L'apparence de disque

L'un des concepts fondamentaux les plus courants, mais aussi les plus délicats de l'informatique d'aujourd'hui est celui de l'apparence de disque ou, en d'autres termes, de quelque chose qui se présente comme un disque dur. Cela peut sembler simple, et ça l'est en grande partie, mais cela peut s'avérer délicat.

Tout d'abord, qu'est-ce qu'un disque dur. Cela devrait être simple. Nous entendons normalement par là un disque traditionnel à plateaux rotatifs de type Winchester, tel qu'on en fabrique depuis des décennies dans les facteurs de forme standards de trois pouces et demi ainsi que de deux pouces et demi. Ils contiennent des plateaux qui tournent, une tête de lecture qui se déplace d'avant en arrière et ils se connectent au moyen de connecteurs de type ATA ou SCSI. La plupart d'entre nous peuvent prendre un disque dur dans leurs mains et être certains de tenir un disque dur. C'est ce que nous appelons la manifestation physique du disque.

Pour l'ordinateur, en revanche, celui-ci ne voit ni le boîtier du disque ni les connecteurs. L'ordinateur doit regarder à travers son électronique et « voir » le disque de manière numérique. C'est très, très différent de la façon dont les humains perçoivent le disque physique. Pour l'ordinateur, un disque dur se présente comme un périphérique ATA, SCSI ou Fibre Channel au niveau physique le plus élémentaire, et il est généralement abstrait à un niveau supérieur sous la forme d'un périphérique de bloc. C'est ce que nous appellerions une apparence logique, plutôt qu'une apparence physique. Pour les besoins de notre propos ici, nous considérerons toutes ces interfaces de disque comme étant des périphériques de bloc. Elles diffèrent, mais seulement légèrement et sans conséquence pour la discussion. Ce qui importe, c'est qu'il existe une interface standard, ou un ensemble d'interfaces étroitement apparentées, que l'ordinateur perçoit comme étant un disque dur.

Une autre façon de concevoir l'apparence logique de disque ici est que tout ce qui ressemble à un disque dur pour l'ordinateur est quelque chose que l'ordinateur peut formater avec un système de fichiers. Les systèmes de fichiers ne sont pas eux-mêmes des disques, mais nécessitent un disque sur lequel être placés.

Le concept de l'interface est le plus important ici. Pour l'ordinateur, c'est « tout ce qui implémente une interface de disque dur » qui est véritablement perçu comme étant un disque dur. Il s'agit à la fois d'un concept simple et d'un concept puissant.

C'est grâce à l'utilisation d'une interface standard que nous avons pu prendre de la mémoire flash, la relier à un contrôleur de disque qui la présenterait via un protocole standard (les implémentations SATA et SAS d'ATA et de SCSI sont aujourd'hui couramment utilisées à cette fin) et créer des SSD qui se présentent et se comportent exactement comme des disques Winchester traditionnels pour l'ordinateur, tout en n'ayant physiquement rien de commun avec eux. Ils peuvent ou non se présenter sous un facteur de forme physique familier, mais ils sont à coup sûr dépourvus de plateaux et de tête de lecture. En examinant le fonctionnement d'un disque dur traditionnel et d'un SSD moderne, nous ne devinerions pas qu'ils partagent une même finalité.

Ce concept s'applique à de nombreux périphériques. Évidemment, les cartes SD et les clés USB fonctionnent de la même manière. Mais surtout, c'est ainsi que fonctionnent les partitions par-dessus les disques durs. Le système de partitionnement utilise le concept d'interface d'apparence de disque d'un côté pour pouvoir être appliqué à un périphérique, et de l'autre côté il présente une interface d'apparence de disque à tout ce qui souhaite l'utiliser ; normalement un système de fichiers. Cette idée de quelque chose qui utilise l'interface d'apparence de disque des deux côtés est très importante. En procédant ainsi, nous obtenons un système de briques de construction uniforme et universel pour réaliser des systèmes de stockage complexes !

Nous retrouvons ce concept de « disque en entrée ; disque en sortie » dans de nombreux cas. Le plus connu est probablement le RAID. Un système RAID prend une grappe de disques durs, applique l'un des nombreux algorithmes possibles pour faire fonctionner les disques en équipe, puis les présente comme une seule apparence de disque au système suivant dans la « pile ». Cette encapsulation est ce qui confère au RAID sa puissance : les systèmes situés plus haut dans la pile qui examinent une grappe RAID voient littéralement un disque dur. Ils ne voient pas la grappe de disques, ils ne savent pas ce qui se trouve sous le RAID. Ils voient simplement le ou les disques résultants que le système RAID présente.

