Cluster

Cluster : mémoire disque divisée en secteurs regroupés en clusters - plus petite quantité de données que le système d'exploitation sait manipuler en une fois.

cr  01.04.2012      r+  21.12.2020      r-  18.04.2024      Pierre Pinard.         (Alertes et avis de sécurité au jour le jour)

Si l'utilisateur a la notion de « fichiers », le système d'exploitation qu'il utilise, lui, a aussi la notion de « clusters » et réduit ses entrées/sorties (lectures/écritures) de/vers les disques durs à cette notion de « clusters ». L'électronique du disque dur, elle, ne connaît qu'une seule autre unité de mesure, le « secteur », et reçoit, du système d'exploitation, des ordres de lire ou d'écrire, à la volée, des « groupes de secteurs contigus » formant les « clusters ». Entre les « secteurs », il y a, physiquement, des petits espaces appelés « Gaps » et, lorsque le disque est constitué de plusieurs plateaux empilés, apparaît la notion de « cylindres ».

Les notions de :

• « Secteurs »,

• « Clusters »

• « Gaps »

• « Cylindres »

• « Flottement des têtes »

• « Atterissage des têtes »

• Différence entre « Fichiers » et « Dossiers »

Secteurs et Clusters sur un Disque dur

• La notion de « Secteur ».
  

  Après formatage « de bas niveau » (fait en usine - non accessible aux utilisateurs normaux), la totalité de l'espace disque est constituée de morceaux appelés « secteurs ».

  Les « secteurs », depuis les années 1980, font 512 octets. Un disque de 2TO aura environ 3 906 250 « secteurs ».

  Secteur - Au niveau du matériel (du hardware - du disque dur) :

  Le « secteur » est la plus petite quantité de données (le plus petit nombre de caractères - d'octets) que l'électronique du matériel sait manipuler. Par exemple, les « secteurs » peuvent être de 256 octets ou 512 ou 1024 ou 2048 ou 4096 octets. Chaque fois que quelque chose est lu ou écrit, c'est par « secteurs » que cela se passe.

• La notion de « Cluster ».
  

  Après formatage « de haut niveau » (le formatage fait par le système d'exploitation - accessible aux utilisateurs) d'un volume (d'une partition), l'espace disque est disponible au système d'exploitation, d'un seul tenant, sous forme de blocs appelés « clusters ».

  Cluster - Au niveau du système d'exploitation (Windows...) :

  Un « cluster » est un ensemble de « secteurs » consécutifs.

  Un « cluster » est la plus petite quantité d'informations que le système d'exploitation sait manipuler en une fois et est toujours un multiple de « secteurs ». Windows optimise la taille des « clusters », lors du formatage « de haut niveau », en fonction du matériel. Par exemple, un « cluster » = Quatre secteurs. Si le « secteur » fait 2048 caractères, le « cluster » fait 8192 caractères et Windows manipule donc 8192 caractères « à la volée ».

  Si un fichier ne contient qu'un seul caractère, il occupera tout de même, sur le disque, un « cluster » entier (plus il y a de tout petits fichiers, plus il y a de pertes de capacités de stockage).

• La notion de « Gap »
  

  Des espaces, entre les « secteurs », permettent de séparer les secteurs, physiquement. Chaque « secteur » commence par un en-tête de synchronisation et se termine par un chiffre clé de contrôle d'intégrité avec plus ou moins de capacités de corrections des erreurs (ECC - Error Checking and Correcting et Codes de contrôle de parité et codes correcteurs d'erreurs). Mais, entre les deux se trouve une zone plus ou moins vide, appelée « Gap », permettant aux têtes de lecture d'avoir le temps de « viser » le secteur suivant, un peu comme un « tac » (un « marqueur ») juste devant chaque « secteur ».

  Les « secteurs », depuis les années 1980, font 512 octets. Un disque de 2TO aura environ 3 906 250 « secteurs ». Des « secteurs » plus grands permettraient de diminuer le nombre d'ECC, de synchronisations et de « Gaps », mais les ECC devraient être plus grands. Ces équilibres à choisir relèvent du constructeur et du « formatage de bas niveau », pas accessible à l'utilisateur « normal ».

