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La technologies RAID les niveaux simple (RAID 0,1,2,....) Introduction Générale

La technologies RAID les niveaux simple (RAID 0,1,2,....) Introduction Générale 1. Introduction 2. Le JBOD 3. Le RAID 0 4. Le RAID 1 5. Le RAID 2 6. Le RAID 3 7. Le RAID 4 8. Le RAID 5 9. L'orthogonal RAID 5 10. Le RAID 6 11. Le RAID 7 12. Conclusion Introduction générale : La technologie RAID (Redundant Array of Independent Disks) a été crée en 1987 par des chercheurs de l’université de Berkeley (Californie) ; Le but de cette technologie est de remplacer les coûteux disques de 6.5 pouces et de 9.5 pouces (ces disques sont aussi appelés « disques grands systèmes ») qui équipent les gros serveurs (comme les serveurs de fichiers) par des ensembles formé de disques de 3.5 pouces plus répandus et beaucoup moins chers. Cela explique pourquoi l'acronyme RAID signifie aussi Redundant Array of Inexpensive Disks. Cette technologie est principalement utilisée dans le domaine de l'entreprise pour sécuriser ou bien pour augmenter les performances des serveurs. Elle est parfois mise en place avec d’autres technologies telles que le clustering afin d’obtenir des performances encore plus grande ou bien d’avoir un sécurité maximale. Cependant, le RAID se popularise rapidement par le biais des cartes d'extension (par exemple les cartes au format PCI 32 bits) et des chipsets intégrés au sein des cartes mères grand public (ex. : le chipset sud Intel ICH5R). Généralement les contrôleurs RAID que l’on trouve sur le marché du matériel « grand public » sont très limités par rapport aux contrôleurs RAID haut de gamme (niveaux RAID supportés réduit au RAID 0 et 1, pas de mémoire cache intégrée au contrôleur …). Le but du RAID est de rassembler plusieurs disques durs physiques en seule unité logique. C'est-à-dire que pour plusieurs disques utilisant la technologie RAID, le système d’exploitation ne verra qu’un seul disque que l’on pourra qualifier de « disque virtuel ». Le RAID fonctionne donc grâce à un ensemble (ou agrégat) de disques. Il existe plusieurs niveaux (ou configuration) de RAID qui rassemblent différemment les données sur l’ensemble des disques. En fonction du niveau de RAID sélectionné on peut :  additionner la capacité des disques durs pour former un disque virtuel plus grand  obtenir un disque virtuel plus performant  mettre en place la tolérance de panne (c'est-à-dire sécuriser les données)  augmenter la capacité, les performances et la sécurité. La technologie RAID peut être mise en place au niveau matériel ou niveau logiciel. Elle fonctionne avec des disques dur utilisant l’interface PATA (Parallel Advanced Technology Attachment), SATA (Serial Advanced Technology Attachment) ou bien SCSI (Small Computer System Interface). Pour permettre un accès plus rapide aux différentes informations, cet article a été divisé en 5 sous parties :  les niveaux simples  les niveaux combinés  le RAID matériel  le RAID logiciel  mesures de performances I-2) Le JBOD Le mode JBOD (Just a Bunch Of Disks) ou RAID linear, est implémenté dans quasiment toutes les cartes RAID du marché. Il permet tout simplement de rassembler plusieurs disques durs en une seule unité logique de plus grosse capacité. Par exemple si l’on possède un disque de 8Go, un disque de 10Go et un disque de 30Go, on peut les rassembler en un seul disque dur logique de 48Go. Les données sont ensuite écrite disque par disque, c'est-à-dire que dès qu'un disque est plein, la suite des données est copiée sur un autre disque. Tout cela reste bien sur complètement transparent pour l'utilisateur. Il n’implémente aucune tolérance de panne et n’augmente pas les performances. Il sert uniquement à étendre la capacité d’un disque. Ce mode est intéressant si l’on souhaite stocker de gros fichiers ou bien si l’on dispose d’un grand nombre de petits disques durs. I-3) le RAID 0 ou « stripping » Le RAID 0 est un agrégat (ensemble) de disques formé d’au moins deux disques durs. Avec le RAID 0, les données sont réparties sur l’ensemble des disques de l’agrégat. Cela améliore les performances en lecture et en écriture. Par exemple si on copie un fichier de 99 Mo sur un agrégat composé de 3 disques, alors le contrôleur RAID va diviser de façon équitable le travail entre les trois disques qui écriront chacun 33 Mo. Cela va donc multiplier le débit par 3. De plus la capacité des disques s’additionne pour former un disque virtuel de plus grosse capacité. Attention cette partie de l'article