Parce qu'un système RAID prend un nombre arbitraire de disques et les présente comme un disque standard, nous avons la capacité théorique d'empiler du RAID autant de fois que nous le souhaitons. Bien sûr, le faire à grande échelle serait extrêmement peu pratique. Mais c'est par ce concept que les grappes RAID imbriquées sont rendues possibles. Par exemple, si nous avions de nombreux disques durs physiques répartis en paires, chaque paire formant une grappe RAID 1. Chacune des grappes résultantes est présentée comme un seul disque. Chacun de ces disques logiques résultants peut être combiné dans une autre grappe RAID, par exemple un RAID 0. C'est ainsi que le RAID 10 est construit. En allant plus loin, nous pourrions prendre plusieurs grappes RAID 10, les présenter toutes à un autre système RAID qui les place de nouveau en RAID 0, et obtenir un RAID 100, et ainsi de suite indéfiniment.

De même, la couche de volumes logiques utilise le même type d'encapsulation que le RAID pour opérer sa magie. Les gestionnaires de volumes logiques, tels que LVM sur Linux et les disques dynamiques (Dynamic Disks) sur Windows, se situent par-dessus les disques logiques et fournissent une couche où vous pouvez effectuer des opérations de gestion puissantes, comme étendre des périphériques de manière flexible ou activer des instantanés, puis présentent des disques logiques (autrement dit une interface d'apparence de disque) à la couche suivante de la pile.

En raison de la nature uniforme des apparences de disque, la pile peut s'organiser dans n'importe quel ordre. Un gestionnaire de volumes logiques peut se situer par-dessus le RAID, ou le RAID peut se situer par-dessus un gestionnaire de volumes logiques et, bien sûr, vous pouvez sauter l'un, l'autre, ou les deux !

Le concept d'apparences de disque ou de disques durs logiques est puissant dans sa simplicité et nous offre un grand potentiel pour personnaliser les systèmes de stockage exactement comme nous avons besoin de les concevoir.

Bien sûr, il existe aussi d'autres utilisations du concept de disque logique. L'une des plus populaires et des moins comprises est celle du SAN. Un SAN n'est rien d'autre qu'un périphérique qui prend un ou plusieurs disques physiques et les présente comme des disques logiques (cette présentation d'un disque logique depuis un SAN est appelée un LUN) sur le réseau. C'est, très littéralement, tout ce qu'est un SAN. La plupart des SAN incorporeront une couche RAID et probablement une couche de gestionnaire de volumes logiques avant de présenter les LUN finaux, ou apparences de disque, au réseau, mais cela n'est pas requis pour être un SAN.

Cela signifie, bien entendu, que plusieurs LUN SAN peuvent être combinés dans un seul RAID ou contrôlés via une couche de volumes logiques. Et cela signifie bien sûr qu'un LUN SAN, un disque dur physique, une grappe RAID, un volume logique, une partition… peuvent tous être formatés avec un système de fichiers, car ce sont tous des moyens différents d'aboutir au même résultat. Ils se comportent tous de façon identique. Ils partagent tous l'interface d'apparence de disque.

Pour donner un exemple concret de la manière dont vous verriez souvent toutes ces parties s'assembler, nous allons examiner l'une des « piles de stockage » les plus courantes que vous trouverez dans l'espace de l'entreprise. Bien sûr, il existe de nombreuses façons de construire une pile de stockage, alors ne soyez pas surpris si la vôtre est différente. Au bas de la pile se trouvent presque toujours des disques durs physiques, qui pourraient inclure des disques à état solide. Ceux-ci sont situés physiquement à l'intérieur d'un SAN. Avant de quitter le SAN, la pile comprendra probablement la couche de stockage proprement dite des disques, puis une couche RAID combinant ces disques en une seule entité. Puis une couche de volumes logiques pour permettre des fonctionnalités telles que l'agrandissement et les instantanés. Vient ensuite la démarcation physique entre le SAN et le serveur, qui est présentée sous la forme du LUN. Le LUN se voit alors appliquer un gestionnaire de volumes logiques du côté serveur / système d'exploitation du point de démarcation. Puis, par-dessus ce LUN, se trouve un système de fichiers, qui constitue notre étape finale, car le système de fichiers ne continue pas à présenter une interface d'apparence de disque, mais présente plutôt une interface de fichiers.

Comprendre l'apparence de disque, ou les disques logiques, et la manière dont ils permettent aux composants de s'interfacer les uns avec les autres pour construire des sous-systèmes de stockage complexes constitue une brique de construction essentielle de la compréhension de l'informatique et s'applique largement à un grand nombre d'activités informatiques.