مظهر القرص

أحد المفاهيم الأساسية الأكثر شيوعًا والأكثر تعقيدًا في الحوسبة اليوم هو مفهوم مظهر القرص، أو بعبارة أخرى، شيء يبدو وكأنه قرص صلب. قد يبدو هذا بسيطًا، وهو كذلك في معظمه، لكنه قد يكون مُلتبسًا.

أولًا، ما هو القرص الصلب؟ ينبغي أن يكون هذا واضحًا. نعني عادةً جهاز Winchester الدوّار التقليدي الذي صُنع على مدى عقود بأحجام قياسية بلغت ثلاثة أنصاف بوصة وبوصتين ونصف. يحتوي على أطباق دوّارة ورأس قراءة يتحرك للأمام والخلف، ويتصل عبر موصلات ATA أو SCSI. معظمنا يستطيع الإمساك بقرص صلب بيديه والتأكد من أنه قرص صلب. هذا ما نسميه التجسيد الفيزيائي للقرص.

بالنسبة للحاسوب، فهو لا يرى غلاف القرص ولا الموصلات. يتعيّن على الحاسوب النظر عبر إلكترونياته و“رؤية” القرص رقميًا. وهذا مختلف جدًا جدًا عن طريقة رؤية البشر للقرص الفيزيائي. بالنسبة للحاسوب، يظهر القرص الصلب كجهاز ATA أو SCSI أو Fibre Channel على المستوى الفيزيائي الأساسي، ويُجرَّد عمومًا على مستوى أعلى كجهاز كتلة. هذا ما نسميه مظهرًا منطقيًا، لا فيزيائيًا. لأغراضنا هنا، سنعتبر جميع واجهات الأقراص هذه أجهزةَ كتلة. تختلف هذه الواجهات، لكن باختلاف طفيف لا يؤثر على الموضوع. المهم أن هناك واجهة قياسية أو مجموعة من الواجهات المتقاربة التي يراها الحاسوب باعتبارها قرصًا صلبًا.

طريقة أخرى للتفكير في مظهر القرص المنطقي هنا هي أن أي شيء يبدو كقرص صلب للحاسوب هو شيء يمكن للحاسوب تنسيقه بنظام ملفات. أنظمة الملفات ليست أقراصًا بحد ذاتها، لكنها تحتاج قرصًا لتُوضع عليه.

مفهوم الواجهة هو الأهم هنا. بالنسبة للحاسوب، “أي شيء يُطبّق واجهة القرص الصلب” هو الذي يُرى حقًا باعتباره قرصًا صلبًا. هذا مفهوم بسيط وقوي في آنٍ واحد.

بسبب استخدام واجهة قياسية، تمكّنا من أخذ ذاكرة الفلاش وتوصيلها بوحدة تحكم في الأقراص تُقدّمها عبر بروتوكول قياسي (يشيع اليوم تطبيقا SATA وSAS لـ ATA وSCSI لهذا الغرض) وإنشاء أقراص SSD تبدو وتتصرف تمامًا كأقراص Winchester التقليدية للحاسوب دون أن يكون بينهما شيء مشترك فيزيائيًا. قد تأتي أو لا تأتي بشكل فيزيائي مألوف، لكنها بالتأكيد تفتقر إلى الأطباق الدوّارة ورأس القراءة. لو نظرنا إلى آلية عمل قرص صلب تقليدي وقرص SSD حديث لما خمّنا أنهما يتقاسمان الغرض ذاته.

ينطبق هذا المفهوم على أجهزة كثيرة. من الواضح أن بطاقات SD وعصي ذاكرة USB تعمل بالطريقة ذاتها. لكن الأهم أن هذا هو كيفية عمل الأقسام فوق الأقراص الصلبة. يستخدم نظام التقسيم مفهوم واجهة انطباع القرص من جهة ليُطبَّق على الجهاز، ومن الجهة الأخرى يُقدّم واجهة انطباع القرص لأي شيء يريد استخدامه؛ عادةً نظام الملفات. فكرة شيء يستخدم واجهة انطباع القرص من الجانبين مهمة جدًا. بفعل ذلك، نحصل على لبنة بناء موحدة وشاملة لصنع أنظمة تخزين معقدة!

نرى هذا المفهوم “قرص داخل؛ قرص خارج” في حالات كثيرة. أشهرها على الإطلاق هو RAID. يأخذ نظام RAID مصفوفة من الأقراص الصلبة، ويُطبّق أحد خوارزميات عديدة لجعل الأقراص تعمل كفريق، ثم يُقدّمها كانطباع قرص واحد للنظام التالي في “المكدّس”. هذا التغليف هو ما يمنح RAID قوّته: الأنظمة الأعلى في المكدّس التي تنظر إلى مصفوفة RAID ترى حرفيًا قرصًا صلبًا. لا ترى مصفوفة الأقراص، ولا تعرف ما هو موجود تحت RAID. إنها ترى فقط القرص (الأقراص) الناتجة التي يُقدّمها نظام RAID.

