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Après avoir aidé quelqu'un aux prises avec des problèmes causés par son gestionnaire de disques (disk manager en anglais), j'ai voulu lui expliquer comment fonctionnait la chose au meilleur de mes capacités. J'ai pensé lui écrire tout cela par e-mail, mais pourquoi ne pas en faire profiter plus de gens que cela pourrait intéresser. Bien entendu, ce que vous trouverez là ne demeure qu'une hypothèse. Cela aidera à comprendre ce qui se passe lorsqu'on ajoute un gestionnaire de disques sur une machine, mais ne pourra pas servir de référence absolue.
De façon générale, un gestionnaire de disques est un logiciel permettant à une machine de prendre en charge des disques durs de plus grande capacité que ceux prévus au départ par son fabricant.
À plusieurs moments pendant l'histoire du PC, la capacité maximale du disque dur s'est trouvée limitée par des contraintes à différents niveaux de l'architecture du système. Par exemple, beaucoup de vieux 486 ne peuvent pas accepter de disques durs dont la capacité excède les 512Mo. D'autres machines refusent les disques de capacité supérieure à 2Go, 8Go et, plus récemment, 137Go. Ces limitations existent pour des raisons techniques sur lesquelles je ne vais pas élaborer ici. Voir par exemple le livre Upgrading and Repairing PCs de Scott Mueller pour plus de détails à ce sujet.
Habituellement, un logiciel utilise le système d'exploitation pour effectuer un accès au disque dur. Cela évite aux développeurs de logiciels de se soucier de comment accéder au disque dur. Seule une composante du système, le pilote, doit savoir comment procéder. C'est ce pilote qui va déterminer, au final, la limite de capacité du disque dur.
Il existe essentiellement deux façons pour accéder à un disque dur pour un tel pilote. La première et la plus simple consiste à faire appel au BIOS, c'est-à-dire le système d'entrée/sortie de base de la machine qui est mis en branle lors de son démarrage et qui passe la main au système d'exploitation après avoir terminé une batterie de tests. Ce mode est employé seulement par les systèmes d'exploitation primitifs tels que MS DOS, mais cela inclut fort malheureusement le lanceur de systèmes plus sophistiqués. La seconde technique pour accéder au disque dur consiste à s'adresser directement au contrôleur de ce dernier, ce que seuls les systèmes d'exploitation modernes savent faire correctement. Cela inclut en particulier Windows 95, Windows XP mais aussi Linux. Cette méthode est la seule disponible lorsque le processeur se trouve dans le mode protégé, le mode où le système d'exploitation peut en exploiter toutes les capacités.
Les limitations de capacité des disques durs peuvent se trouver à ces deux niveaux. Par exemple, la limite de 512Mo est posée par le BIOS tandis que la limite de 137Go est due au contrôleur du disque. Il existe essentiellement quatre façons de contourner ces limitations s'il est nécessaire d'installer un disque dur de grande capacité: mettre le BIOS à jour, installer une carte d'extension remplaçant le contrôleur du disque dur de la machine, installer un pilote dans le système d'exploitation ou mettre en place un gestionnaire de disques. La première solution est de loin la meilleure, car elle évite d'ajouter du matériel ou un logiciel encombrants dans la machine. Elle n'est malheureusement pas toujours disponible. Ajouter un nouveau contrôleur est alors la meilleure solution, mais c'est la plus coûteuse. Le nouveau contrôleur peut ajouter de nouveaux ports d'entrée/sortie à la machine mais aussi récrire certains bouts du BIOS pour en retirer les limitations de capacité du disque dur. Mais la carte d'extension coûte de l'argent et doit être installée à l'intérieur de la machine. L'installation d'un pilote pour le disque dur me semble parfaitement possible en théorie, mais ne l'est pas toujours en pratique. En effet, le pilote du disque dur est conçu pour fonctionner en mode protégé tandis que le lanceur du système d'exploitation s'exécute en mode réel. Avant de pouvoir commuter en mode protégé, il doit souvent lire des données sur le disque dur et ne pourra y arriver, à moins qu'un pilote pour le mode réel ne soit développé ou que le système n'utilise le BIOS, ce qui fera surgir les limitations au niveau de la capacité du disque. La troisième est celle sur laquelle je vais élaborer sur cette page.
Un gestionnaire de disques est un programme capable de remplacer le code du BIOS en mémoire par un code plus puissant, capable d'effectuer la gestion du disque sans les limitations de capacité du BIOS original. Un tel programme n'est nécessaire que pour les accès au disque en mode réel. Lorsque le système passe en mode protégé, par exemple lors du chargement de Windows ou de Linux, il perd l'accès aux fonctions du BIOS. Il doit alors prendre lui-même en charge l'accès au contrôleur du disque dur à travers les ports d'entrées/sorties. Grâce à cette contrainte, Windows pourra gérer les disques de grande capacité tant qu'il n'est pas nécessaire d'en utiliser un pour le démarrer. Par exemple, si un BIOS ne peut supporter une taille de disque supérieure à 512Mo, il serait possible d'installer Windows sur un petit disque dur convenant au BIOS. Un second disque dur, plus grand, serait détecté et accessible uniquement sous Windows. Ainsi, le gestionnaire de disques n'est nécessaire que lors du démarrage et du chargement du système d'exploitation, à moins d'utiliser la bonne vieille combinaison DOS/Windows 3.1. Le gestionnaire de disques deviendra malheureusement nécessaire si le petit disque dur rend l'âme et qu'on n'arrive plus à trouver un nouveau disque convenant au BIOS pour le remplacer.
