógica em /dev/sda será /dev/sda5, mesmo se não houver nenhuma partição primária e houver uma partição estendida (/dev/sda1) no disco. Assim, se quiser mais de quatro partições em uma unidade IDE, você perderá um número de partição para a partição estendida. Embora o número teórico máximo de partições em um disco IDE seja agora limitado a 15 por kernel com hot plug, você pode ou não ser capaz de criar as últimas. Tenha cuidado e verifique se tudo pode funcionar se estiver planejando usar mais de 12 partições em uma unidade.

O disco usado nos exemplos anteriores possui três partições primárias, todas formatadas para uso em Linux. Duas usam o sistema de arquivos ext3, enquanto a outra usa ext4. A Listagem 4 mostra a saída do comando partedp para uma unidade interna com partições primárias, estendidas e lógicas em um sistema Ubuntu 9.10 e para uma unidade USB anexada a um sistema Fedora 12. Observe os diferentes tipos de sistema de arquivos. Observe também que você pode especificar um ou mais comandos parted na linha de comando para evitar o modo interativo.

Listagem 4. Exibindo a tabela de partição com parted
ian@attic4:~$ sudo parted /dev/sda u s p
[sudo] password for ian: 
Model: ATA WDC WD6401AALS-0 (scsi)
Disk /dev/sda: 1250263728s
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos

Number  Start       End          Size         Type      File system     Flags
 1      63s         2040254s     2040192s     primary   ext3
 2      2040255s    22523129s    20482875s    primary   linux-swap(v1)
 4      22523130s   1250258624s  1227735495s  extended                  boot
 5      22523193s   167397299s   144874107s   logical   ext3
 6      167397363s  310761359s   143363997s   logical   ext3
 7      310761423s  455442749s   144681327s   logical   ext3
 8      455442813s  600092009s   144649197s   logical   ext3
[root@echidna ~]# parted /dev/sdc p
Model: WD My Book (scsi)
Disk /dev/sdc: 750GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
Partition Table: msdos

Number  Start   End    Size    Type      File system  Flags
 1      32.3kB  135GB  135GB   primary   fat32        lba
 2      135GB   750GB  616GB   extended
 5      135GB   292GB  157GB   logical   ext3
 6      292GB   479GB  187GB   logical   ext3
 7      479GB   555GB  76.5GB  logical   ext3
 8      555GB   750GB  195GB   logical   ext3

Alocando espaço em disco

Como mencionado anteriormente, um sistema de arquivos Linux é uma única árvore grande com raiz em /. Fica bem óbvio por que os dados em discos flexíveis ou CD-ROMs devem ser montados, mas talvez menos óbvio por que você deve considerar a separação dos dados armazenados em discos rígidos. Alguns bons motivos para separar sistemas de arquivos incluem:

  • Arquivos de boot. Alguns arquivos devem estar acessíveis ao loader de boot ou BIOS no momento do boot.
  • Vários discos rígidos Em geral, cada unidade de disco rígido será divida em uma ou mais partições, cada uma com um sistema de arquivos que deve ser montado em algum lugar na árvore do sistema de arquivos.
  • Arquivos que podem ser compartilhados. Diversas imagens de sistema podem compartilhar arquivos estáticos como arquivos de programa executáveis. Arquivos dinâmicos, como diretórios iniciais do usuário ou arquivos de spool de e-mail, podem também ser compartilhados, de modo que os usuários possam fazer login em qualquer uma das várias máquinas em uma rede e ainda usar o mesmo diretório inicial e sistema de e-mail.
  • Estouro potencial. Se um sistema de arquivos puder atingir 100% de sua capacidade, geralmente será uma boa ideia separar isso dos arquivos necessários para a execução do sistema.
  • Cotas. As cotas limitam a quantidade de espaço que os usuários ou grupos podem usar em um sistema de arquivos.
  • Montagem somente leitura. Antes do advento dos sistemas de arquivos de journaling, a recuperação de um sistema de arquivos após um travamento geralmente levava um bom tempo. Por isso, os sistemas de arquivos que raramente são alterados (como um diretório de programas executáveis) podem ser montados somente leitura, para não se perder tempo verificando-o após um travamento do sistema.

Além do uso do sistema de arquivos já abordado, é preciso também considerar a alocação de espaço de troca em disco. Para um sistema Linux, é geralmente uma, ou possivelmente várias, partições dedicadas.


