RAID 101

les notions générales

Le RAID est implanté soit par l’enchaînement (ce qui est nommé "logiciels RAID") ou bien par le contrôleur spécial d’instrumentation ("hardware RAID"). Et Microsoft Windows NT et la plupart des variations de l’Unix/Linux offrent leurs implications logicielles du RAID. Les systèmes opérationnels Microsoft Windows 9x n’ont pas d’enchaînements logiciels RAID, mais quand même peuvent être utilisés avec des contrôleurs d’instrumentation RAID (à cause de la transparence de contrôleur).

RAID does not provide perfect reliability

Considérez des points suivants:

• Les défaillances multiples de disques se passent, surtout si elles sont causées par la source unique (par exemple le bloc d’alimentation se casse et rejette 220 volt de courant alternatif sur le bus de 5V DC – cela met tous les unités alimentés de ce bloc hors de service).
• Toute la matrice peut être perdue à cause de la défaillance de contrôleur.
• Le virus peut éliminer les données de la matrice. La matrice sera encore fonctionnelle à l’égard de son instrumentation, mais les données seront inutiles.
• Le feu ou bien les catastrophes naturelles (telles comme inondation) peuvent détruire toute la matrice.
• L’erreur d’operateur peut endommager les données ou la reconfiguration de RAID.

JBOD (Le tas de disques), également connu comme "Span"/"Spanned Volume".

Le minimum de deux disques est demandé pour l’instrumentation JBOD. Le minimum d’un disque est demandé pour le logiciel JBOD (Windows NT "Spanned volume"). Avec JBOD, il n’y a pas de perte dans l’espace de disque. Une exception suivante peut ou ne peut pas être appliqué dans votre cas: le contrôleur d’instrumentation RAID peut supporter une configuration monodisque JBOD – ce n’est qu’un truc pour permettre un monodisque d’être attaché au contrôleur, sans rien RAIDer. La même chose peut être appliquée au RAID0 contenant un constituant.

RAID 0, également connu sous le nom d'«entrelacement de disques»

Le minimum de deux disques est demandé pour un volume RAID 0. Il n’y a pas d’espace de disque associé avec le volume RAID 0. Une exception suivante peut ou ne peut pas être appliquée à votre cas: le contrôleur d’instrumentation RAID peut supporter une configuration monodisque RAID0 – ce n’est qu’un truc pour permettre un monodisque d’être attaché au contrôleur, sans rien RAIDer. La meme chose s’applique au JBOD qui contient un constituant.

RAID 1: miroitage de disques.

C’est possible d’avoir plus de deux disques dans la série de miroir (par example, la configuration de trois disques - "primaire" avec deux “d’ombre”), mais ces matrices ne sont prseque pas utilisées à cause des grandes pertes d’espace de disque (66% dans la configuration de trois disques).

Deux disques sont nécessaires pour le volume RAID 1. Le layout du RAID 1 impose 50% de la perte de capacité des disques.

RAID 5: volume agrégé par bandes à parité répartie.

Disons par exemple que le Disque 3 tombe en panne dans la configuration illustrée ci-dessous.

• Les blocs de données D₁ et D₂ seront lus directement de leurs disques correspondants (qui sont opérationnels).
• Le bloc de parité P_1,2 n’est pas vraiment nécessaire (ne contient pas les données d’utilisateur) ainsi il sera repoussé.
• Le bloc de données D₃ sera lu de son disque correspondant (Disque 2).
• Le bloc de données D₄ absent sera reconstruit à l’aide de D₃ et P_3,4 d’une manière suivante: D₄=P_inverse(D₃,P_3,4)

Pendant l’opération normale, la vitesse de lecture augmente (N-1) fois, parce que les demandes seront distribuées régulièrement entre les diques N-1 (la lecture des blocs de parité pendant des opérations normales n’est pas nécessaire). Le processus d’écriture est plus compliqué, et exige plus de temps. Par exemple nous avons besoin d’écrire un bloc D₁. Il est aussi nécessaire d’actualiser son bloc de parité correspondant P_1,2. Il y a deux moyens pour le faire:

1. Lire D₂; calculer P_1,2=P(D₁,D₂); écrire D₁ et P_1,2;
2. Lire D₁;old et P_1,2;old; calculer P_1,2 de ces données; écrire D₁ et P_1,2.

Tous les deux moyens exigent le minimum d’une opération de lecture. Cette opération ne peut pas être executée simultanément avec l’opération correspondante d’écriture, ainsi la vitesse d’écriture va diminuer (deux fois plus petite si on admet que les vitesses de lecture et d’écriture sont égales). La plupart d’implementations actuelles mitigent cet effet par gardant toute la "ligne" (D₁, D₂ et D₃) dans l’antémémoire.

