INFORMAZIONI TECNICHE Hot Swap

Hot Swap  , letteralmente "scambio (a) caldo" , indica , per i PC , la possibilità che ha un componente di essere inserito o estratto con il sistema in funzione (ovvero "caldo") .
Per contro esiste anche un "Cold Swap", ovvero uno scambio a freddo , che richiede di togliere tensione al sistema , quindi effettuare la sostituzione a sistema spento e poi riavviare il tutto .
Questa condizione di cold swap é quella presente sulla maggioranza dei sistemi PC , in quanto la loro destinazione non fa ritenere necessario l' hot swap ed i relativi maggiori costi .

C'è chi è già hot swap !
Attualmente il principale vantaggio di USB e Firewire  consiste proprio nella possibilità di hot swap, ovvero di collegare e scollegare le periferiche non solo senza rischio di danni fisici, ma anche con il bonus di averle attive pochi secondi dopo averle connesse; questo perchè il controller USB e Firewire sono realizzati fisicamente per l' hot swap e, dal punto di vista logico, dispongono di estensioni software al sistema operativo in grado di "far vedere" la periferica appena collegata senza richiedere un nuovo boot dell' intero sistema.

Perché spegnere il PC per effettuare una sostituzione ?
Se la tensione di alimentazione é presente nel sistema , circolano correnti intense ; anche se le tensioni in gioco sono molto basse (tipicamente nel PC la tensione massima é 12V) , il disconnettere e/o il ripristinare un componente o un collegamento , a causa delle caratteristiche fisiche del circuito (induttanza e capacita) , provoca impulsi di sovratensione anche molto elevati .
Poiché la struttura fisica dei componenti elettronici e , soprattutto , dei chip é tale da non sopportare assolutamente tensioni maggiori di quella di funzionamento , ne deriva che le manovre su un circuito alimentato sono assolutamente proibite , a meno che si desideri avere un immediato e spesso anche definitivo danno al sistema !
Quindi , a tensione presente , ASSOLUTAMENTE MAI estrarre o inserire schede , CPU , BIOS , jumper , connessioni o collegare periferiche come hard disk , floppy , CDROM , ecc. Ricordare che , oltre al problema elettrico , per molti dispositivi c' é anche il problema logico , ovvero la loro presenza viene riconosciuta solo in una fase particolare del funzionamento , ad esempio dopo il reset o al boot , mentre la loro aggiunta o scomparsa a sistema acceso non viene identificata , con le evidenti conseguenze .

Anche la connessione delle periferiche esterne come stampanti , scanner , seriali , va fatta con il sistema spento o , se proprio non é possibile , con almeno la periferica spenta , pena la distruzione dei chip dell'interfaccia relativa o peggio .
I costruttori hanno previsto sistemi di protezione per queste interfacce , ma non ci sembra proprio il caso di verificare praticamente se la protezione funziona . Anche perché , molto più spesso di quanto si creda , le sovratensioni dovute alle connessione sconnessioni a sistema acceso sono MOLTO superiori alle possibilità di difesa delle protezioni integrate .
Ovvio che ci sarà sicuramente Mr. Fox  pronto a dire : " ... ma io stacco e riattacco stampanti e modem ogni tre minuti e non é mai successo niente... Perché adesso devo perdere tempo con queste precauzioni ?"
Perché non é mai troppo tardi !
Ovvio pure che Mr. Fox é libero di giocare alla roulette russa ...
Il fatto che , fino ad ora, gli sia andata bene é solo testimonianza della qualità dei componenti del sistema (o della fortuna) , ma non dell'assenza di rischio o, peggio, della sua supposta abilitá ! 

Quindi "cold swap" per qualsiasi operazione hardware sul PC , ricordando anche che , nei sistemi ATX , se l' alimentatore non é sconnesso dalla rete , é presente la tensione ausiliaria !!!

