Aparência de Disco

Um dos conceitos fundamentais mais comuns, porém mais delicados, da computação atual é o conceito de aparência de disco ou, em outras palavras, algo que se apresenta como um disco rígido. Isto pode parecer simples, e na maior parte é, mas pode ser delicado.

Primeiro, o que é um disco rígido. Isto deveria ser simples. Normalmente nos referimos a um dispositivo Winchester tradicional, de disco giratório, do tipo que tem sido fabricado por décadas nos fatores de forma padrão de três polegadas e meia, bem como de duas polegadas e meia. Eles contêm pratos que giram, uma cabeça de leitura que se move para frente e para trás, e se conectam usando algo como conectores ATA ou SCSI. A maioria de nós consegue pegar um disco rígido com as mãos e ter certeza de que temos um disco rígido. Isto é o que chamamos de manifestação física do disco.

Para o computador, no entanto, ele não enxerga a carcaça do disco nem os conectores. O computador precisa enxergar através de sua eletrônica e “ver” o disco digitalmente. Isto é muito, muito diferente da forma como os humanos veem o disco físico. Para o computador, um disco rígido aparece como um dispositivo ATA, SCSI ou Fibre Channel no nível físico mais básico, e geralmente é abstraído em um nível superior como um dispositivo de bloco. Isto é o que chamaríamos de aparência lógica, em vez de uma aparência física. Para os nossos propósitos aqui, pensaremos em todas essas interfaces de disco como sendo dispositivos de bloco. Elas de fato diferem, mas apenas ligeiramente e sem consequências para esta discussão. O que importa é que existe uma interface padrão ou um conjunto de interfaces intimamente relacionadas que são vistas pelo computador como sendo um disco rígido.

Outra forma de pensar na aparência lógica de disco aqui é que qualquer coisa que se pareça com um disco rígido para o computador é algo que o computador pode formatar com um sistema de arquivos. Os sistemas de arquivos não são discos em si, mas requerem um disco sobre o qual ser colocados.

O conceito de interface é o mais importante aqui. Para o computador, é “qualquer coisa que implemente uma interface de disco rígido” que é verdadeiramente vista como sendo um disco rígido. Este é um conceito tão simples quanto poderoso.

É por causa do uso de uma interface padrão que conseguimos pegar a memória flash, conectá-la a uma controladora de disco que a apresentaria por meio de um protocolo padrão (as implementações SATA e SAS de ATA e SCSI são comuns para isso hoje em dia) e criar SSDs que se parecem e se comportam exatamente como os discos Winchester tradicionais para o computador, embora não tenham nada em comum fisicamente com eles. Eles podem ou não vir em um fator de forma físico familiar, mas definitivamente não possuem pratos nem cabeça de leitura. Observando o funcionamento de um disco rígido tradicional e de um SSD moderno, não imaginaríamos que eles compartilham um mesmo propósito.

Este conceito se aplica a muitos dispositivos. Obviamente, os cartões SD e os pendrives USB funcionam da mesma maneira. Mas, o que é importante, é assim que funcionam as partições sobre os discos rígidos. O sistema de particionamento usa o conceito de interface de aparência de disco de um lado para poder ser aplicado a um dispositivo e, do outro lado, apresenta uma interface de aparência de disco a tudo o que queira utilizá-lo; normalmente um sistema de arquivos. Esta ideia de algo que usa a interface de aparência de disco em ambos os lados é muito importante. Ao fazer isso, obtemos um sistema de blocos de construção uniforme e universal para a criação de sistemas de armazenamento complexos!

Vemos este conceito de “disco entra; disco sai” em muitos casos. Provavelmente o mais conhecido é o RAID. Um sistema RAID toma um arranjo de discos rígidos, aplica um de uma série de algoritmos para fazer os discos atuarem como uma equipe e, em seguida, os apresenta como uma única aparência de disco ao próximo sistema acima na “pilha”. Este encapsulamento é o que confere ao RAID o seu poder: os sistemas mais acima na pilha que observam um arranjo RAID veem literalmente um disco rígido. Eles não veem o arranjo de discos, não sabem o que há abaixo do RAID. Eles apenas veem o(s) disco(s) resultante(s) que o sistema RAID apresenta.