Fazendo escolhas

Vamos considerar que você esteja configurando um sistema que tenha pelo menos uma unidade de disco rígido e queira inicializar a partir da unidade de disco rígido. (Este artigo não aborda a configuração de uma estação de trabalho sem discos que seja inicializada por uma LAN ou considerações para o uso de um sistema Linux de live CD ou DVD.) Embora possa ser possível alterar os tamanhos da partição posteriormente, isso geralmente exige um esforço, portanto, fazer boas escolhas com antecedência é importante. Vamos começar.

Sua primeira consideração é assegurar que o sistema possa ser inicializado. Alguns sistemas mais antigos têm uma limitação de que o BIOS pode inicializar apenas de uma partição integralmente localizada dentro dos primeiros 1024 cilindros do disco. Se você tiver um sistema desses, será preciso criar uma partição que será enfim montada como /boot e hospedará os arquivos-chave necessários para inicializar o sistema. Quando eles tiverem sido carregados, o sistema Linux assumirá a operação do disco, e o limite de 1024 cilindros não afetará a operação posterior do sistema. Se for preciso criar uma partição para /boot, aproximadamente 100 megabytes (MB) serão em geral suficientes.

Sua próxima consideração provavelmente será a quantidade necessária de espaço de troca. Com os preços de memória atuais, o espaço de troca representa uma memória secundária muito lenta. Uma regra prática comum era criar espaço de troca equivalente à quantidade de RAM real. Hoje, você pode querer configurar uma RAM real uma ou duas vezes para uma estação de trabalho, para que possa usar vários programas grandes sem ficar sem RAM. Mesmo que seja lento alternar entre elas, você provavelmente trabalhará em somente uma ou duas em um dado momento.

Um grande espaço de troca também é aconselhável para um sistema com memória muito pequena. Para um servidor, você pode querer usar um espaço de troca de cerca de metade da sua RAM, a menos que esteja executando um aplicativo que recomende um valor diferente. Em qualquer evento, você deve monitorar o uso da memória do servidor para que possa adicionar RAM real ou distribuir a carga de trabalho pelos servidores adicionais, se necessário. Geralmente, não é adequado realizar muitas trocas em um servidor É possível usar um arquivo de troca, mas uma partição dedicada funciona melhor.

Agora, estamos diante de um ponto de divergência. O uso de uma estação de trabalho pessoal tende a ser muito menos previsível do que o de um servidor. Minha preferência, especialmente para novos usuários, é alocar a maioria dos diretórios padrão (/usr, /opt, /var, etc.) em uma única partição grande. Isso é especialmente útil para novos usuários que podem não ter uma ideia clara do que será instalado. Para uma estação de trabalho que executa um desktop gráfico e um número razoável de ferramentas de desenvolvimento, provavelmente serão necessários 5 ou mais GB de espaço em disco, além do espaço para atendimento das necessidades dos usuários. Algumas ferramentas de desenvolvimento maiores podem exigir vários gigabytes cada. Eu geralmente aloco algo entre 40 GB e 60 GB por sistema operacional e deixo o restante do meu disco livre para carregar outras distribuições.

As cargas de trabalho do servidor serão mais estáveis, e ficar sem espaço em um determinado sistema de arquivos pode ser mais catastrófico. Portanto, para elas, você geralmente cria várias partições, disseminadas em vários discos, possivelmente usando RAID de hardware ou software ou grupos de volumes lógicos.

Pode-se também considerar a carga de trabalho em um determinado sistema de arquivos e se esse sistema é compartilhado entre vários sistemas ou usado por apenas um sistema. É possível usar uma combinação de experiência, ferramentas de planejamento de capacidade e crescimento estimado para determinar as melhores alocações para o seu sistema.

Independentemente de se estar configurando uma estação de trabalho ou um servidor, você terá certos arquivos exclusivos de cada sistema localizados na unidade local. Geralmente, eles incluem /etc para parâmetros de sistema, /boot para arquivos necessários durante o boot, /sbin para arquivos necessários para boot ou recuperação de sistema, /root para o diretório inicial do usuário raiz, /var/lock para arquivos de bloqueio, /var/run para informações do sistema em execução e /var/log para arquivos de log desse sistema. Outros sistemas de arquivos, como /home para diretórios iniciais do usuário, /usr, /opt, /var/mail ou /var/spool/news, podem estar em partições separadas ou montados em rede, de acordo com as necessidades e as preferências de sua instalação.

Recursos

Aprender

Obter produtos e tecnologias

  • Faça o download do System rescue CD-Rom, uma das muitas ferramentas disponíveis on-line para ajudá-lo a recuperar um sistema após um travamento.
  • Com o software de teste IBM, disponível para download diretamente no developerWorks, faça seu próximo projeto de desenvolvimento em Linux.

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