Comunque , lo spegnimento del sistema per sostituire od inserire una parte hardware é pratica comune e non costituisce un problema più che tanto grande per l' utente privato o la workstation che sa di dover sospendere il lavoro se deve aggiungere RAM o cambiare scheda video o simili .
Uno svantaggio che puó non essere indifferente é , invece , costituito dalla necessitá di avere una certa esperienza per mettere le mani all'interno dell' hardware ; chi non ne dispone deve forzatamente rivolgersi ad un tecnico . Se fosse possibile operare in modo piú semplice , certamente moltissimi utenti ne trarrebbero vantaggio .

Se si puó operare "all'esterno" le cose sono decisamente piú semplici ed alla portata di tutti .
Ma i problemi sono anche altri : i gravi limiti dei sistemi operativi attuali .
Hot swap, come detto, consente di inserire in linea o escludere un qualsiasi dispositivo senza riavviare il sistema.
Questa è una bella comodità !
Chi abbia usato SCSI , ad esempio , sa che il riconoscimento della presenza dei dispositivi viene fatta dal BIOS del controller nella fase di boot e , se mi sono dimenticato di accendere lo scanner , non lo posso utilizzare se non dopo aver riavviato il sistema . Decisamente scomodo .
Sarebbe ben più pratico se potessi aggiungere e togliere i dispositivi dalla catena SCSI , almeno quelli esterni al PC , con il sistema in funzione . E questo vale anche per altri componenti .
C' é ancora , peró , una importante categoria di applicazioni in cui l'arresto del sistema é sempre stato difficilmente accettabile : spegnere e riavviare un server WEB o di una grossa rete , oppure i controllori di sistemi automatici (distribuzione di energia elettrica , stabilimenti di produzione , reti di telecomunicazione , ecc.) oltre ad essere una operazione lunga e complessa , lascia gli Utenti privi del servizio per un certo tempo . E questo in molti casi é inaccettabile e l'arresto del sistema informatico o di controllo causerebbe seri danni ..
Perchè i dischi ?
Perchè, purtroppo, sono dispositivi con parti in movimento, ad alta velocità e con tolleranze minime e quindi soggetti a guasti più di altre parti.  Siccome nel disco ci sta tutto il nostro lavoro, perderlo è piuttosto seccante.
Le strutture RAID nascono anche in seguito a questa considerazione.
Se il RAID di sicurezza consente il funzionamento senza arresto anche in seguito alla rottura di uno o più dischi dell' array, sorge la necessità di sostituire gli elementi guasti per riportare al corretto livello di sicurezza il sistema. E' ovvio che se, dopo aver fatto la fatica (e speso denaro) per avere un sistema virtualmente inarrestabile ci troviamo a doverlo fermare per sostituire un disco, non è un buon risultato. Ecco che  la funzione di sostituzione a sistema operante è una delle possibilità dei controller dell' array.
Sarà allora necessario disporre di un supporto fisico per rendere rimovibile il disco "a caldo". In particolare sono da segnalare i dischi con interfaccia SCSI-SCA che è prevista specificatamente per facilitare questa operazione. Anche l' interfaccia S-ATA ha caratteristiche analoghe.
Esistono comunque box che rendono estraibili a caldo anche dischi con interfaccia SCSI "normale" oppure dischi IDE/ATA.
Sostanzialmente questi box sospendono l' alimentazione al disco durante le operazioni di sostituzione, evitando danni alle interfacce.

Hot swap risolve il problema di evitare l' arresto del sistema;  può essere fatto con componenti speciali , previsti per questa funzione , ma anche con dispositivi standard  . In sostanza si tratta di dotare la periferica di un supporto in grado di permetterne la sconnessione e riconnessione a sistema acceso . Per esempio , per i dischi standard , sarà necessario inserirli in un cassetto rimovibile : la parte fissa é dotata di un interruttore elettronico che permette l' estrazione e l' inserzione della parte mobile (contenete il disco) solo dopo aver interrotta la tensione di alimentazione al disco . Il riconoscimento della nuova unita sarà poi compito del firmware del controller RAID .