لأن نظام RAID يأخذ عددًا اعتباطيًا من الأقراص ويُقدّمها كقرص قياسي، لدينا نظريًا القدرة على تطبيق RAID طبقات عديدة كما نشاء. بالطبع سيكون ذلك غير عملي إلى حد بعيد. لكن من خلال هذا المفهوم تصبح مصفوفات RAID المتداخلة ممكنة. على سبيل المثال، لو كان لدينا أقراص صلبة فيزيائية كثيرة مقسّمة إلى أزواج وكل زوج في مصفوفة RAID 1، ستُقدَّم كل مصفوفة ناتجة كقرص واحد. يمكن دمج كل هذه الأقراص المنطقية الناتجة في مصفوفة RAID أخرى مثل RAID 0. هكذا يُبنى RAID 10. وإذا تقدّمنا أكثر أخذنا عددًا من مصفوفات RAID 10 وقدّمناها جميعًا لنظام RAID آخر يضعها في RAID 0 مرة أخرى للحصول على RAID 100 وهكذا إلى ما لا نهاية.

بالمثل، تستخدم طبقة الأقراص المنطقية النوع ذاته من التغليف الذي يستخدمه RAID لتحقيق سحرها. مديرو الأقراص المنطقية، مثل LVM على Linux والأقراص الديناميكية على Windows، تجلس فوق الأقراص المنطقية وتوفر طبقة يمكنك فيها إجراء إدارة قوية كتوسيع الأجهزة بمرونة أو تمكين اللقطات، ثم تُقدّم أقراصًا منطقية (أي واجهة انطباع القرص) للطبقة التالية من المكدّس.

بسبب الطابع الموحد لانطباعات الأقراص يمكن أن يتم المكدّس بأي ترتيب. يمكن لمدير الأقراص المنطقية أن يجلس فوق RAID، أو يمكن لـ RAID أن يجلس فوق مدير الأقراص المنطقية، وبالطبع يمكنك تجاوز أحدهما أو كليهما!

مفهوم انطباعات الأقراص أو الأقراص الصلبة المنطقية قوي في بساطته ويمنحنا إمكانات هائلة لتخصيص أنظمة التخزين بالطريقة التي نحتاجها.

بالطبع هناك استخدامات أخرى لمفهوم القرص المنطقي أيضًا. من أشهرها وأقلّها فهمًا هو SAN. SAN ليس أكثر من جهاز يأخذ قرصًا فيزيائيًا واحدًا أو أكثر ويُقدّمها كأقراص منطقية (يُسمى هذا التقديم للقرص المنطقي من SAN بـ LUN) عبر الشبكة. هذا، حرفيًا، كل ما هو عليه SAN. ستدمج معظم أنظمة SAN طبقة RAID وربما طبقة مدير أقراص منطقية قبل تقديم LUNs النهائية، أي انطباعات الأقراص، للشبكة، لكن ذلك ليس شرطًا للقول إنه SAN.

وهذا يعني بالطبع أنه يمكن دمج عدة LUNs من SAN في RAID واحد أو التحكم فيها عبر طبقة أقراص منطقية. وبالطبع يعني أن LUN من SAN، وقرصًا صلبًا فيزيائيًا، ومصفوفة RAID، وقرصًا منطقيًا، وقسمًا... كلها يمكن تنسيقها بنظام ملفات لأنها جميعًا وسائل مختلفة للوصول إلى النتيجة ذاتها. تتصرف جميعها بشكل متطابق. تتشارك جميعها واجهة مظهر القرص.

لإعطاء مثال من العالم الحقيقي على كيفية اجتماع كل هذه الأجزاء معًا، سنتناول أحد أكثر “مكدّسات التخزين” شيوعًا في بيئة المؤسسات. بالطبع هناك طرق كثيرة لبناء مكدّس تخزين، لذا لا تتفاجأ إن كان مكدّسك مختلفًا. في أسفل المكدّس توجد دائمًا تقريبًا أقراص صلبة فيزيائية قد تشمل أقراص SSD. تتواجد هذه الأقراص فيزيائيًا داخل SAN. قبل مغادرة SAN، سيشمل المكدّس على الأرجح طبقة التخزين الفعلية للأقراص، ثم طبقة RAID التي تجمع تلك الأقراص في كيان واحد، ثم طبقة مدير أقراص منطقية للسماح بميزات مثل النمو واللقطات. ثم هناك الحد الفيزيائي بين SAN والخادم الذي يُقدَّم كـ LUN. يُطبَّق بعد ذلك مدير أقراص منطقية على LUN من جانب الخادم ونظام التشغيل. ثم فوق ذلك LUN يوجد نظام ملفات وهو خطوتنا الأخيرة، إذ لا يستمر نظام الملفات في تقديم واجهة مظهر القرص بل يُقدّم واجهة ملفات عوضًا عن ذلك.

إن فهم مظهر القرص، أو الأقراص المنطقية، وكيف تتيح هذه المكوّنات التواصل مع بعضها لبناء أنظمة تخزين فرعية معقدة هو لبنة بناء أساسية في فهم تقنية المعلومات ويمكن تطبيقه على نطاق واسع في عدد كبير من أنشطة تقنية المعلومات.