Partitions, formatage, etc., kézako ?

Pour comprendre ce que sont formatage et partitionnement, il est utile de comprendre comment fonctionne un disque dur. Je ne parlerai que des disques durs proprement dits, laissant de côté les les « disques » SSD (Solid State Drives) dont le fonctionnement matériel est différent.

Il faudra donc expliquer ce que sont :

• les disques durs, leur MBR (Master Boot Record ou enregistrement maître de démarrage), leurs pistes, secteurs, cylindres et têtes de lecture/écriture (CHS pour Cylinder-Heads-Sectors), les contrôleurs (LBA, SCSI, ...), ...
  
• les partitions, leurs systèmes de fichiers (FS pour File Systems), les tables de partitions, les différents types de formats logiques et leurs clusters/blocs, les volumes, les drapeaux, ...
  
• les BIOS et leurs limites, l'EFI et l'UEFI et leurs dangers.

Une fois que tout ça sera vu, on pourra voir le partitionnement et les partitionnements. Mais pas de panique, tous ces mots barbares vont devenir plus clairs au fur et à mesure.

Qu'est-ce qu'un disque dur ?

C'est un support d'informations destiné aux ordinateurs et à de nombreux appareils numériques comme les enregistreurs vidéo et autres. Ils contiennent un support électromagnétique capable de retenir les informations même sans alimentation électrique.

Un disque ? Non, plusieurs. En effet, les « disques durs » contiennent plusieurs disques (ou plateaux) qui fonctionnent en même temps. Entre chacun des plateaux, on trouve une tête de lecture/écriture qui permet l'accès à ces données.



Cet ensemble de disques contient une série ininterrompue de chiffres binaires, des '0' et des '1'.
Alors, comment le système s'y retrouve-t'il pour savoir où sont les partitions, les fichiers, etc. ? Il doit être décomposé, comme si cet empilage était repéré par des « découpes » des disques en « quartiers », en « anneaux » et en « tubes » pour donner des zones restreintes dans lesquelles les données et les repères (adresses et tables de partitions) pourront être inscrites sans risque de s'y perdre.

Le nombre de têtes (de lecture/écriture) permet de savoir combien il y a de plateaux, et la référence de la tête d'activer la lecture ou l'écriture sur la tête correspondante.

Les quartiers sont appelés « secteurs », les anneaux sont appelés « pistes », les tubes sont appelés « cylindres » et les zones repérées par l'intersection des trois précédents sont appelés « clusters » ou « blocs ».



Chacun de ces blocs constitue la plus petite unité de stockage d'information sur volume, c'est à dire sur une partition occupée par un système de fichiers. Un fichier occupera donc au minimum la taille d'un de ces blocs, même s'il est plus petit, alors que s'il est plus gros qu'un bloc, il en occupera plusieurs.
Il convient donc, pour en arriver là, que le disque soit préalablement partitionné et qu'un système de fichiers ait été installé sur chaque partition.

Partitionnement

Le partitionnement est le « découpage » du disque dur en plusieurs zones qui correspondront chacune à une racine de volume. Sous DOS ou sous Windows, ces partitions sont dénommées avec des lettres, ce sont les fameux C:\, D:\, etc., mais aussi les A:\ et B:\ des disquettes. Sous Linux, les partitions sont nommées d'après leur position sur le disque, /dev/sda, /dev/sdb, etc., et ne sont accessibles que par leur point de montage ( /, /home ou autre).

Ce qu'il faut savoir, c'est qu'il y a plusieurs types de partitions. Ces différents types de partitions ont été rendus nécessaires à cause d'une limite matérielle des disques durs : ils n'acceptent que quatre partitions primaires, directement référencées. Donc, si on a besoin de plus de quatre partitions, il faut ruser. On utilise alors trois partitions primaires, plus une partition dite étendue, c'est à dire une partition primaire qui est conçue pour recevoir d'autres partitions, dites logiques, celles-là.

On représente généralement le disque dur par une zone rectangulaire lorsqu'on parle de partitions, pour de simples raisons de facilité, de compréhension et d'affichage. Voici un exemple de partitionnement de disque dur utilisant les 3 types de partitions. J'utilise gParted pour accéder à mes partitions, mais d'autres outils existent.



