Le RAID Par Laure BIHOUIS - 1 -

SOMMAIRE Introduction Description et concept Amélioration de la fiabilité Les différents types de systèmes RAID Les différents niveaux de RAID Les niveaux de RAID combinés Tableau comparatif des RAID les plus courants Fiabilisation et réglages d’une installation RAID Les possibilités et les limites du RAID - 2 -

INTRODUCTION - 3 -

Introduction - Définition En informatique, le mot RAID désigne une technologie permettant de stocker des données sur de multiples disques durs afin d’améliorer certaines caractéristiques essentielles de l’ensemble en fonction du type de RAID choisi, qu’il s’agissent de la tolérance aux pannes, de l’intégrité des données, ou des performances de l’ensemble. - 4 -

Introduction – La signification du RAID Le RAID est l’acronyme suivant : Redundant Array of Inexpensive / Independent Disk Ce qui signifie ensemble redondant de disques non coûteux et ensemble redondant de disques indépendants. - 5 -

Introduction - A quoi le RAID sert ? Augmenter la capacité, grâce aux agrégats de partitions qui permettent de créer des partitions s’étendant sur plusieurs disques. Améliorer les performances, grâce au stripping qui permet de lire et d’écrire sur plusieurs disques simultanément pour en augmenter le débit. Apporter la tolérance de panne, on se prémunit ainsi contre les défaillances disque. - 6 -

DESCRIPTION ET CONCEPTS - 7 -

Description et concepts – La Concaténation La concaténation consiste à mettre bout à bout un nombre quelconque de volumes de stockage de données de façon à ce qu’ils n’en forment plus qu’un seul dont la capacité est la somme de celles des constituants. La taille des constituants peut être quelconque et différer d’un constituant à l’autre. La concaténation n’offre pas de réel avantage en matière de performance. La probabilité de défaillance croit donc avec le nombre de constituants. Pour ces deux raisons, la concaténation est très peu utilisée. - 8 -

Description et concepts – L’agrégation par bandes (striping) L’agrégation par bandes est une méthode similaire à la concaténation mais en découpant préalablement en bandes de taille fixe un nombre quelconque de volumes de données de taille identique. On alterne alors une bande de chaque volume pour créer le « volume agrégé par bandes ». - 9 -

AMELIORATION DE LA FIABILITE - 10 -

Amélioration de la fiabilité – Miroitage (mirroring) Le miroitage consiste à utiliser plusieurs unités de stockage de données et à stocker des données identiques sur chacune. Ainsi, chaque unité contient à tout moment exactement les mêmes données que les autres, on parle alors de disques miroirs. Les modifications des données se font de manière simultanée sur toutes les unités de stockage, ainsi, en cas de panne d’une unité de stockage, les données sont toujours accessibles sur les unités restantes. Cette configuration pénalise légèrement les performances, mais a surtout l’inconvénient d’être particulièrement onéreuse, la fiabilité de l’ensemble étant directement proportionnelle au nombre d’unités de stockage. - 11 -

Amélioration de la fiabilité – Parité et redondance Le miroitage s’avère être une solution onéreuse, puisqu’il est nécessaire d’acquérir les périphériques de stockage en plusieurs exemplaires. Aussi, partant du principe que plusieurs unités de stockage ont une faible probabilité de tomber en panne simultanément, d’autres systèmes ont été imaginés, dont ceux permettant de régénérer les données manquantes à partir des données restant accessibles et d’une ou plusieurs données supplémentaires, dites de redondance. Le système de redondance le plus simple et le plus largement utilisé est le calcul de parité. Ce système repose sur l’opération logique XOR et consiste à déterminer si sur n bits de données considérés, le nombre de bits à l’état 1 est pair ou impair. Si le nombre de 1 est pair, alors le bit de parité vaut 0. Si le nombre de 1 est impair, alors le bit de parité vaut 1. Lorsque l’un des n+1 bits de données ainsi formés devient indisponible, il est alors possible de régénérer le bit manquant en appliquant à nouveau la même méthode sur les n éléments restants. - 12 -

