Nœud sans disque

Un nœud sans disque (ou poste de travail sans disque ) est un poste de travail ou un ordinateur personnel sans lecteur de disque , qui utilise le démarrage réseau pour charger son système d'exploitation à partir d'un serveur . (On peut également dire qu'un ordinateur agit comme un nœud sans disque , si ses disques ne sont pas utilisés et que le démarrage réseau est utilisé.)

Les nœuds sans disque (ou les ordinateurs agissant comme tels) sont parfois appelés ordinateurs réseau ou clients hybrides . Le client hybride peut soit simplement signifier un nœud sans disque, soit être utilisé dans un sens plus particulier pour désigner un nœud sans disque qui exécute certaines applications , mais pas toutes, à distance, comme dans l' architecture informatique client léger .

Les avantages des nœuds sans disque peuvent inclure des coûts de production inférieurs, des coûts de fonctionnement inférieurs, un fonctionnement plus silencieux et des avantages en termes de facilité de gestion (par exemple, l'installation de logiciels gérés de manière centralisée).

Dans de nombreuses universités et dans certaines grandes organisations, les PC sont utilisés dans une configuration similaire, avec certaines ou toutes les applications stockées à distance mais exécutées localement, là encore pour des raisons de facilité de gestion. Cependant, il ne s'agit pas de nœuds sans disque s'ils démarrent toujours à partir d'un disque dur local .

Les nœuds sans disque traitent les données , utilisant ainsi leur propre processeur et leur propre RAM pour exécuter le logiciel , mais ne stockent pas les données de manière persistante : cette tâche est confiée à un serveur. Cela diffère des clients légers , dans lesquels tout le traitement significatif se déroule à distance, sur le serveur : le seul logiciel qui s'exécute sur un client léger est le logiciel client « léger » (c'est-à-dire relativement petit et simple), qui gère les tâches d'entrée/sortie simples pour communiquer avec l'utilisateur, comme dessiner une boîte de dialogue sur l' écran ou attendre une saisie de l'utilisateur.

Le terme « informatique centralisée » désigne à la fois l'informatique client léger et son prédécesseur technologique, les terminaux texte (qui sont exclusivement en mode texte) . Les clients légers et les terminaux texte peuvent tous deux nécessiter de puissantes installations de traitement central dans les serveurs, afin d'effectuer toutes les tâches de traitement importantes pour tous les clients.

Les nœuds sans disque peuvent être considérés comme un compromis entre les clients lourds (tels que les ordinateurs personnels ordinaires) et l'informatique centralisée, utilisant le stockage central pour plus d'efficacité, mais ne nécessitant pas de traitement centralisé, et utilisant efficacement la puissance de traitement puissante même des processeurs contemporains les plus lents, qui auraient tendance à rester inactifs pendant une grande partie du temps dans le cadre du modèle informatique centralisé.

Le système d'exploitation (OS) d'un nœud sans disque est chargé à partir d'un serveur, à l'aide du démarrage réseau . Dans certains cas, un stockage amovible peut être utilisé pour lancer le processus de démarrage, comme une clé USB ou un autre support de démarrage tel qu'une disquette , un CD ou un DVD. Cependant, le micrologiciel de nombreux ordinateurs modernes peut être configuré pour localiser un serveur et lancer le processus de démarrage automatiquement, sans qu'il soit nécessaire d'insérer un support de démarrage.

Pour le démarrage automatique du réseau, les protocoles réseau PXE ( Preboot Execution Environment ) ou BOOTP ( Bootstrap Protocol ) sont généralement utilisés pour trouver un serveur avec des fichiers pour démarrer le périphérique. Les PC de bureau standard de taille standard peuvent être démarrés en réseau de cette manière avec une carte réseau complémentaire qui comprend une ROM de démarrage Universal Network Device Interface . Le démarrage réseau sans disque est généralement une fonctionnalité intégrée des PC de bureau et portables destinés à une utilisation professionnelle, car il peut être utilisé sur un ordinateur de bureau standard démarré sur disque pour exécuter des diagnostics à distance, pour installer des logiciels ou pour appliquer une image disque sur le disque dur local.

Une fois le processus d’amorçage lancé, comme décrit ci-dessus, l’amorçage se déroulera selon l’une des trois approches principales.

