La Drive Appearance

Uno dei concetti fondamentali più comuni, ma anche più insidiosi, dell'informatica odierna è il concetto di drive appearance ovvero, in altre parole, qualcosa che appare come un disco rigido. Può sembrare semplice, e per lo più lo è, ma può essere insidioso.

Innanzitutto, cos'è un disco rigido. Dovrebbe essere semplice. Di norma intendiamo un tradizionale dispositivo Winchester a disco rotante, di quelli prodotti da decenni nei formati standard da tre pollici e mezzo e da due pollici e mezzo. Contengono piatti che ruotano, una testina che si muove avanti e indietro e si collegano tramite qualcosa come connettori ATA o SCSI. La maggior parte di noi può prendere in mano un disco rigido ed essere certa di avere tra le mani un disco rigido. Questo è ciò che chiamiamo la manifestazione fisica del disco.

Per il computer, però, esso non vede l'involucro del disco né i connettori. Il computer deve guardare attraverso la propria elettronica e “vedere” il disco in forma digitale. Questo è molto, molto diverso dal modo in cui gli esseri umani vedono il disco fisico. Per il computer, un disco rigido appare come un dispositivo ATA, SCSI o Fibre Channel al livello fisico più elementare e viene generalmente astratto a un livello superiore come block device. Questo è ciò che chiameremmo una logical appearance, anziché fisica. Per i nostri scopi, considereremo tutte queste interfacce dei dischi come block device. Esse differiscono, ma solo lievemente e in modo non rilevante ai fini della discussione. Ciò che è importante è che esiste un'interfaccia standard, o un insieme di interfacce strettamente correlate, che il computer vede come un disco rigido.

Un altro modo di intendere la logical drive appearance in questo caso è che tutto ciò che appare come un disco rigido al computer è qualcosa su cui il computer può creare un filesystem. I filesystem non sono dischi di per sé, ma richiedono un disco su cui essere collocati.

Il concetto di interfaccia è qui il più importante. Per il computer, è “qualsiasi cosa che implementi un'interfaccia da disco rigido” ciò che viene realmente visto come un disco rigido. Questo è un concetto tanto semplice quanto potente.

È grazie all'uso di un'interfaccia standard che siamo stati in grado di prendere la memoria flash, collegarla a un controller di dischi che la presentasse tramite un protocollo standard (sia le implementazioni SATA sia quelle SAS di ATA e SCSI sono oggi comuni a questo scopo) e creare SSD che appaiono e si comportano esattamente come i tradizionali dischi Winchester agli occhi del computer, pur non avendo nulla in comune con essi sul piano fisico. Possono presentarsi o meno in un familiare formato fisico, ma sicuramente non hanno piatti né una testina. Osservando il funzionamento di un tradizionale disco rigido e di un moderno SSD non immagineremmo che condividano uno scopo comune.

Questo concetto si applica a molti dispositivi. Ovviamente le schede SD e le chiavette di memoria USB funzionano allo stesso modo. Ma, cosa importante, è così che funzionano le partizioni sopra i dischi rigidi. Il sistema di partizionamento utilizza il concetto di interfaccia di drive appearance da un lato per poter essere applicato a un dispositivo, e dall'altro lato presenta un'interfaccia di drive appearance a ciò che intende utilizzarlo; normalmente un filesystem. Questa idea di qualcosa che utilizza l'interfaccia di drive appearance su entrambi i lati è molto importante. Facendo questo, otteniamo un sistema di blocchi costruttivi uniforme e universale per realizzare sistemi di storage complessi!

Vediamo questo concetto di “disco in ingresso; disco in uscita” in molti casi. Probabilmente il più noto è il RAID. Un sistema RAID prende un array di dischi rigidi, applica uno tra una serie di algoritmi per fare in modo che i dischi agiscano come una squadra, e poi li presenta come un'unica drive appearance al sistema successivo, più in alto nello “stack”. Questo incapsulamento è ciò che conferisce al RAID la sua potenza: i sistemi più in alto nello stack che osservano un array RAID vedono letteralmente un disco rigido. Non vedono l'array di dischi, non sanno cosa ci sia al di sotto del RAID. Vedono semplicemente il disco (o i dischi) risultante che il sistema RAID presenta.

