Systèmes RAID

10 juin 2020

Le RAID (Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks) est une formation qui se compose d’un certain nombre de disques unifiés en un seul élément logique. Tous les disques sont gérés par un ou plusieurs contrôleurs. En règle générale, les RAID sont constitués de disques durs, bien qu’ils soient aujourd’hui susceptibles d’être formés de SSD. Un tel assemblage vise à augmenter la vitesse et à améliorer la sécurité des données stockées.

Les ensembles diffèrent tant par le nombre de disques que par les méthodes de distribution des données entre les disques. Une méthode de distribution des données est appelée le type ou le niveau d’un RAID. En plus des caractéristiques techniques, ce niveau définit les propriétés de la matrice, la vitesse de fonctionnement et sa capacité à résister aux défaillances matérielles.

Il existe plusieurs niveaux de matrices différents, chacun ayant ses propres propriétés et appareils spécifiques. En outre, presque tous les contrôleurs de réseau peuvent avoir le mode JBOD (Just a Bunch of Disks), c’est-à-dire un ensemble conventionnel de disques qui n’agissent pas comme un tout.

La plupart des niveaux RAID (sauf le RAID0) peuvent fonctionner lorsqu’un ou même plusieurs disques tombent en panne, dans le mode dit dégradé ou le mode de fonctionnalité limitée, dans lequel la protection des données est limitée (ou absente) et la vitesse est limitée.

RAID 0

Le RAID0 est basé sur la technologie du « block data striping » et sa répartition uniforme entre tous les disques de la matrice (stripe). Une telle distribution augmente considérablement la vitesse opérationnelle de l’ensemble du système, car plusieurs disques peuvent effectuer la lecture/écriture simultanément.

Malheureusement, la technologie ne met pas beaucoup l’accent sur la fiabilité. Si l’un des disques tombe en panne, les données de l’ensemble du réseau seront pratiquement irrécupérables.

Le RAID0 est parfait pour les stockages dans lesquels la vitesse est plus importante que la fiabilité, par exemple pour les serveurs utilisés pour le streaming vidéo ou le montage photo.

Avantages :

La productivité la plus élevée parmi tous les types de RAID.

Ecriture/lecture de données à grande vitesse.

L’utilisateur peut utiliser toute la capacité du réseau pour écrire des données.

L’option la moins chère du point de vue des dépenses par 1 Go de stockage de données.

Inconvénients :

Fiabilité relativement faible. Toute défaillance peut entraîner une perte de données.

RAID 1

Le réseau utilise la technologie de la copie en miroir (mirroring), c’est-à-dire que chaque disque contenant des données a son jumeau identique qui reproduit complètement ce disque. Par conséquent, le RAID1 est composé de deux disques et plus – des jumeaux exacts.

Cela signifie qu’en cas de simple mise en miroir (sur deux composants), seule la moitié de la capacité totale de la matrice est disponible pour l’utilisateur, ce qui multiplie par deux le prix du stockage de données, c’est-à-dire que pour une matrice RAID1 de 500 Go, il faut acheter deux disques de 500 Go chacun. D’autre part, si un disque tombe en panne, vous pouvez rapidement le remplacer par un nouveau. Dans le même temps, le système copie instantanément les données du disque restant sur le nouveau. Pour configurer le RAID1, vous devez avoir au moins deux disques à portée de main.

Le RAID1 se caractérise par une grande fiabilité souvent obtenue au prix d’une réduction de la vitesse opérationnelle d’écriture des données. Les informations sont d’abord écrites sur un disque, puis sur l’autre. Cependant, la vitesse de lecture peut être élevée en raison de la lecture parallèle des données. Ces caractéristiques dépendent entièrement de la configuration matérielle (ou logicielle) du RAID.

Le RAID1 est parfait pour le stockage de données critiques, par exemple, pour les systèmes de comptabilité ainsi que pour les petits serveurs de données.

Avantages :

Haute résistance aux pannes.

La matrice continuera à fonctionner même après la défaillance d’un des disques de données (si un miroir de travail est présent).
Vitesse de lecture élevée (selon le contrôleur).
La configuration la plus répandue avec le support le plus élevé parmi tous les types de RAID.

Inconvénients :

Faible vitesse d’écriture (sans contrôleurs indépendants).

Seulement la moitié de l’espace disque est disponible pour l’utilisateur.

Prix élevé par gigaoctet.

RAID 2 et RAID 3

Le niveau 2 du RAID utilise également la technologie du stripage des données, mais il divise ses données en octets au lieu de blocs. Pour obtenir une résistance aux défaillances, le RAID2 fournit de l’espace pour un code Hemming, c’est-à-dire que pour assembler un ensemble, au moins trois disques sont nécessaires.

Le RAID3 découpe les données en octets et les répartit entre les disques. Un disque séparé est prévu dans la matrice pour la correction des défaillances.

En raison de la distribution des données d’octet à octet, tous les disques de la matrice fonctionnent comme une seule unité. Cela signifie qu’ils ne peuvent effectuer qu’une seule opération à la fois. Les matrices de ce type sont rarement utilisées.

RAID 4

Le RAID4 applique également la méthode de stripage des données et dispose d’un disque séparé pour la correction des erreurs. Toutefois, par rapport aux niveaux 2 et 3, les données sont divisées en blocs. Cela permet aux disques de fonctionner indépendamment et d’effectuer plusieurs opérations de lecture à la fois. Cela signifie que la matrice a une vitesse de lecture élevée, la même que celle du RAID0. La vitesse d’écriture est réduite en raison de la nécessité de conserver les informations de parité sur un disque supplémentaire à des fins de correction des erreurs, car ses données doivent être mises à jour à chaque fois que de nouvelles informations sont écrites.

