TAI033 Mettre en œuvre une tolérance de panne sur un stockage de données RAID

TAI033 Mettre en œuvre une tolérance de panne sur un stockage de données RAID

TAI033 Mettre en œuvre une tolérance de panne sur un stockage de données

TABLE DES MATIERES

1 Présentation de la technologie RAID 2

1.1 Descriptif des niveaux 2

1.1.1 Niveau 0 2

1.1.2 Niveau 1 3

1.1.3 Niveau 2 4

1.1.4 Niveau 3 4

1.1.5 Niveau 4 4

1.1.6 Niveau 5 5

1.1.7 Niveau 6 5

1.1.8 Les RAID combinés 6

1.2 comparaison 6

2 Mise en place d’une solution RAID 7

2.1 RAID Matériel 7

2.2 RAID Logiciel 7

2.3 Comparaison 8

1 Présentation de la technologie RAID

La technologie RAID (acronyme de Redundant Array of Inexpensive Disks, ou parfois Redundant Array of Independent Disks, traduisez Ensemble redondant de disques indépendants) permet de constituer une unité de stockage à partir de plusieurs disques durs. L'unité ainsi créée (appelée grappe) a donc une grande tolérance aux pannes (haute disponibilité), ou bien une plus grande capacité/vitesse d'écriture. La répartition des données sur plusieurs disques durs permet donc d'en augmenter la sécurité et de fiabiliser les services associés.

Les disques assemblés selon la technologie RAID peuvent être utilisés de différentes façons, appelées Niveaux RAID. L'Université de Californie en a défini 5, auxquels ont été ajoutés les niveaux 0 et 6. Chacun d'entre eux décrit la manière de laquelle les données sont réparties sur les disques: 

 Niveau 0: appelé striping 

 Niveau 1: appelé mirroring, shadowing ou duplexing 

 Niveau 2: appelé striping with parity (obsolète) 

 Niveau 3: appelé disk array with bit-interleaved data (peu employé)

 Niveau 4: appelé disk array with block-interleaved data (peu employé)

 Niveau 5: appelé disk array with block-interleaved distributed parity 

 Niveau 6: appelé disk array with block-interleaved distributed parity (peu employé)

Chacun de ces niveaux constitue un mode d'utilisation de la grappe, en fonction:

 des performances 

 du coût 

 des accès disques 

1.1 Descriptif des niveaux

1.1.1 Niveau 0

Le RAID-0, appelé aussi striping consiste à stocker les données en les répartissant sur l'ensemble des disques de la grappe. De cette façon, il n'y a pas de redondance, on ne peut donc pas parler de tolérance aux pannes. En effet en cas de défaillance de l'un des disques, l'intégralité des données réparties sur les disques sera perdue. 

Cette solution est juste destinée à améliorer les temps d’accès aux disques. Étant donné que chaque disque de la grappe a son propre contrôleur, cela constitue une solution offrant une vitesse de transfert élevée. 

Le RAID 0 consiste ainsi en la juxtaposition logique (agrégation) de plusieurs disques durs physiques. En mode RAID-0 les données sont écrites par "bandes" (en anglais stripes) :

Si un des éléments de la grappe est plus grand que les autres, le système de remplissage par bande se trouvera bloqué lorsque le plus petit des disques sera rempli. La taille finale est ainsi égale au double de la capacité du plus petit des deux disques : 

Deux disques de 20 Go donneront un disque logique de 40 Go. 

Un disque de 10 Go utilisé conjointement avec un disque de 27 Go permettra d'obtenir un disque logique de 20 Go (17 Go du second disque seront alors inutilisés). 

1.1.2 Niveau 1

Le RAID 1, appelé aussi mirroring, ou miroir, a pour but de dupliquer l'information à stocker sur plusieurs disques, on parle donc de mirroring, ou shadowing pour désigner ce procédé. 

On obtient ainsi une plus grande sécurité des données, car si l'un des disques tombe en panne, les données sont sauvegardées sur l'autre. D'autre part, la lecture peut être beaucoup plus rapide lorsque les deux disques sont en fonctionnement. Enfin, étant donné que chaque disque possède son propre contrôleur, le serveur peut continuer à fonctionner même lorsque l'un des disques tombe en panne, au même titre qu'un camion pourra continuer à rouler si un de ses pneus crève, car il en a plusieurs sur chaque essieu... 