Poiché un sistema RAID prende un numero arbitrario di dischi e li presenta come un disco standard, abbiamo la possibilità teorica di stratificare il RAID tutte le volte che vogliamo. Naturalmente sarebbe estremamente impraticabile farlo in misura rilevante. Ma è attraverso questo concetto che gli array RAID nidificati sono possibili. Ad esempio, supponiamo di avere molti dischi rigidi fisici suddivisi in coppie e ciascuna coppia in un array RAID 1. Ciascuno degli array risultanti viene presentato come un singolo disco. Ciascuno di questi dischi logici risultanti può essere combinato in un altro array RAID, come il RAID 0. Fare questo è il modo in cui si costruisce il RAID 10. Spingendoci oltre, potremmo prendere un certo numero di array RAID 10, presentarli tutti a un altro sistema RAID che li mette di nuovo in RAID 0 e ottenere il RAID 100, e così via all'infinito.

Analogamente, il livello dei volumi logici utilizza lo stesso tipo di incapsulamento del RAID per operare la sua magia. I Logical Volume Manager, come LVM su Linux e i Dynamic Disk su Windows, si collocano al di sopra dei dischi logici e forniscono un livello in cui è possibile effettuare operazioni di gestione potenti, come l'espansione flessibile dei dispositivi o l'abilitazione degli snapshot, per poi presentare dischi logici (ovvero interfacce di drive appearance) al livello successivo dello stack.

Grazie alla natura uniforme delle drive appearance, lo stack può svilupparsi in qualsiasi ordine. Un logical volume manager può collocarsi al di sopra del RAID, oppure il RAID può collocarsi al di sopra di un logical volume manager e, naturalmente, è possibile omettere l'uno o l'altro, o entrambi!

Il concetto di drive appearance, o dischi rigidi logici, è potente nella sua semplicità e ci offre un grande potenziale per personalizzare i sistemi di storage in qualunque modo ci sia necessario.

Naturalmente esistono anche altri utilizzi del concetto di disco logico. Uno dei più diffusi e meno compresi è quello di una SAN. Una SAN non è altro che un dispositivo che prende uno o più dischi fisici e li presenta come dischi logici (questa presentazione di un disco logico da parte di una SAN è chiamata LUN) sulla rete. Questo è, in senso del tutto letterale, tutto ciò che una SAN è. La maggior parte delle SAN incorpora un livello RAID e probabilmente un livello logical volume manager prima di presentare le LUN finali, ovvero le drive appearance, alla rete, ma ciò non è necessario per essere una SAN.

Questo significa, ovviamente, che più LUN SAN possono essere combinate in un unico RAID o controllate tramite un livello di volume logico. E naturalmente significa che una LUN SAN, un disco rigido fisico, un array RAID, un volume logico, una partizione…. possono tutti essere formattati con un filesystem, in quanto sono tutti mezzi diversi per ottenere lo stesso risultato. Si comportano tutti in modo identico. Condividono tutti l'interfaccia di drive appearance.

Per fornire un esempio concreto di come spesso si vedano tutte queste parti combinarsi, esamineremo uno degli “storage stack” più comuni che si possano trovare in ambito enterprise. Naturalmente esistono molti modi di costruire uno storage stack, quindi non sorprendetevi se il vostro è diverso. Alla base dello stack ci sono quasi sempre dischi rigidi fisici, che potrebbero includere unità a stato solido. Questi si trovano fisicamente all'interno di una SAN. Prima di lasciare la SAN, lo stack includerà probabilmente il vero e proprio livello di storage dei dischi, quindi un livello RAID che combina tali dischi in un'unica entità. Poi un livello di volume logico per consentire funzionalità come la crescita e gli snapshot. Poi c'è la demarcazione fisica tra la SAN e il server, che viene presentata come la LUN. Alla LUN viene quindi applicato un logical volume manager sul lato server / sistema operativo del punto di demarcazione. Poi, sopra questa LUN, c'è un filesystem, che rappresenta il nostro passaggio finale, poiché il filesystem non continua a presentare un'interfaccia di drive appearance, bensì un'interfaccia di file.

Comprendere la drive appearance, ovvero i dischi logici, e come questi consentano ai componenti di interfacciarsi tra loro per costruire sottosistemi di storage complessi, è un blocco costruttivo fondamentale per la comprensione dell'IT ed è ampiamente applicabile a un gran numero di attività IT.