Sur l'image, on voit d'abord trois partitions (ici assez petites, mais ce n'est pas important), suivies d'une grosse partition étendue représentée par le bord bleu clair. Et dans cette partition étendue, il y a deux autres partitions, les partitions logiques. Il est à noter qu'un disque dur doit pour être utilisé contenir au moins une partition formatée selon les règles du système de fichiers.

Les partitions primaires (y compris l'éventuelle partition étendue) sont repérées par le disque dur au niveau de la MBR (Master Boot Record), dans des enregistrements qui sont indispensables au système (matériel) pour savoir où adresser les requêtes d'accès qui seront transmises par le système d'exploitation. La MBR se trouve toujours sur le premier secteur physique du disque dur.

La partition étendue contiendra des enregistrements comparables pour repérer les partitions logiques qu'elle contient. C'est l'EBR ou Extended Boot Record.

Chaque partition contiendra une table de partition pour repérer l'emplacement des différents fichiers (y compris les répertoires et dossiers qui ne sont que des fichiers spécifiques).

Système de fichiers et volumes

Un système de fichiers est une méthode pour organiser les fichiers (et dossiers) sur une partition. Et un volume est une partition munie d'un système de fichiers (ou file system).

Formatage

Il existe deux types de formatages qui sont, sous Windows et si mes souvenirs sont bons, notés « Formatage complet » et « formatage rapide ».

Voici les possibilité d'utilisation de gParted pour les différents partitionnements, systèmes de fichiers et formatages sur ma machine (d'autres possibilités peuvent être installées, et d'autres logiciels existent) :



et un exemple de partitionnement avec les formatages effectué en ext4, swap, et étendu :



Formatage rapide :
Le formatage rapide est, comme son nom l'indique, le plus rapide. Il efface toutes les indications concernant les fichiers qui se trouvent sur la partition puis reconstruit une table d'allocations de fichiers vierge. Les fichiers en question sont donc toujours présents sur le disque dur, mais sont inaccessibles sans outil de récupération approprié.

C'est le formatage dont on a le plus souvent besoin, et aussi celui qui utilise (use) le moins le disque dur. Il convient dans la plupart des cas.

J'utilise ici l'expression « table d'allocation de fichiers » dans son sens large, tel qu'il a été repris mar Microsoft® pour nommer ses systèmes FAT. Dans la réalité, c'est le système de fichiers qui détermine le format de table utilisé, qu'il s'agisse de FATx, EXTy, Solaris, NTFS, HPFS HFS+ ou autre selon le système utilisé par l'OS qui sera installé.

Formatage complet :
Le formatage complet effectue le formatage dans les grandes largeurs. Il ne se contente pas de reconstruire une table pour repérer les nouveaux fichiers qui seront installés plus tard, il passe aussi son temps à inscrire des '0' sur chaque emplacement existant sur la partition. Ainsi, les fichiers (et dossiers) sont effectivement effacés du disque.

Ce type de formatage n'est utile que dans certains cas, c'est à dire si on veut empêcher toute récupération des anciennes données (avec des outils « tout public ») ou si on soupçonne la présence de secteurs défectueux sur le disque. En effet, lors d'un formatage complet, le système fait une vérification de l'intégrité physique de chaque cluster, et les marque comme « défectueux » le cas échéant, évitant ainsi son utilisation par le système d'exploitation, les programmes et les données.

Formatage de bas niveau :



C'était une commande existant dans les BIOS des anciens ordinateurs XT (8086 et 8088) pour gérer le formatage du disque dur lui-même (pas les partitions), et qui était utilisée pour les disques durs MFM et RLL. Le formatage de bas niveau permettait de définir soi-même le nombre de cylindres, de pistes et de secteurs du disque. Mais comme un mauvais paramétrage pouvait être nuisible, voire fatal au disque dur, ce système a été abandonné au profit des disques IDE (à partir des machines à base de processeurs 80286) qui ont un contrôleur intégré permettant la définition automatique de ces paramètres.

Si tant est que ce type de formatage soit nécessaire sur un disque actuel, il convient de n'utiliser pour ce faire que les outils fournis par le fabricant du disque dur, ou, à défaut, les outils OnTrack spécialement conçus à cet effet. Toute autre méthode produira des résultats catastrophiques pour le disque dur.

