Drevfremtoning

Et af de mere almindelige, men alligevel mere vanskelige grundlæggende begreber i moderne databehandling er begrebet drevfremtoning eller med andre ord noget, der fremstår som en harddisk. Dette lyder måske enkelt, og det er det for det meste, men det kan være knudret.

Først og fremmest, hvad er en harddisk. Det burde være enkelt. Vi mener normalt en traditionel roterende Winchester-disk, som er blevet produceret i årtier i de standardiserede tre og en halv tomme samt to og en halv tomme formfaktorer. De indeholder tallerkener, der roterer, et læse-/skrivehoved, der bevæger sig frem og tilbage, og de tilsluttes ved hjælp af noget som ATA- eller SCSI-stik. De fleste af os kan tage en harddisk op med hænderne og være sikre på, at vi har en harddisk. Dette er det, vi kalder diskens fysiske manifestation.

For computeren ser den dog ikke diskens kabinet eller stik. Computeren skal kigge igennem sin elektronik og “se” drevet digitalt. Dette er meget, meget anderledes fra, hvordan mennesker ser det fysiske drev. For computeren fremtræder en harddisk som en ATA-, SCSI- eller Fibre Channel-enhed på det mest grundlæggende fysiske niveau og abstraheres generelt på et højere niveau som en bloklagerenhed. Dette er det, vi ville kalde en logisk fremtoning, frem for en fysisk. Til vores formål her vil vi betragte alle disse drevgrænseflader som blokenheder. De adskiller sig, men kun lidt og ikke afgørende for diskussionen. Det vigtige er, at der findes en standardgrænseflade eller et sæt af tæt beslægtede grænseflader, der ses af computeren som en harddisk.

En anden måde at tænke på den logiske drevfremtoning her er, at alt, der ligner en harddisk for computeren, er noget, som computeren kan formatere med et filsystem. Filsystemer er ikke drev i sig selv, men kræver et drev, hvorpå de kan placeres.

Begrebet grænseflade er det vigtigste her. For computeren er det “alt, der implementerer en harddiskgrænseflade”, der virkelig ses som en harddisk. Dette er både et enkelt og et kraftfuldt begreb.

Det er på grund af brugen af en standardgrænseflade, at vi var i stand til at tage flashhukommelse, tilslutte den til en diskstyreenhed, der ville præsentere den over en standardprotokol (både SATA- og SAS-implementeringer af ATA og SCSI er almindelige for dette i dag) og skabe SSD'er, der ser ud og fungerer præcis som traditionelle Winchester-drev for computeren, men intet fysisk til fælles har med dem. De kan eller kan ikke have en velkendt fysisk formfaktor, men de mangler bestemt tallerkener og et læse-/skrivehoved. Hvis vi ser på funktionsmåden for en traditionel harddisk og en moderne SSD, ville vi ikke gætte, at de deler et formål.

Dette begreb gælder for mange enheder. Naturligvis fungerer SD-kort og USB-hukommelsesdrev på samme måde. Men vigtigt er det, at dette er, hvordan partitioner oven på harddiske fungerer. Partitioneringssystemet bruger begrebet drevfremtoningsgrænseflade på den ene side til at kunne anvendes på en enhed, og på den anden side præsenterer det en drevfremtoningsgrænseflade til det, der vil bruge det; normalt et filsystem. Denne idé om noget, der bruger drevfremtoningsgrænsefladen på begge sider, er meget vigtig. Ved at gøre dette får vi en ensartet og universel byggeklodssystem til at opbygge komplekse lagersystemer!

Vi ser dette begreb om “drev ind; drev ud” i mange tilfælde. Det mest kendte er sandsynligvis RAID. Et RAID-system tager et array af harddiske, anvender én af en række algoritmer til at få drevene til at fungere som et team, og præsenterer dem derefter som en enkelt drevfremtoning for det næste system oppe i “stakken.” Denne indkapsling er det, der giver RAID dets styrke: systemer højere oppe i stakken, der ser på et RAID-array, ser bogstaveligt talt en harddisk. De ser ikke arrayet af drev, de ved ikke, hvad der er under RAID. De ser blot de resulterende drev, som RAID-systemet præsenterer.