LES DIFFERENTS TYPES DE SYSTEMES RAID - 13 -

Les différents types de systèmes RAID – Le RAID Logiciel En Raid logiciel, le contrôle du Raid est intégralement assuré par une couche logicielle du système d’exploitation via le contrôleur standard des disques durs. Cette couche s’intercale entre la couche d’abstraction matérielle et la couche du système de fichiers. Avantages - c’est la méthode la moins onéreuse puisqu’elle ne demande aucun matériel complémentaire. - cette méthode possède une grande souplesse d’administration. - cette méthode présente l’avantage de la compatibilité entre toutes les machines équipées du même logiciel de Raid. Inconvénients - L’inconvénient majeur est que cette méthode repose sur la couche d’abstraction matérielle des périphériques qui composent le volume Raid. Pour diverses raisons, cette couche peut être imparfaite et manquer de certaines fonctions importantes (détection et diagnostique des défauts matériels, prise en charge du remplacement à chaud des unités de stockage). - La gestion du Raid monopolise des ressources systèmes qui pourraient être employés à d’autres fins. La baisse de performances due à la gestion logicielle du Raid est particulièrement sensible dans des configurations où le système doit transférer plusieurs fois les mêmes données. - Le Raid logiciel ne peut pas servir à héberger les fichiers du système d’exploitation puisque c’est justement ce dernier qui permet d’y accéder. - 14 -

Les différents types de systèmes RAID – Le RAID logiciel (suite) La plupart des systèmes d’exploitation grands publics permettent déjà de mettre en œuvre le Raid logiciel, qu’il s’agisse de Microsoft Windows ou d’une distribution Linux quelconque. Microsoft windows Xp gère logiciellement le Raid 0 et 1. Microsoft windows 2003 Server gère logiciellement le raid 0,1 et 5. Le noyau Linux (>= 2.6) gère logiciellement le Raid 0, 1, 5, 6 et 10. Le Raid logiciel de Linux n’est pas compatible avec celui de Microsoft Windows. - 15 -

Les différents types de systèmes RAID – Le RAID matériel Dans le cas du Raid matériel, une carte ou un composant est dédié à la gestion des opérations. Il s’agit généralement d’une carte d’extension PCI plus ou moins perfectionnée, disposant de connecteurs classiques (IDE, SATA, SCSI). Il peut s’agir également d’une baie disque externe totalement indépendante et reliée au système par une connection SCSI, Fibre Channel, ou iSCSI. Avantages - Les contrôleurs Raid matériels permettent la détection des défauts, le remplacement à chaud des unités défectueuses et offrent la possibilité de reconstruire de manière transparente les disques défaillants. - La charge système est allégée. - Les vérifications de cohérence, les diagnostiques et les maintenances sont effectués en arrière plan par le contrôleur sans solliciter de ressources système. Inconvénients - Les contrôleurs Raid matériels utilisent chacun leur propre système pour gérer les unités de stockage. En conséquence, les disques transférés d’un système à un autre ne pourront pas récupérés si le contrôleur Raid n’est pas exactement le même. - 16 -

LES DIFFERENTS NIVEAUX DE RAID - 17 -

Les différents niveaux de RAID – Le RAID 0 Appelé aussi Striping, les données sont réparties sur au moins deux disques sous formes d’agrégats par bandes. Cette méthode de gestion des disques améliore uniquement la vitesse en lecture et en écriture. Le débit de la grappe de disque en Raid 0 est égale au débit d’un disque multiplié par le nombre de disques. Elle n’apporte aucune sécurité des données, la perte d’un disque entraîne la perte des données de tous les disques de la grappe. - 18 -

Les différents niveaux de RAID – Le RAID 1 Appelé aussi « mirroring » ou « duplexing ». Le mirroring utilise un seul contrôleur pour tous les disques, alors que le duplexing utilise un contrôleur par disque ce qui permet de tolérer la panne d’un contrôleur. Ce système accroît la sécurité des données par duplication d’un disque ce qui permet de tolérer la panne d’un contrôleur. Il améliore les performances en lecture par accès simultanés aux deux disques. - 19 -

Les différents niveaux de RAID – Le RAID 5 Le disque de contrôle est reparti entre tous les disques. Les disques travaillent tous autant. Si les disques sont compatibles « hot plug », ce mode permet l’échange de disque à chaud. Il améliore la vitesse en lecture et en écriture. - 20 -