Autres informations qui peuvent être utiles

Le Master Boot Record (MBR)
Je l'ai cité plus haut, c'est l'enregistrement maître du disque dur parce qu'il est situé sur le premier secteur du disque et contient les informations (adresses, c'est à dire les références secteur-têtes-cylindre) qui permettent de retrouver les partitions primaires et de savoir sur laquelle se trouve les informations qui permettent de démarrer le bootloader (chargeur de système).

Botloader
Le bootloader (ou chargeur de système) est la première chose chargée depuis le disque dur lors du démarrage de l'ordinateur. Hé non, ce n'est pas le système d'exploitation qui est le premier ! Le bootloader contient les informations sur l'adresse à laquelle on peut commencer le démarrage du système d'exploitation (OS).

Pourquoi ne pas démarrer le système directement ? Tout simplement parce que de nombreuses personnes veulent avoir plusieurs OS sur leur machine, qu'il s'agisse de plusieurs versions de Windows®, d'un Windows® et une distribution GNU/Linux, de plusieurs distributions GNU/Linux, d'un Windows®, d'une distribution GNU/Linux et d'un système BSD, ou tout autre mélange de systèmes imaginable.

Les systèmes Microsoft® ont leurs propres bootloaders respectifs, mais sont incompatibles avec les autres OS. Il existe donc des bootloaders multi-OS prévus pour faire tourner de nombreux OS d'origines différentes. Les plus connus sont lilo (linux loader), GRUB (GRand Unified Bootloader), et GAG (Gestor de Arranque Gráfico), mais de nombreux autres existent.

Le contrôleur
Le contrôleur de disque dur est la carte électronique qui gère la rotation des disques (internes au « disque dur »), le mouvement des têtes de lecture, l'interprétation des données lues par les têtes et l'écriture sur les disques. Depuis les processeurs 80286 et les disques durs IDE (sur PC), ils gèrent également le formatage de bas niveau des disques et sont intégrés au boîtier du disque dur lui-même.

Les formats de systèmes de fichiers
Les différents formats utilisés dépendent en grande partie du système d'exploitation utilisé. Le FAT12 correspond au formatage des disquettes, la FAT16 était utilisée pour les systèmes DOS (et quelques autres), la FAT32 est arrivée pour permettre la gestion de gros fichiers et les longs noms de fichiers sur les systèmes Windows jusqu'à XP, HPFS est utilisé par OS/2 (et les premier Windows NT), NTFS est un système HPFS journalisé utilisé par Windows NT et Win XP, ext2 est un système utilisé essentiellement par GNU/Linux, ext3 est un ext2 journalisé, ext4 est est une évolution de ext3 permettant une future évolution des systèmes de fichiers, MFS est le format des disquettes Mac, HFS, HFS+ et HFSX sont les formats utilisés par MacOS, etc.

Il existe de nombreux autres types de formats de systèmes de fichiers, je n'ai cité que les plus courants sur ordinateurs personnels.

BIOS
Le Basic Input/Output System, ou système de gestion basique des entrées/sorties est à la base du démarrage de l'ordinateur. Il gère le repérage des différents périphériques de la machine et la communication entre ces différents périphériques, dont le disque dur.

Le BIOS est un élément qui est en cours de remplacement par le système (U)EFI.

(U)EFI
L'UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) a d'ores et déjà remplacé l'EFI. C'est un système qui remplace progressivement le BIOS. Il prend en charge de nombreuses fonctionnalités réseau inexistantes dans les BIOS, propose une véritable interface graphique, permet la gestion directe de nombreux systèmes d'exploitation, et est un véritable petit système d'exploitation en soi, ce qui facilite la virtualisation des OS installés sur la machine.

Mais il est bon de savoir aussi que toutes ces fonctionnalités permettent des avantages pour les grosses firmes commerciales qui peuvent être des inconvénients pour les utilisateurs : la gestion des DRM (restriction de droits d'utilisation des données) par le matériel, voire même à terme impossibilité d'utilisation des OS non prévus (ou non souhaités par ces firmes), communications non désirées gérées par le matériel (espionnage de la machine et de son utilisation par des firmes commerciales ou des gouvernements), et ainsi de suite.

Liens utiles

Cette présentation est très succinte et incomplète. Je mets donc ici les liens vers les pages qui m'ont aidé à ne pas écrire trop de bêtise et vers des pages connexes qui peuvent être utiles pour des renseignements complémentaires.