  Usage des Gaps

  Les « Gaps » sont utilisés diversement par les constructeurs de disques durs, selon de très nombreux brevets.

  Il a existé des virus se cachant dans les « Gaps » à une époque où les « Gaps » n'étaient pas surveillés et n'étaient pas réservés à l'usage exclusif de l'électronique du disque dur. Tous les antivirus se sont fait prendre à ce jeu du chat et de la souris. Ce n'est plus possible.

• La notion de « Cylindre ».
  

  Lorsqu'un disque dur est constitué de plusieurs plateaux empilés, les mêmes pistes, sur l'ensemble des plateaux, forment un « cylindre » (le numéro du « cylindre » est le même que celui des pistes qui le constituent).

  Parfois, l'un des « cylindres », au début, au milieu ou à la fin du disque, selon les constructeurs, est un « cylindre » de position de repos des têtes, lorsque le disque est à l'arrêt. Ceci permet un positionnement plus rapide des têtes, au démarrage, alors que la position naturelle des têtes au repos serait plutôt en dehors de la surface disque.

• Le flottement des têtes de lecture / écriture sur un coussin d'air.
  

  Les têtes de lecture ne frottent pas sur la surface des disques, comme sur les bandes magnétiques, sinon elles brûleraient instantanément, les disques tournant entre 5400 et 15 000 tours / minute. Elles flottent à quelques microns de cette surface par le coussin d'air créé par la vitesse de rotation, d'où la sensibilité à la pression atmosphérique et aux micro-chocs. Le coussin d'air, entretenu par la vitesse de rotation des plateaux du disque et la géométrie des têtes de lecture, chasse les têtes qui sont maintenues, sans aucun mécanisme, à une distance de 10 nanomètres de la surface du disque (10 billionièmes de mètre) - mesure en 2006 - cette distance ne cesse de diminuer. À l'arrêt, les têtes ne flottent plus et, avant l'arrêt, les têtes sont rangées au-dessus d'une zone dite de « parking » (ne comportant aucune donnée) ou au-dessus du vide, au-delà des plateaux.

  On comprend donc qu'en fonctionnement, un disque dur ne doit supporter aucun choc et que, d'autre part, aucune imperfection ni aucune poussière ou trace de doigt n'est tolérable.

• Le crash disque (ou atterrissage des têtes).
  

  Les dégâts sur une tête rencontrant une trace de doigt ou une poussière, entre tête et plateau, seraient équivalant aux dégâts que subirait une voiture lancée à 1000 Km /h, rencontrant un tronc d'arbre de 5 mètres de diamètre en travers de sa route. Le simple fait de frapper la souris sur la table, ou de frapper la table sur laquelle se trouve l'ordinateur (principalement les ordinateurs portables), provoque un atterissage de têtes et la destruction de « clusters » ou de « cylindres ». On peut observer avec effroi les joueurs de jeux vidéo frapper leurs tables, voire leurs ordinateurs, de rage lorsqu'ils perdent (ou de joie lorsqu'ils gagnent). Ces extorisations sont destructrices de leur matériel.

  Utilisez, de temps en temps, la commande Windows ChkDsk pour chercher et isoler les zones physiques détruites et tenter de récupérer les données qui s'y trouveraient.

  
  Cylindre sur un Disque dur
  

Le tableau suivant décrit les tailles de cluster par défaut pour NTFS.

Remarque L'astérisque (*) signifie une absence de prise en charge en raison des limites de l'enregistrement de démarrage principal (MBR).

Le tableau suivant décrit les tailles de cluster par défaut pour FAT16.

Remarque L'astérisque (*) signifie une disponibilité uniquement sur un support d'une taille de secteur supérieures à 512 octets.

Le tableau suivant décrit les tailles de cluster par défaut pour FAT32.

Le tableau suivant décrit les tailles de cluster par défaut pour exFAT.

Voir Défragmentation.