définie l'ensemble des niveaux RAID dit "simples". Toutes les caractéristiques (débit, capacité, ...) sont données à titre théorique et ne reflètent pas forcément les perfomances réelles. Supposons que l’on crée un agrégat (en RAID 0) avec 3 disques durs ayant les mêmes caractéristiques : • capacité de 160Go • débit de 100Mo/s en lecture • débit de 80Mo/s en écriture Cet agrégat se comportera alors pour le système d’exploitation comme un disque dur virtuel de 480Go (3*160 Go = 480Go) avec :  un débit en lecture de 300 Mo/s (3*100Mo/s)  un débit en écriture de 240 Mo/s. (3*80Mo/s) Si on crée un agrégat avec des disques possédant des caractéristiques différentes alors les caractéristiques du disque le moins performant sont utilisées. Par exemple, si l’on met en place un niveau RAID 0 avec un disque d’une capacité de 60Go et un disque d’une capacité de 2Go, alors seulement deux giga-octets seront utilisés sur chaque disque et le système d’exploitation verra un disque de 4Go alors que la capacité réelle des deux disques réunis s’élève en réalité à 2Go + 60Go = 62Go. Il y aura donc un espace disque de 58Go (60Go – 2Go = 58Go) qui sera inutilisé sur le premier disque. Lorsque l’on implémente un niveau RAID 0, il est donc préférable de choisir des disques de même capacité. De plus si l’on crée un système RAID 0 avec un disque rapide avec un disque lent, on obtiendra un disque virtuel possédant environ le double des performances du disque lent. Le disque lent va donc brider le disque rapide. Il faut donc veiller à utiliser des disques proposant des caractéristiques similaires afin d’optimiser les performances. Par exemple associer un disque fonctionnant à 10 000 tr/min et possédant 8Mo de mémoire cache et un disque fonctionnant à 5400 tr/min et possédant 2Mo de mémoire cache) serait un véritable gâchis. Pour résumer, un niveau RAID 0 doit utiliser des disques durs ayant des caractéristiques très proches (notamment en capacité et en performances). Pour bien illustrer ces propos voici un petit exemple : On met en place un niveau RAID 0 au moyen de 4 disques avec les caractéristiques suivantes : Disque 1 Disque 2 Disque 3 Disque 4 Capacité 300 Go 18Go 20Go 45Go Débit en lecture 90Mo/s 160Mo/s 20Mo/s 35Mo/s Débit en écriture 82Mo/s 125Mo/s 20Mo/s 15Mo/s Les valeurs les plus faibles pour chacune des caractéristiques ont été misent en rouge sur le tableau ci-dessus. Lorsque l’on branche ces disques sur une carte RAID et que l’on défini un niveau RAID 0, on obtient le disque virtuel suivant :  capacité : 4*18Go = 72Go  débit en lecture : 4*20Mo/s = 80Mo/s  débit en écriture : 4*15Mo/s = 60Mo/s Le disque virtuel composé des quatre disques physiques s’avère donc plus lent et plus petit que le disque dur N°1 utilisé seul. Cet exemple est donc une utilisation catastrophique du niveau RAID 0. Lorsque l’on utilise un niveau RAID 0, nous avons vu que les données sont réparties entre les différents disques, ce qui permet d’augmenter les performances. Pour répartir les données sur l’ensemble des disques de la façon la plus optimisée, la carte RAID (ou bien le système d’exploitation dans le cas d’un RAID logiciel) doit les découper en petites unités appelées segments. Lorsque l’on met en place un niveau RAID 0, on doit spécifier la taille de ces segments (ou block size, et parfois nommé chunk size). Cette taille est un multiple de la capacité d’un secteur de disque dur (soit 512octets). Ainsi, la plus petite taille possible pour un segment est de 512octets et peut attendre plusieurs Méga-octets (parfois plus de 4Mo). La taille sélectionnée va influencer sur les performances en lecture et en écriture. Pour le stockage de gros fichiers, il est recommandé de choisir une taille élevée (256Ko, ou plus) alors que pour les petits fichiers une petite taille est à privilégier (ex. : 512octets, 1024 octets, …). Mais il ne faut surtout pas mettre une taille de 2048 Ko pour stocker des petits fichiers de 4Ko chacun car cela occuperait énormément d’espace disque inutilement et les performances seraient désastreuses. Voici une petite représentation logique du travail de segmentation effectué par le contrôleur RAID. Dans l’exemple ci-contre, on a crée un agrégat en mode RAID 0 à l’aide de trois disques durs. On a sélectionné une taille de segment de 3072 octets. Un segment occupe donc 6 secteurs de disque dur (car 3072 octets = 6 * 512 octets). On vient de créer un nouveau document texte nommé « raid.txt » et on souhaite le sauvegarder sur le disque. uploads/Management/ raid.pdf