Como um sistema RAID toma um número arbitrário de discos e os apresenta como um disco padrão, temos a capacidade teórica de empilhar RAID quantas vezes quisermos. Obviamente, fazer isso em grande medida seria extremamente impraticável. Mas é por meio deste conceito que os arranjos RAID aninhados são possíveis. Por exemplo, se tivéssemos muitos discos rígidos físicos divididos em pares, e cada par em um arranjo RAID 1. Cada um desses arranjos resultantes é apresentado como um único disco. Cada um desses discos lógicos resultantes pode ser combinado em outro arranjo RAID, como o RAID 0. Fazer isso é como o RAID 10 é construído. Indo além, poderíamos tomar uma série de arranjos RAID 10, apresentá-los todos a outro sistema RAID que os coloca em RAID 0 novamente e obter RAID 100, e assim por diante, indefinidamente.

De forma semelhante, a camada de volume lógico usa o mesmo tipo de encapsulamento que o RAID para realizar sua mágica. Os Gerenciadores de Volumes Lógicos, como o LVM no Linux e os Dynamic Disks no Windows, situam-se sobre os discos lógicos e proporcionam uma camada onde se pode realizar um gerenciamento poderoso, como expandir dispositivos de forma flexível ou habilitar snapshots, e então apresentam discos lógicos (ou seja, a interface de aparência de disco) à próxima camada da pilha.

Devido à natureza uniforme das aparências de disco, a pilha pode ocorrer em qualquer ordem. Um gerenciador de volumes lógicos pode situar-se sobre o RAID, ou o RAID pode situar-se sobre um gerenciador de volumes lógicos e, é claro, você pode dispensar um, o outro ou ambos!

O conceito de aparências de disco ou discos rígidos lógicos é poderoso em sua simplicidade e nos permite um grande potencial para personalizar sistemas de armazenamento da forma que precisarmos.

É claro que há também outros usos do conceito de disco lógico. Um dos mais populares e menos compreendidos é o de uma SAN. Uma SAN nada mais é do que um dispositivo que toma um ou mais discos físicos e os apresenta como discos lógicos (esta apresentação de um disco lógico a partir de uma SAN é chamada de LUN) pela rede. Isto é, literalmente, tudo o que uma SAN é. A maioria das SANs incorporará uma camada de RAID e provavelmente uma camada de gerenciador de volumes lógicos antes de apresentar as LUNs finais, ou aparências de disco, à rede, mas isso não é um requisito para ser uma SAN.

Isto significa, é claro, que múltiplas LUNs de SAN podem ser combinadas em um único RAID ou controladas por meio de uma camada de volume lógico. E, claro, significa que uma LUN de SAN, um disco rígido físico, um arranjo RAID, um volume lógico, uma partição…. podem todos ser formatados com um sistema de arquivos, pois são todos meios diferentes de alcançar o mesmo resultado. Todos se comportam de forma idêntica. Todos compartilham a interface de aparência de disco.

Para dar um exemplo do mundo real de como você frequentemente veria todas essas partes se reunindo, examinaremos uma das “pilhas de armazenamento” mais comuns que você encontrará no espaço corporativo. É claro que há muitas formas de construir uma pilha de armazenamento, então não se surpreenda se a sua for diferente. Na base da pilha estão, quase sempre, discos rígidos físicos, que poderiam incluir discos de estado sólido. Estes estão localizados fisicamente dentro de uma SAN. Antes de sair da SAN, a pilha provavelmente incluirá a camada de armazenamento propriamente dita dos discos e, em seguida, uma camada de RAID combinando esses discos em uma única entidade. Depois, uma camada de volume lógico para permitir recursos como crescimento e snapshots. Em seguida, há a demarcação física entre a SAN e o servidor, que é apresentada como a LUN. A LUN então tem um gerenciador de volumes lógicos aplicado a ela no lado do servidor / sistema operacional do ponto de demarcação. Depois, sobre essa LUN está um sistema de arquivos, que é a nossa etapa final, pois o sistema de arquivos não continua a apresentar uma interface de aparência de disco, mas sim uma interface de arquivos.

Compreender a aparência de disco, ou os discos lógicos, e como estes permitem que os componentes façam interface uns com os outros para construir subsistemas de armazenamento complexos é um bloco de construção crítico para a compreensão da TI e é amplamente aplicável a um grande número de atividades de TI.