• Dans la première approche (utilisée par exemple par le projet Linux Terminal Server ), le noyau est chargé en mémoire, puis le reste du système d'exploitation est accessible via une connexion au système de fichiers réseau vers le serveur. (Un petit disque RAM peut être créé pour stocker les fichiers temporaires localement.) Cette approche est parfois appelée la technique de la « racine NFS » lorsqu'elle est utilisée avec les systèmes d'exploitation clients Linux ou Unix.
• Dans la deuxième approche, le noyau du système d'exploitation est chargé et une partie de la mémoire du système est configurée comme un grand disque RAM, puis le reste de l'image du système d'exploitation est récupéré et chargé dans le disque RAM. C'est l'implémentation que Microsoft a choisie pour sa fonction de démarrage à distance de Windows XP Embedded .
• Dans la troisième approche, les opérations sur disque sont virtualisées et sont en fait traduites en un protocole réseau. Les données qui sont habituellement stockées sur un lecteur de disque sont ensuite stockées dans des fichiers de disques virtuels hébergés sur un serveur. Les opérations sur disque telles que les demandes de lecture/écriture de secteurs de disque sont traduites en demandes réseau correspondantes et traitées par un service ou un démon exécuté côté serveur. C'est l'implémentation utilisée par Neoware Image Manager, Ardence, VHD Central Management System et divers produits « boot over iSCSI ». Cette troisième approche diffère de la première approche car ce qui est distant n'est pas un système de fichiers mais en fait un périphérique de disque (ou périphérique brut ) et le système d'exploitation client ne sait pas qu'il ne fonctionne pas à partir d'un disque dur. C'est pourquoi cette approche est parfois appelée « disque dur virtuel » ou « disque virtuel réseau ».

Windows 3.x et Windows 95 OSR1 prenaient en charge les opérations de démarrage à distance, à partir de serveurs NetWare , Windows NT et même de serveurs DEC Pathworks .

Des éditeurs de logiciels tiers tels que Qualystem (acquis par Neoware ), LanWorks (acquis par 3Com ), Ardence (acquis par Citrix Systems ), APCT et Xtreamining Technology ont développé et commercialisé des produits logiciels destinés au démarrage à distance de versions plus récentes de la gamme de produits Windows : Windows 95 OSR2 et Windows 98 étaient pris en charge par Qualystem et Lanworks, Windows NT était pris en charge par APCT et Ardence (appelé VenturCom à l'époque), et Windows 2000/XP/2003/Vista/Windows 7 sont pris en charge par Hewlett-Packard (qui a acquis Neoware qui avait précédemment acquis Qualystem) et Citrix Systems (qui a acquis Ardence ).

Avec une image de système d'exploitation essentiellement unique pour un ensemble de machines (avec peut-être quelques personnalisations pour les différences de configurations matérielles entre les nœuds), l'installation et la maintenance des logiciels installés peuvent être plus efficaces. De plus, toutes les modifications apportées au système pendant le fonctionnement (en raison d'une action de l'utilisateur, de vers, de virus, etc.) peuvent être soit effacées lorsque l'alimentation est coupée (si l'image est copiée sur un disque RAM local) comme le démarrage à distance de Windows XP Embedded ou interdites entièrement (si l'image est un système de fichiers réseau). Cela permet une utilisation dans des zones d'accès public (telles que les bibliothèques ) ou dans les écoles, etc., où les utilisateurs peuvent souhaiter expérimenter ou tenter de « pirater » le système.

Cependant, il n'est pas nécessaire de mettre en œuvre le démarrage réseau pour obtenir l'un des avantages ci-dessus - les PC ordinaires (avec l'aide d'un logiciel approprié) peuvent être configurés pour télécharger et réinstaller leurs systèmes d'exploitation (par exemple) sur une base nocturne, avec un travail supplémentaire par rapport à l'utilisation d'une image de disque partagée à partir de laquelle les nœuds sans disque démarrent.

Les nœuds sans disque modernes peuvent partager la même image disque, en utilisant une relation 1:N (1 image disque utilisée simultanément par N nœuds sans disque). Cela facilite grandement l'installation et la maintenance des applications logicielles : l'administrateur n'a besoin d'installer ou de maintenir l'application qu'une seule fois, et les clients peuvent obtenir la nouvelle application dès qu'ils démarrent à partir de l'image mise à jour. Le partage d'image disque est rendu possible car il utilise le cache d'écriture : aucun client n'est en compétition pour l'écriture dans une image disque partagée, car chaque client écrit dans son propre cache.