LES NIVEAUX DE RAID COMBINES - 21 -

Les niveaux de RAID combinés – Le RAID 10 C’est une combinaison entre l’agrégat et le miroir. Le système se comporte comme un Raid 1 de deux volumes en Raid 0. Ce système est plus sûr et plus performant qu’un Raid 5 car il permet la perte de deux disques sur le même volume en Raid, mais son coût en espace disque est plus important. Aussi appelé Raid 1 + 0. - 22 -

Les niveaux de RAID combinés – Le RAID 15 Il permet d’obtenir un volume agrégé par bandes avec redondance répartie très fiable. Chaque grappe contenant au minimum deux disques, et un minimum de trois grappes étant nécessaire, il faut au minimum six unités de stockage pour créer un volume Raid 15. Ce mode est très fiable puisqu’il faut que tous les disques de deux grappes différentes cesse de fonctionner pour le mettre en défaut. Ce mode est cependant coûteux par rapport à la capacité obtenue. - 23 -

TABLEAU COMPARATIF DES RAID LES PLUS COURANTS - 24 -

Tableau comparatif des RAID les plus courants Niveau Avantages Inconvénients Raid 0 Performance en lecture / Écriture Pas de tolérance des pannes Raid 1 Performances en lecture Perte d’espace disque de 50% Raid 5 Performances en lecture / Écriture Possibilité de changer un disque à chaud Dégradation des performances lors de la reconstitution du disque défectueux - 25 -

FIABILISATION ET REGLAGES D’UNE INSTALLATION RAID - 26 -

Fiabilisation et réglages d’une installation RAID – Redondance de contrôleurs Un paramètre à ne pas oublier dans la conception d’un RAID est le nombre d’interfaces contrôlant les disques. En effet, le contrôleur RAID est un élément indispensable au fonctionnement de l’ensemble, s’il vient à défaillir, il entraîne l’indisponibilité de tous les éléments du RAID. - 27 -

Fiabilisation et réglages d’une installation RAID – Enfichage à chaud On parle abusivement de disques pouvant être enfichés à chaud (disques « hotplug »), alors qu’en réalité, c’est la baie de disque du système ainsi que le contrôleur qui doivent être conçus de manière à permettre le retrait ou l’insertion de disques durs alors que le système est sous tension. Cette fonctionnalité n’est pas disponible avec toutes les technologies : Bien qu’il n’y ait généralement pas de dommages physiques, les disques IDE ne supportent pas cette fonctionnalité. Cette fonctionnalité est supportée par des disques SATA. Cette fonctionnalité est supportée par des disques SCSI. Cela permet : D’ajouter des disques de manière dynamique, de sorte qu’il soit possible de faire évoluer le système de stockage de données. De remplacer un matériel défectueux sans qu ’il soit nécessaire d’interrompre le fonctionnement du système informatique. - 28 -

Fiabilisation et réglages d’une installation RAID – Disques de rechange Les disques de rechange (spare) permettent de limiter la vulnérabilité d’une solution. Un disque complémentaire est affecté à une unité RAID mais n’est pas utilisé au quotidien. Lorsqu’un disque de la grappe vient à défaillir, le disque de rechange prend immédiatement et automatiquement son relais. Ce disque est alors reconstruit, le système revient à un niveau optimal de sécurité et de performances. Une fois le disque de rechange mis en service, il faut procéder à l’échange physique du disque en panne par un nouveau disque qui pourra jouer le rôle de nouveau disque de rechange. - 29 -

LES POSSIBILITES ET LES LIMITES DU RAID - 30 -

Les possibilités et les limites du Raid Ce que peut faire le Raid - Réduire les risques d’indisponibilité en cas de défaillance d’une unité de stockage. - Réduire les risques de perte de données en cas de défaillance d’une unité de stockage. - Améliorer les performances. Ce que ne peut pas faire le Raid - Empêcher totalement la perte de données à cause de défaillances matérielles en cascade. - Empêcher la perte de données à cause d’une erreur humaine. - Dispenser de faire des sauvegardes régulières. - 31 -