Lorsque le BIOS a fini ses tests, il recherche un programme à amorcer selon une séquence définie par l'utilisateur. Cette séquence inclut le lecteur de disquettes, le lecteur de CD-ROM, le disque dur et plus récemment la clé USB, la carte réseau, etc. Les possibilités de séquence dépendent de la carte mère de la machine.
Le BIOS peut facilement lire le premier secteur d'un disque dur, même si sa capacité est plus grande que ceux qu'il prend en charge. Par contre, le programme stocké dans ce premier secteur doit se brancher à un secteur bien précis du disque, soit le premier secteur de la partition active. C'est là que se trouve le système d'exploitation à amorcer. Ce simple branchement peut échouer si le disque dur est trop grand pour le BIOS! Avec un peu de chance, peut-être peut-on contourner cela en plaçant la partition active avant la limite imposée par le BIOS, mais ceci n'est pas certain.
Il faut donc incorporer un élément dans le circuit afin qu'au moment opportun, le programme du BIOS soit écrasé et pris en charge par un programme capable d'accéder au disque. L'écriture d'un tel programme comporte des complications que je ne connais pas complètement. Une chose est certaine: il faut faire en sorte que le code ne soit pas endommagé ou détruit par un travail sur le disque, tel que l'installation d'un système d'exploitation qui écrit sur le secteur d'amorçage de la partition active et/ou dans le premier secteur du disque. Si un tel mécanisme de protection ne peut être implémenté, il faut prévoir des moyens de reconstituer le programme du gestionnaire de disques sans devoir tout reformater le disque dur.
Le programme DiskGo!, de Fujitsu, a solutionné le problème, comme je l'ai vu lorsque j'ai été aux prises avec la chose. Le programme va, lors de son installation, trouver un moyen d'accéder au disque (avec les ports d'entrées/sorties par exemple, sans passer par le BIOS) et va y écrire un premier secteur suivi d'une structure inhabituelle. Cette structure aura pour résultat de bloquer tout programme amorcé d'une disquette système non modifiée et tentant d'accéder au disque. De tels programmes croiront que les structures de données en charge de la structure logique du disque sont endommagées et vont s'arrêter avec un amessage d'erreur. Cela évitera des modifications sur le disque qui risqueraient d'endommager le code du gestionnaire de disques et l'intégrité des partitions se trouvant sur le disque. Il sera impossible, à partir d'une disquette système non modifiée, d'accéder au disque ou de le partitionner. C'est presque comme si le disque n'existait pas.
Lorsque le BIOS se branche sur le premier secteur, il amorce en fait le code d'initialisation du gestionnaire de disques qui va, tout d'abord, vérifier si tout est beau, et puis il va charger le Dynamic Drive Overlay. Cette technologie va récrire les fonctions du BIOS pour les accès aux disques. Mieux, ces nouvelles fonctions vont refuser tout accès pouvant violer l'intégrité du gestionnaire de disques. Il va permettre à tous les programmes de voir une structure standard de disque, avec table de partitions et tout, à travers une structure qui n'est pas normale.
Supposons que la table des partitions standard à l'intérieur du disque, celle que le gestionnaire de disques fait apparaître en secteur 0 sur le disque, se trouve au secteur A sur le disque physique. Lorsqu'une requête d'accès au disque est émise pour accéder au secteur 0, c'est le secteur A que le gestionnaire de disques retourne, et non pas le secteur 0 physique du disque. Ainsi, le code du gestionnaire, ainsi que ses structures de données non standard, ne sont absolument pas accessibles aux programmes, virus, etc. Cela évite donc de devoir réinstaller le gestionnaire de disques lors de chaque réinstallation système. C'est ainsi que j'explique le fait que même après formatage du disque dur, le gestionnaire demeure toujours en place.
Lorsque le gestionnaire de disques s'est amorcé, il va demander à l'utilisateur d'appuyer sur la barre d'espacement s'il veut amorcer sa machine depuis une disquette système. Un amorçage à partir de là permet aux programmes qui se trouvent sur la disquette, ou sur d'autres disquettes, d'obtenir l'accès au disque, notamment au C:. Si on n'appuie pas sur la barre d'espacement, le gestionnaire de disques passe au premier secteur logique du disque dur, celui qui ne contient pas un gestionnaire de disques, mais le code standard d'amorçage! La procédure se poursuite ainsi sans problèmes et le gestionnaire de disques est pratiquement transparent aux yeux de l'utilisateur moyen.
Le gestionnaire de disques ne peut réguler que les accès effectués en utilisant les fonctions du BIOS. Sitôt que le système d'exploitation passe en mode protégé et effectue les accès directement avec le contrôleur du disque, il doit prendre en compte le fait que le contenu du disque ne commence pas au même endroit en raison du décalage imposé par le gestionnaire de disques. Windows et Linux semble capables de le faire correctement. Mais un virus pourrait sans problème briser la structure du gestionnaire de disques et ainsi rendre la machine inopérante.
Le gestionnaire de disques ne peut pas modifier le fonctionnement du contrôleur du disque dur. Si ce dernier ne prend pas en charge l'adressage LBA sur 48 bits, la capacité sera limitée à 137Go, quoique puisse faire le logiciel. Seuls les premiers 137Go du disque seront accessibles.