Fordi et RAID-system tager et vilkårligt antal drev og præsenterer dem som et standarddrev, har vi den teoretiske mulighed for at lagdele RAID så mange gange, vi ønsker. Selvfølgelig ville dette være ekstremt upraktisk at gøre i nogen større grad. Men det er gennem dette begreb, at indlejrede RAID-arrays er mulige. Hvis vi for eksempel har mange fysiske harddiske opdelt i par, og hvert par er i et RAID 1-array. Hvert af disse resulterende arrays præsenteres som et enkelt drev. Hvert af disse resulterende logiske drev kan kombineres i et andet RAID-array, såsom RAID 0. At gøre dette er, hvordan RAID 10 er bygget. Går vi videre, kan vi tage et antal RAID 10-arrays, præsentere dem alle for et andet RAID-system, der sætter dem i RAID 0 igen, og få RAID 100 og så videre i det uendelige.

På samme måde bruger det logiske volumenlag den samme type indkapsling som RAID til at gøre sin magi. Logiske volumenadministratorer, såsom LVM på Linux og Dynamic Disks på Windows, sidder oven på logiske diske og giver et lag, hvor du kan udføre kraftfuld administration såsom fleksibel udvidelse af enheder eller aktivering af snapshots, og præsenterer derefter logiske diske (også kaldet drevfremtoningsgrænseflade) til det næste lag i stakken.

På grund af den ensartede karakter af drevfremtoninger kan stakken ske i en hvilken som helst rækkefølge. En logisk volumenadministrator kan sidde oven på RAID, eller RAID kan sidde oven på en logisk volumenadministrator, og selvfølgelig kan du springe det ene eller det andet eller begge over!

Begrebet drevfremtoninger eller logiske harddiske er kraftfuldt i sin enkelhed og giver os et stort potentiale for at tilpasse lagersystemer på den måde, vi har brug for.

Der er selvfølgelig andre anvendelser af begrebet logiske drev. En af de mest populære og mindst forstående er SAN. En SAN er intet andet end en enhed, der tager én eller flere fysiske diske og præsenterer dem som logiske drev (denne præsentation af et logisk drev fra en SAN kaldes en LUN) over netværket. Det er bogstaveligt talt alt, hvad en SAN er. De fleste SAN'er vil inkorporere et RAID-lag og sandsynligvis et logisk volumenadministratorlag, inden de præsenterer de endelige LUN'er, eller diskfremtoninger, til netværket, men det er ikke påkrævet for at være en SAN.

Dette betyder selvfølgelig, at flere SAN LUN'er kan kombineres i et enkelt RAID eller styres via et logisk volumenlag. Og selvfølgelig betyder det, at en SAN LUN, en fysisk harddisk, et RAID-array, et logisk volumen, en partition…. alle kan formateres med et filsystem, da de alle er forskellige midler til at opnå det samme resultat. De opfører sig alle identisk. De deler alle drevfremtoningsgrænsefladen.

For at give et eksempel fra den virkelige verden på, hvordan du ofte ville se alle disse dele komme sammen, vil vi undersøge en af de mest almindelige “lagerstak”, du finder i virksomhedsmiljøet. Der er selvfølgelig mange måder at bygge en lagerstak på, så bliv ikke overrasket, hvis din er anderledes. I bunden af stakken er der næsten altid fysiske harddiske, som kan inkludere solid state-drev. Disse er fysisk placeret i en SAN. Inden de forlader SAN, vil stakken sandsynligvis inkludere det faktiske lagerlag for drevene, derefter et RAID-lag, der kombinerer disse drev til en enkelt enhed. Derefter et logisk volumenlag for at muliggøre funktioner som vækst og snapshots. Derefter er der den fysiske demarkation mellem SAN og server, som præsenteres som LUN'en. LUN'en får derefter en logisk volumenadministrator pålagt på server-/operativsystemsiden af demarkationspunktet. Oven på den LUN er der derefter et filsystem, som er vores afsluttende trin, da filsystemet ikke fortsætter med at præsentere en drevfremtoningsgrænseflade, men derimod en filgrænseflade.

Forståelse af drevfremtoning, eller logiske drev, og hvordan disse giver komponenter mulighed for at forbinde med hinanden til at bygge komplekse lagerundersystemer, er en kritisk byggeklods i IT-forståelse og er bredt anvendelig på et stort antal IT-aktiviteter.