Introduction à la terminologie et aux concepts RAID

Du matériel dédié appelé contrôleurs RAID ou cartes RAID peut être utilisé pour configurer et gérer le RAID indépendamment du système d'exploitation. Ceci est connu sous le nom dehardware RAID. Les véritables contrôleurs RAID matériels auront un processeur dédié à la gestion des périphériques RAID.

Cela présente de nombreux avantages:

Le RAID matériel présente également quelques inconvénients importants.

RAID peut également être configuré par le système d'exploitation lui-même. Étant donné que la relation entre les disques est définie dans le système d'exploitation au lieu du micrologiciel d'un périphérique matériel, cela s'appellesoftware RAID.

Quelques avantages du logiciel RAID:

Certains inconvénients du logiciel RAID sont:

Un troisième type de RAID appeléhardware-assisted software RAID, firmware RAID, ou faux RAID, est également disponible. Cela se trouve généralement dans les fonctionnalités RAID des cartes mères elles-mêmes ou dans des cartes RAID peu coûteuses. Le logiciel RAID assisté par matériel est une implémentation qui utilise un micrologiciel sur le contrôleur ou la carte pour gérer le RAID, mais utilise le processeur standard pour gérer le traitement.

Avantages du logiciel RAID assisté par matériel:

Inconvénients du RAID logiciel assisté par matériel:

La plupart des administrateurs s'éloignent du logiciel RAID assisté par matériel, car il présente une combinaison des pièges des deux autres implémentations.

Le RAID 0 combine deux périphériques ou plus en répartissant les données par bande. Comme mentionné ci-dessus, la segmentation est une technique qui décompose les données en morceaux, puis les écrit en alternance sur chaque disque de la matrice. L'avantage de ceci est que, puisque les données sont distribuées, toute la puissance de chaque périphérique peut être utilisée pour les lectures et les écritures. Le profil de performance théorique d'une matrice RAID 0 est simplement la performance d'un disque individuel multipliée par le nombre de disques (les performances dans le monde réel seront inférieures à celles-ci). Un autre avantage est que la capacité utilisable de la matrice est simplement la capacité combinée de tous les disques constitutifs.

Bien que cette approche offre d'excellentes performances, elle présente également des inconvénients très importants. Étant donné que les données sont scindées et réparties entre chacun des disques de la matrice, la défaillance d'un seul périphérique entraînera la destruction de la totalité de la matrice et toutes les données seront perdues. Contrairement à la plupart des autres niveaux RAID, les baies RAID 0 ne peuvent pas être reconstruites car aucun sous-ensemble de composants ne contient suffisamment d'informations sur le contenu pour reconstruire les données. Si vous exécutez une grappe RAID 0, les sauvegardes deviennent extrêmement importantes, car tout votre ensemble de données dépend également de la fiabilité de chacun des disques de la grappe.

RAID 1 est une configuration qui met en miroir des données entre deux périphériques ou plus. Tout ce qui est écrit dans le tableau est placé sur chacun des périphériques du groupe. Cela signifie que chaque périphérique dispose d'un ensemble complet de données disponibles, offrant une redondance en cas de défaillance du périphérique. Dans une grappe RAID 1, les données seront toujours accessibles tant qu'un seul périphérique de la grappe fonctionne toujours correctement. Le module RAID peut être reconstruit en remplaçant les lecteurs défaillants. Les périphériques restants seront alors utilisés pour copier les données sur le nouveau périphérique.

Cette configuration a aussi des pénalités. Comme RAID 0, la vitesse de lecture théorique peut toujours être calculée en multipliant la vitesse de lecture d'un disque individuel par le nombre de disques. Pour les opérations d'écriture, toutefois, les performances maximales théoriques seront celles du périphérique le plus lent de la matrice. Cela est dû au fait que toute la donnée doit être écrite sur chacun des disques de la matrice. De plus, la capacité totale de la matrice sera celle du plus petit disque. Ainsi, une grappe RAID 1 avec deux périphériques de taille égale aura la capacité utilisable d’un seul disque. L'ajout de disques supplémentaires peut augmenter le nombre de copies redondantes des données, mais n'augmentera pas la quantité de capacité disponible.

RAID 5 présente certaines caractéristiques des deux niveaux RAID précédents, mais présente un profil de performances et des inconvénients différents. En RAID 5, les données sont réparties sur les disques de la même manière qu’une matrice RAID 0. Toutefois, pour chaque bande de données écrites dans le tableau, des informations de parité, une valeur calculée mathématiquement pouvant être utilisée pour la correction d'erreur et la reconstruction de données, seront écrites sur l'un des disques. Le disque qui reçoit le bloc de parité calculé à la place d'un bloc de données pivotera avec chaque bande écrite.