Le minimum de trois disques est demandé pour implementer le RAID5. La perte de l’espace de mémoire ne dépend pas du nombre des disques et est égal à la capacité d’un constituant.

RAID 0+1: basé sur des grappes en stripping.

Pour la configuration du N-disque (avec deux grappes en stripping avec N/2 disque chacune)

• La vitesse en lecture est accrue N fois par comparaison avec celle d’un constituant (la demande de lire les blocs de D₁ à D_N sera répartie spécialement pour permettre chaque constituant de lire un bloc).
• Le vitesse en écriture accrue N/2 fois par comparaison avec celle d’un constituant (la demande d’écrire les blocs de D₁ à D₄ sera répartie d’une manière quelle permettra les Disques 1 et 3 d’écrire les blocs D₁ et D3 et les Disques 2 et 4 d’écrire les blocs D₂ et D₄, ainsi doublant la vitesse en écriture dans quatre unités de stockage).

La matrice du RAID 0+1 peut offrir la tolérance aux pannes d’un seul disque. Ajoutez à cela qu’il peut traiter la moitié des défaillances duales dans la configuration de quatre disques (par example si les disques 1 et 2 tombent en panne dans la configuration illustrée ci-dessous, la matrice serait encore fonctionnelle bien que réduite à une grappe en stripping).

Le minimum de quatre disques est demandé pour le volume de RAID 0+1, avec la perte de 50% de l’espace de disque.

Other (exotic) RAID layouts

Il y a quelques autres (exotiques) types de matrices RAID, mais ils sont rarement utilisés, et leur description n’est pas stipulée dans cet article.

• RAID 3 and RAID 4 are similar to RAID 5 but use dedicated disk to store parity information. This disk becomes a bottleneck during write.

• RAID 6 is similar to the RAID 5 but uses two different parity functions to maintain redundancy. RAID6 can tolerate a dual failure (simultaneous loss of two drives). RAID6 is useful in high-capacity systems when the rebuild of a RAID5 would take a long time and there is a significant probability that another drive will fail before the rebuild is done, thus causing a loss of the array.

Enfichage à chaud et/ou miroitage

Quelques implémentations tolérantes aux pannes permettent les disques additionnels de se référer aux disques "enfichés à chaud". Une fois que le disque d’une matrice tombe en panne, on utilise le disque "enfiché à chaud" pour reconstruire la matrice et récupérer la redondance le plus vite possible, permettant de retarder l’opération de maintetnance (remplacement à chaud des unités de stockage). Mais il y a un truc qu’il faut savoir. Le contrôleur doit effectuer la vérification périodique d’une unité "enfichée à chaud". Si le disque "encfiché à chaud" contient des secteurs en panne et reste inaperçu ce disque sera inutile quand un des disques de la matrice tombe en panne. Si le disque "enfiché à chaud" tombe complètement en panne on va le diagnostiquer au moment où le contrôleur détecte qu’il n’y a pas de réponse du disque. Ainsi il n’est pas possible de détecter les secteurs en panne. Ils restent inaperçus jusqu’il est trop tard.

C’est la même chose avec le RAID 1. Le contrôleur doit alterner les demandes en lecture pour des disques différents de telle façon que chaque disque effectue une partie égale des lectures. Dans ce cas si les secteurs en panne sur un des disques seront détectés plus vite (parfois on l’appelle une implémentation tolérante aux pannes "active/active"). Si on utilise un schéma "actif/sauvegarde", il n’est possible qu’effectuer la lecture du disque primaire et au cas de sa défaillance diriger les demandes au disque d’ombre. Dans ce cas le disque d’ombre peut contenir des secteurs en panne inaperçus et si le dsique tombe en panne, la sauvegarde sera défectueuse.

Diagnostique de la capacité RAID, de la vitesse en accès et de la tolérance aux pannes.

Le planning du RAID peut être effectué à l’aide d’intervention manuelle (voir la table ci-dessous). Nous avons aussi créé le online RAID calculateur qui peut estimer les performances d’une matrice et des constituants.

*Faites attention: l’augmentation en vitesse est une valeur assez grossière basée sur la supposition que le flux de données consiste en lecture linéaire des grandes fractions de données. Cette estimation sous-entend aussi que les contrôleurs supportent une exécution simultanée des demandes et qu’il n’y a pas de problèmes avec le débit de bus (parce que quelques contrôleurs RAID aux meilleurs performances peuvent excéder le bus de type PCI).

**Faites attention: la perte de données est fondée sur la supposition que tous les constituants ont la capacité égale. Si la taille différe d’un constituant à l’autre, la plus petite sera utilisée comme la taille de "colonne".