Oltre ai dischi , un' altro componente soggetto a guasti é l'alimentatore , che deve sopportare tutte le sovratensioni ed i disturbi presenti sulla rete . Come per gli array di dischi , é possibile disporre di "array"di alimentatori , solitamente costituiti da unitá multiple (due o più, dette anche ridondanti , redundant in inglese) che si basano sullo stesso principio : se una delle unitá si danneggia é possibile sostituirla  mentre la seconda unitá provvede a mantenere il sistema in servizio . In questo caso , gli alimentatori veri e propri hanno la forma di cassetti estraibili , mentre la base che li riceve contiene una opportuna circuiteria per la gestione dell'hot swap .

Ci si accorge anche di un' altro vantaggio , che é quello di non richiedere personale specializzato per operare le sostituzioni . Queste richedono solo una chiave o un cacciavite e possono essere effettuate da chiunque senza alcuna difficoltá .

In sostanza le caratteristiche dell' hot swap sono :

per contro :

Per l' hot swap serve...
Per realizzare una situazione di hot swap è necessario  :
- un dispositivo dotato di interfaccia hot swap e del relativo controller/software sul PC
- oppure un dispositivo che renda hot swappable la periferica voluta e il relativo controller/software sul PC
Il primo caso è quello già illustrato di USB,  Firewire o altri dispositivi progettati direttamente con questa finalità, come ad esempio i sistemi di alimentazione multipli, composti di due o più unità estraibili (ridondanti).
Il secondo caso riguarda altri dispositivi di per se non progettati per l' hot swap, come ad esempio i dischi.

Nelle applicazioni professionali il costo non é sempre un limite , ma possono i dispositivi hot swap essere consigliati anche in impieghi non ad alto livello ?
Certamente sul personal casalingo le soluzioni ad alimentatore ridondante sono senz'altro eccessive , ma sono da considerare maggiormente nel caso di impieghi piú professionali o dove l'arresto del sistema e la perdita di tempo/lavoro o dati é un danno serio . Il costo addizionale non é poi cosí elevato se si considera , per contro , i vantaggi che ne derivano in fatto di sicurezza ed efficienza .
Pensate al vostro lavoro perso e il costo passerà in secondo piano.
Inoltre , molto spesso , alcune soluzioni , come i cassetti rimovibili per hard disk , sono applicabili praticamente anche in impieghi non RAID , ad es. per rendere sostituibile , asportabile o intercambiabile con facilitá un disco . 

Quindi
dobbiamo dividere la funzione di hot swap in due parti :
- una a livello fisico, dell' hardware, che è strutturato per ricevere e disconnettere un dispositivo elettrico senza rischio di danno sia all' interfaccia che al dispositivo. Questo viene realizzato con opportune interfacce elettriche.
- un' altra a livello logico, del software, che consenta al sistema operativo di accogliere anche dispositivi che "arrivano" dopo la fase di boot. Questo viene realizzato con controller particolari i cui driver diventano estensioni del sistema operativo e lo dotano di questa funzione.

Come posso rendere hot swap il disco del mio PC ?
Utilizzando un disco hot swap (SCA o S-ATA) con l' opportuno supporto (box o backplane) oppure di un disco SCSI o ATA/IDE con un adatto box hot swap posso estrarre e inserire dischi a sistema acceso.
Per poterli rendere operativi occorrerà, però, disporre anche di un controller dotato del software adeguato per gestire questa funzione a livello del sistema operativo usato.
In mancanza di questo, l' unica soluzione per collegare una unità disco su un PC in funzione senza rieffettuare un boot è quella di utilizzarne uno esterno in un box dotato di interfaccia USB o Firewire.

Il tutto restando in attesa degli sviluppi futuri dell' hardware .


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Aggiornato il 12/10/03.