En contrepartie la technologie RAID1 est onéreuse étant donné que seule la moitié de la capacité de stockage n'est effectivement utilisée.

En cas de panne d’un disque, il faut réaliser une manipulation qui s’appelle « casser le miroir » et le système continue de fonctionner avec un seul disque jusqu’à l’ajout d’un disque supplémentaire et la reconstruction du miroir.

Pour mettre en place un RAID 1, vous devez disposer d’un minimum de 2 disques, il est rare que cette technologie soit utilisée avec plus de 2 disques.

1.1.3 Niveau 2

Le niveau RAID-2 est désormais obsolète, nous la citerons pour mémoire, car il propose un contrôle d'erreur par code de Hamming (codes ECC - Error Correction Code), or ce dernier est désormais directement intégré dans les contrôleurs de disques durs. 

Cette technologie consiste à stocker les données selon le même principe qu'avec le RAID-0 mais en écrivant sur une unité distincte les bits de contrôle ECC (généralement 3 disques ECC sont utilisés pour 4 disques de données). 

La technologie RAID 2 offre de piètres performances mais un niveau de sécurité élevé.

1.1.4 Niveau 3

Le RAID 3 propose de stocker les données sous forme d'octets sur chaque disque et de dédier un des disques au stockage d'un bit de parité. 

Disque 1

Octet 1

Octet 4

Octet 7

 Disque 2

Octet 2

Octet 5

Octet 8

 Disque 3

Octet 3

Octet 6

Octet 9

 Disque 4

Parité 1+2+3

Parité 4+5+6

Parité 7+8+9

 

De cette manière, si l'un des disques venait à défaillir, il serait possible de reconstituer l'information à partir des autres disques. Après "reconstitution" le contenu du disque défaillant est de nouveau intègre. Par contre, si deux disques venaient à tomber en panne simultanément, il serait alors impossible de remédier à la perte de données. 

Pour vulgariser le principe du bit de parité, prenons l’exemple suivant :

Supposons que nous ayons sur les disques 1,2 et 3, respectivement les trois nombres suivants 4 5 et 6. sur le 4ème disque nous allons stocker la somme des 3 nombres soit la valeur 15.

Si le premier disque tombe en panne, pour recréer son contenu nous allons faire l’opération suivante : 15 -5 (valeur du disque 2) – 6 (valeur du disque 3) cela nous donne 4, qui est bien la valeur du disque 1 avant la panne. Voilà, vous avez compris le principe du bit de parité.

Le RAID 3 est peu employé.

1.1.5 Niveau 4

Le RAID 4 est très proche du RAID 3. La différence se trouve au niveau de la parité, qui est faite sur un secteur (appelé bloc) et non au niveau du bit, et qui est stockée sur un disque dédié.

Disque 1

Bloc 1

Bloc 4

Bloc 7

 Disque 2

Bloc 2

Bloc 5

Bloc 8

 Disque 3

Bloc 3

Bloc 6

Bloc 9

 Disque 4

Parité 1+2+3

Parité 4+5+6

Parité 7+8+9

 

Ainsi, pour lire un nombre de blocs réduits, le système n'a pas à accéder à de multiples lecteurs physiques, mais uniquement à ceux sur lesquels les données sont effectivement stockées. En contrepartie le disque hébergeant les données de contrôle doit avoir un temps d'accès égal à la somme des temps d'accès des autres disques pour ne pas limiter les performances de l'ensemble.

Le RAID 4 est peu employé.

1.1.6 Niveau 5

Le RAID 5 est similaire au RAID 4, c'est-à-dire que la parité est calculée au niveau d'un secteur, mais répartie sur l'ensemble des disques de la grappe. 

De cette façon, le RAID 5 améliore grandement l'accès aux données (aussi bien en lecture qu'en écriture) car l'accès aux bits de parités est réparti sur les différents disques de la grappe. 

Le mode RAID-5 permet d'obtenir des performances très proches de celles obtenues en RAID-0, tout en assurant une tolérance aux pannes élevées, c'est la raison pour laquelle c'est le mode RAID le plus intéressant en termes de performance et de fiabilité.

Pour mettre en place un RAID 5, vous devez disposer d’un minimum de 3 disques.

Avec le RAID 2 c’est le mode le plus employé.