Tous les systèmes modernes de nœuds sans disque peuvent également utiliser une relation client-image-disque 1:1, où un client « possède » une image disque et écrit directement dans ladite image disque. Aucun cache d'écriture n'est alors utilisé.

Effectuer une modification dans une image de disque partagé s'effectue généralement de cette manière :

1. L'administrateur fait une copie de l'image du disque partagé qu'il souhaite mettre à jour (cela peut être fait facilement car le fichier image du disque est ouvert uniquement en lecture)
2. L'administrateur démarre un nœud sans disque en mode 1:1 (mode non partagé) à partir de la copie de l'image disque qu'il vient de créer
3. L'administrateur apporte des modifications à l'image disque (par exemple installer une nouvelle application logicielle, appliquer des correctifs ou des correctifs logiciels)
4. L'administrateur arrête le nœud sans disque qui utilisait l'image disque en mode 1:1
5. L'administrateur partage l'image disque modifiée
6. Les nœuds sans disque utilisent l'image disque partagée (1:N) dès qu'ils sont redémarrés.

L'utilisation d'un stockage sur disque central permet également une utilisation plus efficace du stockage sur disque. Cela peut réduire les coûts de stockage, libérant ainsi du capital pour investir dans des technologies de stockage plus fiables et modernes, telles que les baies RAID qui prennent en charge le fonctionnement redondant et les réseaux de stockage qui permettent l'ajout à chaud de stockage sans interruption. En outre, cela signifie que les pertes de disques durs dues à une panne mécanique ou électrique (qui sont des événements statistiquement très probables sur une période de plusieurs années, avec un grand nombre de disques concernés) sont souvent à la fois moins susceptibles de se produire (car il y a généralement moins de disques durs susceptibles de tomber en panne) et moins susceptibles de provoquer une interruption (car ils feraient probablement partie de baies RAID). Cela signifie également que les nœuds eux-mêmes sont moins susceptibles de subir des pannes matérielles que les clients lourds .

Les nœuds sans disque partagent ces avantages avec les clients légers .

Cependant, cette efficacité de stockage peut avoir un prix. Comme c'est souvent le cas en informatique, une efficacité de stockage accrue se fait parfois au prix d'une baisse des performances.

Un grand nombre de nœuds effectuant des demandes sur le même serveur simultanément peut ralentir l'expérience de tous. Cependant, ce problème peut être atténué en installant de grandes quantités de RAM sur le serveur (ce qui accélère les opérations de lecture en améliorant les performances de mise en cache ), en ajoutant plus de serveurs (ce qui répartit la charge de travail des E/S) ou en ajoutant plus de disques à une matrice RAID (ce qui répartit la charge de travail des E/S physiques ). Dans tous les cas, il s'agit également d'un problème qui peut affecter dans une certaine mesure tout réseau client-serveur, car, bien entendu, les clients lourds utilisent également des serveurs pour stocker les données utilisateur.

En effet, les données utilisateur peuvent être beaucoup plus importantes et peuvent être consultées beaucoup plus fréquemment que les systèmes d’exploitation et les programmes dans certains environnements. Par conséquent, le passage à un modèle sans disque n’entraînera pas nécessairement une dégradation notable des performances.

Un modèle sans disque dur nécessitera également une bande passante réseau plus importante (c'est-à-dire une plus grande capacité) qu'un modèle client lourd. Cela ne signifie pas nécessairement qu'une infrastructure réseau de plus grande capacité devra être installée. Cela peut simplement signifier qu'une plus grande proportion de la capacité réseau existante sera utilisée.

Enfin, la combinaison des latences de transfert de données réseau (transfert physique des données sur le réseau) et des latences de contention (attente que le serveur traite les requêtes des autres nœuds avant les vôtres) peut entraîner une dégradation inacceptable des performances par rapport à l'utilisation de lecteurs locaux, en fonction de la nature de l'application et de la capacité de l'infrastructure réseau et du serveur.

Un autre exemple de situation dans laquelle un nœud sans disque dur peut s'avérer utile est celui d'un environnement potentiellement dangereux où les ordinateurs sont susceptibles d'être endommagés ou détruits, ce qui rend le besoin de nœuds peu coûteux et d'un matériel minimal un avantage. Là encore, des clients légers peuvent également être utilisés.

Les machines sans disque peuvent également consommer peu d’énergie et faire peu de bruit, ce qui implique des avantages environnementaux potentiels et les rend idéales pour certaines applications de cluster informatique .