Disques durs
http://fr.wikipedia.org/wiki/Disque_dur
http://fr.wikipedia.org/wiki/Disque_dur#G.C3.A9om.C3.A9trie
http://fr.wikipedia.org/wiki/Cylindre/T%C3%AAte/Secteur
http://fr.wikipedia.org/wiki/Secteur_de_disque
http://fr.wikipedia.org/wiki/Bloc_%28disque_dur%29
http://www.commentcamarche.net/contents/pc/disque.php3
http://www.aidoweb.com/tutoriaux/le-formatage-bas-niveau-remise-neuf-dd-178
http://www.materiel-informatique.be/mfm.php
http://www.materiel-informatique.be/rll.php
http://www.materiel-informatique.be/scsi.php
http://fr.wikipedia.org/wiki/IDE
http://fr.wikipedia.org/wiki/Integrated_Drive_Electronics
http://fr.wikipedia.org/wiki/SATA

Partitions
http://fr.wikipedia.org/wiki/Partition_de_disque_dur
http://fr.wikipedia.org/wiki/Partition_de_disque_dur#Identificateur_de_partition
http://fr.wikipedia.org/wiki/Master_boot_record

Formatages
http://fr.wikipedia.org/wiki/Volume_%28informatique%29
http://www.linternaute.com/hightech/maquestion/hardware/formatage.shtml
http://fr.wikipedia.org/wiki/Formatage
http://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_de_fichiers

BIOS et (U)EFI
http://fr.wikipedia.org/wiki/Extensible_Firmware_Interface
http://fr.wikipedia.org/wiki/Basic_Input_Output_System
http://www.pcinpact.com/actu/news/LEFI_lapres_BIOS_approche_a_grands_pas_.htm

Autres
http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9moire_morte
http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9moire_vive
http://fr.wikipedia.org/wiki/Logical_block_addressing
http://fr.wikipedia.org/wiki/Octet

Gabier, c'est du beau bouleau boulot

waouh ! merci beaucoup, Gabier

Super tuto, Gabier ...... va falloir que je te verse une prime

Jeff a écrit:... va falloir que je te verse une prime

Tu es sûr que tu vas bien, Jeff ?

Gabier-Nuton a écrit:Tu es sûr que tu vas bien, Jeff ?

Oui, oui, t'inquiètes .... c'est stratégique

Salut Gabier et à tous !

c'est un bon cours
mais je me posais la question de savoir si on pouvait sur les PC bidouiller au niveau du bit
comme sur les gros et moyens systèmes
peut-on faire un vidage de certains secteurs ?

Oui, c'est possible. Je ne sais pas si Windows le permet en lui-même, mais il est toujours possible de programmer une fonction faisant ça, que ce soit en C ou tout autre langage. Linux par contre permet ce genre de fantaisie, et si je voulais essayer ce genre de truc, je tenterais le coup avec la commande dd en ligne de commande.

Qu'appelles-tu "vidage de certains secteurs" ? Leur remise à blanc avec des '0' ? Si c'est ça, c'est bien dd qui est utilisé. Je l'ai fait pour nettoyer une mbr corrompue avant de la reconstituer (en fait, en restaurer une sauvegarde, toujours avec dd).

Gabier, quand tu fais des trucs comme ça, ça donne envie de t'épousationner
Chapeau entouka, ça me reservira pitêtre un jour

Gabier-Nuton a écrit: Qu'appelles-tu "vidage de certains secteurs" ? Leur remise à blanc avec des '0' ? Si c'est ça, c'est bien dd qui est utilisé. Je l'ai fait pour nettoyer une mbr corrompue avant de la reconstituer (en fait, en restaurer une sauvegarde, toujours avec dd).

Merci de ta réponse.

Non , c'est un vidage simple lecture de ce qu'il y a comme infos et drapeaux
dans un secteur limité

mais je ne vais plus m ' amuser à cela
j' ai trop bossé maintenant je me repose

Ah d'accord. Pour les infos et les flags, il y a un utilitaire nommé parted pour s'occuper de ça (lecture et/ou écriture). Il existe aussi des interfaces graphiques pour parted : gParted (sous Gnome) et QTParted (sous KDE).

Bon repos alors !

Super boulot Gabier, chapeau et