Cela présente quelques avantages importants. Comme pour les autres baies avec répartition, les performances de lecture tirent profit de la possibilité de lire simultanément plusieurs disques. Les matrices RAID 5 gèrent la perte de tout disque de la matrice. Les blocs de parité permettent la reconstruction complète des données si cela se produit. La parité étant distribuée (certains niveaux RAID moins courants utilisent un lecteur de parité dédié), chaque disque contient une quantité équilibrée d'informations de parité. Alors que la capacité d’une grappe RAID 1 est limitée à la taille d’un seul disque (tous les disques ayant des copies identiques des données), avec la parité RAID 5, un niveau de redondance peut être atteint au prix de la valeur d’un disque unique. espace. Ainsi, quatre disques 100G dans une grappe RAID 5 donneraient 300G d’espace utilisable (les 100G restants seraient pris en charge par les informations de parité distribuée).

Comme pour les autres niveaux, RAID 5 présente des inconvénients importants qui doivent être pris en compte. Les performances du système peuvent être considérablement ralenties par des calculs de parité à la volée. Cela peut avoir un impact sur chaque opération d'écriture. Si un disque tombe en panne et que la matrice entre dans un état dégradé, elle introduira également une pénalité significative pour les opérations de lecture (les données manquantes doivent être calculées à partir des disques restants). De plus, lorsque le module est en train de réparer après avoir remplacé un lecteur défaillant, chaque lecteur doit être lu et le processeur utilisé pour calculer les données manquantes afin de reconstruire les données manquantes. Cela peut stresser les lecteurs restants, ce qui peut parfois entraîner des défaillances supplémentaires, ce qui entraîne la perte de toutes les données.

RAID 6 utilise une architecture similaire à RAID 5, mais avec des informations de double parité. Cela signifie que la matrice peut supporter deux disques en panne. Ceci est un avantage significatif en raison de la probabilité accrue d'une défaillance supplémentaire du disque au cours du processus de reconstruction intensive après qu'une erreur se soit produite. Comme pour les autres niveaux de RAID utilisant la segmentation, les performances de lecture sont généralement bonnes. Tous les autres avantages de RAID 5 existent également pour RAID 6.

En ce qui concerne les inconvénients, RAID 6 prend en charge la double parité supplémentaire avec la capacité d’un disque supplémentaire. Cela signifie que la capacité totale de la matrice correspond à l’espace combiné des unités impliquées, moins deux unités. Le calcul permettant de déterminer les données de parité pour RAID 6 est plus complexe que RAID 5, ce qui peut entraîner de moins bonnes performances d'écriture que RAID 5. RAID 6 souffre des mêmes problèmes de dégradation que RAID 5, mais la redondance supplémentaire du disque supplémentaire évite la possibilité que des défaillances supplémentaires effacent les données lors des opérations de reconstruction.

RAID 10 peut être implémenté de différentes manières, ce qui a un impact sur ses caractéristiques générales:

Traditionnellement, RAID 10 fait référence à un RAID imbriqué, créé en configurant d’abord au moins deux miroirs RAID 1, puis en les utilisant comme composants pour créer un ensemble RAID 0 par bandes. Ceci est parfois appelé maintenant RAID 1 + 0 pour être plus explicite à propos de cette relation. En raison de cette conception, un minimum de quatre disques est requis pour former une matrice RAID 1 + 0 (RAID 0 réparti sur deux baies RAID 1 composées de deux unités chacune).

Les baies RAID 1 + 0 présentent les caractéristiques hautes performances d'une baie RAID 0, mais au lieu de compter sur des disques uniques pour chaque composant de la bande, une baie en miroir est utilisée, offrant une redondance. Ce type de configuration peut gérer les défaillances de disque dans n’importe quel de ses ensembles RAID 1 en miroir tant qu’au moins un des disques de chaque RAID 1 reste disponible. La matrice globale est tolérante aux pannes de manière non équilibrée, ce qui signifie qu’elle peut gérer un nombre différent de pannes en fonction de l’endroit où elles se produisent.

Étant donné que RAID 1 + 0 offre à la fois redondance et hautes performances, il s'agit généralement d'une très bonne option si le nombre de disques requis n'est pas prohibitif.

mdadm de Linux propose sa propre version de RAID 10, qui reprend l’esprit et les avantages de RAID 1 + 0, mais modifie l’implémentation actuelle pour être plus flexible et offrir des avantages supplémentaires.

Comme RAID 1 + 0, le RAID 10 demdadm autorise des copies multiples et des données entrelacées. Cependant, les périphériques ne sont pas arrangés en termes de paires en miroir. Au lieu de cela, l'administrateur décide du nombre de copies à écrire pour le tableau. Les données sont fragmentées et écrites sur le tableau en plusieurs copies, en s'assurant que chaque copie d'un bloc est écrite sur un périphérique physique différent. Le résultat final est que le même nombre de copies existe, mais le tableau n'est pas autant contraint par l'imbrication sous-jacente.

Cette conception du RAID 10 présente des avantages notables par rapport au RAID 1 + 0 imbriqué. Comme il ne compte pas sur l’utilisation de tableaux en tant que blocs de construction, il peut utiliser un nombre impair de disques et dispose d’un nombre minimal de disques plus petit (seuls 3 périphériques sont requis). Le nombre de copies à conserver est également configurable. La gestion est simplifiée car vous n'avez besoin que d'adresser un seul tableau et pouvez allouer des pièces de rechange pouvant être utilisées pour n'importe quel disque de la matrice au lieu d'un seul.