1.1.7 Niveau 6

Le niveau 6 a été ajouté aux niveaux définis par Berkeley. Il définit l'utilisation de 2 fonctions de parité, et donc leur stockage sur deux disques dédiés. Ce niveau permet ainsi d'assurer la redondance en cas d'avarie simultanée de deux disques. Cela signifie qu'il faut au moins 4 disques pour mettre en œuvre un système RAID-6.

1.1.8 Les RAID combinés

Il est possible de combiner plusieurs niveaux de RAID, par exemple le RAID 1 et le RAID 0, on parle alors de RAID 10.

Cette combinaison est rarement employée sur un poste de travail et est plutôt réservée aux systèmes serveurs.

1.2 comparaison

Les solutions RAID généralement retenues sont le RAID de niveau 1 et le RAID de niveau 5.

Le choix d'une solution RAID est lié à trois critères : 

 La sécurité : RAID 1 et 5 offrent tous les deux un niveau de sécurité élevé, toutefois la méthode de reconstruction des disques varie entre les deux solutions. En cas de panne du système, RAID 5 reconstruit le disque manquant à partir des informations stockées sur les autres disques, tandis que RAID 1 opère une copie disque à disque.

 Les performances : RAID 1 offre de meilleures performances que RAID 5 en lecture, mais souffre lors d'importantes opérations d'écriture

 Le coût : le coût est directement lié à la capacité de stockage devant être mise en œuvre pour avoir une certaine capacité effective. La solution RAID 5 offre un volume utile représentant 80 à 90% du volume alloué (le reste servant évidemment au contrôle d'erreur). La solution RAID 1 n'offre par contre qu'un volume disponible représentant 50 % du volume total (étant donné que les informations sont dupliquées).

2 Mise en place d’une solution RAID

Il existe plusieurs façons de mettre en place une solution RAID sur un serveur :

 De façon matérielle.

 De façon logicielle

2.1 RAID Matériel

Un RAID matériel peut être mis en place de 2 manières : 

 Avec des matériels DASD (Direct Access Stockage Device) : Il s'agit d'unités de stockage externes pourvues d'une alimentation propre. De plus ces matériels sont dotés de connecteurs permettant l'échange de disques à chaud (on dit généralement que ce type de disque est hot swappable). Ce matériel gère lui-même ses disques, si bien qu'il est reconnu comme un disque SCSI standard.

 Avec des contrôleurs de disques RAID : il s'agit de cartes s'enfichant dans des slots PCI ou ISA et permettant de contrôler plusieurs disques durs SCSI, IDE ou SATA. Les disques sont alors branchés directement sur le contrôleur RAID et non directement sur la carte mère. Ce type de carte possède son propre BIOS qui peut être configuré au démarrage du système, on accède à ce setup à l’aide d’une séquence de touches lors du démarrage.

Le système d’exploitation n’intervient pas dans la gestion d’un RAID matériel qui est entièrement assurée par le DASD ou le contrôleur RAID.

2.2 RAID Logiciel

Il s'agit généralement d'un driver au niveau du système d'exploitation capable de créer un seul volume logique avec plusieurs disques (SCSI, IDE ou SATA) permettant ainsi de faire de la tolérance de panne en l’absence de contrôleur RAID.

La mise en place d’un système RAID logiciel nécessite d’avoir :

 Plusieurs disques identiques

 Un système d’exploitation qui offre ce service.

Ce service est généralement disponible sur les systèmes d’exploitation serveur comme Windows 2003 server, il n’est pas disponible sur Windows XP. Vous ne pouvez donc pas installer un RAID logiciel sur vos postes  de travail.

2.3 Comparaison

Le RAID logiciel est géré par le système d’exploitation, votre système fonctionnera donc plus lentement avec un RAID logiciel qu’avec un RAID matériel. A cause de cela, le RAID logiciel ne fait que de la tolérance de panne : RAID 1 et 5.

La fonctionnalité RAID logiciel n’est disponible que sur les systèmes d’exploitation serveur, or de nombreux serveurs intègrent un contrôleur RAID sur leur carte mère.

Pour les deux raisons citées plus haut vous rencontrerez peu de RAID logiciel.

   Attention les systèmes RAID de tolérance de pannes ne vous protègent que contre les défaillances de disques.

Ils ne vous protègent pas contre les virus et les erreurs de manipulation et ne vous dispensent en aucune manière de faire des sauvegardes.