Les architectures de clients légers et de nœuds sans disque utilisent des clients sans disque qui présentent des avantages par rapport aux clients lourds (voir ci-dessus), mais diffèrent en ce qui concerne l'emplacement du traitement.

• Charge distribuée La charge de traitement des nœuds sans disque est distribuée. Chaque utilisateur dispose de son propre environnement de traitement isolé, ce qui affecte à peine les autres utilisateurs du réseau, tant que leur charge de travail n'est pas intensive en termes de système de fichiers. Les clients légers dépendent du serveur central pour le traitement et nécessitent donc un serveur rapide. Lorsque le serveur central est occupé et lent, les deux types de clients seront affectés, mais les clients légers seront complètement ralentis, tandis que les nœuds sans disque ne seront ralentis que lors de l'accès aux données sur le serveur.
• Meilleures performances multimédia . Les nœuds sans disque présentent des avantages par rapport aux clients légers dans les applications riches en multimédia qui nécessiteraient une bande passante importante si elles étaient entièrement exploitées. Par exemple, les nœuds sans disque sont bien adaptés aux jeux vidéo car le rendu est local, ce qui réduit la latence.
• Les nœuds sans disque dur sont généralement des ordinateurs personnels ou des postes de travail ordinaires sans disque dur fourni, ce qui signifie qu'une grande variété de périphériques peuvent être ajoutés. En revanche, les clients légers sont généralement de très petits boîtiers scellés sans possibilité d'extension interne et avec une possibilité limitée ou inexistante d'extension externe. Même si, par exemple, un périphérique USB peut être physiquement connecté à un client léger, le logiciel du client léger peut ne pas prendre en charge les périphériques au-delà des périphériques d'entrée et de sortie de base - par exemple, il peut ne pas être compatible avec les tablettes graphiques , les appareils photo numériques ou les scanners .

• Le matériel est moins cher sur les clients légers, car les exigences de traitement du client sont minimales, et l'accélération 3D et le support audio élaboré ne sont généralement pas fournis. Bien entendu, un nœud sans disque peut également être acheté avec un processeur bon marché et un support multimédia minimal, si cela convient. Ainsi, les économies de coûts peuvent être plus faibles qu'elles ne le paraissent à première vue pour certaines organisations. Cependant, de nombreuses grandes organisations achètent habituellement du matériel avec des spécifications plus élevées que nécessaire pour répondre aux besoins d'applications et d'utilisations particulières, ou pour assurer la pérennité (voir le point suivant) . Il existe également des raisons moins « rationnelles » de surspécifier le matériel, qui entrent assez souvent en jeu : les services gaspillent les budgets afin de conserver leurs niveaux budgétaires actuels pour l'année prochaine ; et l'incertitude quant à l'avenir, ou le manque de connaissances techniques, ou le manque de soin et d'attention, lors du choix des spécifications du PC. Compte tenu de tous ces facteurs, les clients légers peuvent apporter les économies les plus substantielles, car seuls les serveurs sont susceptibles d'être substantiellement « plaqués or » et/ou « à l'épreuve du temps » dans le modèle de client léger.
• La pérennité n'est pas un problème majeur pour les clients légers, qui sont susceptibles de rester utiles pendant toute la durée de leur cycle de remplacement (un à quatre ans, voire plus), car la charge repose sur les serveurs. Les nœuds sans disque posent problème, car la charge de traitement est potentiellement beaucoup plus élevée, ce qui signifie qu'il faut réfléchir davantage lors de l'achat. Les réseaux de clients légers peuvent nécessiter des serveurs beaucoup plus puissants à l'avenir, tandis qu'un réseau de nœuds sans disque peut nécessiter à l'avenir une mise à niveau du serveur, une mise à niveau du client, ou les deux.
• Les réseaux de clients légers consomment potentiellement moins de bande passante réseau , car une grande partie des données est simplement lue par le serveur et traitée à cet endroit, et transférée au client uniquement par petits morceaux, au fur et à mesure des besoins d'affichage. De plus, le transfert de données graphiques vers l'écran est généralement plus adapté aux technologies efficaces de compression et d'optimisation des données (voir par exemple la technologie NX ) que le transfert de programmes arbitraires ou de données utilisateur. Dans de nombreux scénarios d'application typiques, la consommation totale de bande passante et la consommation « en rafale » devraient être inférieures pour un client léger efficace que pour un nœud sans disque.