Pour assembler le RAID4, vous avez besoin d’au moins trois disques. D’autre part, cette modification a trouvé une large utilisation grâce à un compromis tout à fait approprié entre vitesse et fiabilité. Si l’un des blocs est perdu, le système peut le récupérer par lui-même en utilisant les blocs voisins et les informations de parité.

Avantages :

Tolérance aux pannes assez élevée, possibilité d’auto-récupération.

Capacité à travailler en mode de fonctionnalité limitée.

Grande vitesse de lecture des données.

Inconvénients :

Faible vitesse d’écriture des données car un seul disque est dédié à la correction des erreurs.

Vitesse de lecture considérablement réduite dans le mode de fonctionnalité limitée.

En cas de perte d’un disque, la récupération des données sur un nouveau disque peut prendre beaucoup de temps. Si, au cours de ce processus, un autre disque tombe en panne, les données peuvent être perdues de manière irréversible.

RAID 5

Le RAID5 est probablement la configuration RAID la plus populaire utilisée dans les stockages NAS. À l’heure actuelle, le RAID5 est une combinaison idéale de prix, de vitesse et de qualité.

Le RAID5 est presque identique au RAID4, cependant, il n’écrit pas les informations de parité sur un disque séparé et les répartit plutôt uniformément sur tous les disques. Cela signifie que le RAID5 peut résister à la défaillance d’un disque sans perdre les données et l’accès à celui-ci, car les données et les informations de parité situées sur les disques servent à récupérer les blocs perdus.

Selon le détaillant, la capacité de production et l’objectif, les systèmes RAID de niveau 5 peuvent différer dans les méthodes de distribution des données et les informations de parité.

Pour construire un ensemble de niveau 5, vous avez besoin d’au moins trois disques.

Avantages :

Vitesse de lecture et d’écriture élevée.

Si l’un des disques tombe en panne, l’utilisateur a toujours accès aux données (en mode de fonctionnalité restreinte).

Résistance aux défaillances et aux erreurs.

Inconvénients :

La panne d’un disque réduit la productivité.

En cas de perte d’un disque, la récupération des données sur un nouveau disque peut prendre beaucoup de temps. Si, au cours de ce processus, un autre disque tombe en panne, les données peuvent être perdues de manière irréversible.

RAID 6

Le RAID6 est similaire au RAID5 à une différence près : un double code Reed-Solomon, qui est écrit sur deux disques, est utilisé à la place des informations de parité. Par conséquent, le nombre minimum de disques passe à quatre et le système peut continuer à fonctionner même en cas de perte de deux disques.

RAID hybride

Il existe plusieurs niveaux de matrices complexes populaires, par exemple RAID10 (1+0), RAID01(0+1), RAID50(5+0), etc.

Le RAID10 est une matrice RAID0 qui se compose de matrices RAID1, tandis que le RAID01 est une matrice RAID1 composée de matrices RAID0. De même, le RAID50 est une matrice RAID0 qui comprend des matrices RAID5.

De telles combinaisons permettent d’augmenter la productivité et la résistance aux pannes, mais tout cela se fait au prix d’une hausse significative des prix. Par exemple, pour construire un RAID10, il faut disposer d’au moins quatre disques durs.

La combinaison de deux ou plusieurs matrices RAID5 en RAID0 accélère considérablement les performances grâce à l’utilisation de données en parallèle.

Le RAID10 et le RAID50 sont devenus très populaires en raison de leur simplicité de mise en œuvre et de la combinaison d’une vitesse suffisante avec des options de sauvegarde, même si leur prix élevé ne permet pas de les utiliser dans de petits systèmes. Le RAID01 n’est pas très apprécié car il est pratiquement identique au RAID10 dans ses caractéristiques.

Récupération des données

Les données perdues en raison d’une défaillance du RAID peuvent être récupérées.

Les symptômes possibles d’un système RAID endommagé sont les suivants :

La matrice est en mode limité, mais tous les fichiers sont toujours accessibles.

Le RAID a été récupéré de manière incorrecte après la perte de données, les paramètres ou les numéros de séquence de disque ont été modifiés ; l’accès aux fichiers est limité ou absent.

L’état de la matrice est « non actif », « non trouvé », « désactivé », en même temps le système ne l’affiche pas et l’accès aux fichiers est bloqué en conséquence.

Les RAID présentent les mêmes problèmes de perte de données que les disques durs habituels : suppression accidentelle, défaillances logicielles, écrasement, dommages au système de fichiers, etc. Par conséquent, si le RAID fonctionne comme d’habitude mais que les données ne sont pas accessibles, la perte peut être causée par un autre problème, comme une erreur de l’opérateur ou des virus informatiques.

En outre, les défaillances du RAID peuvent être causées par la panne d’un contrôleur ou des défauts de disque. Selon le niveau du RAID, cela peut entraîner certaines difficultés et restrictions pendant le processus de récupération des données.

NIVEAU RAID	PANNES DE CONTRÔLEUR	ÉCHEC DU DISQUE
RAID 0	Les données peuvent être facilement récupérées avec des informations sur l’ordre des disques.	Si la récupération d’un disque est impossible, la récupération des données ne l’est pas non plus.
RAID 1	Les données sont facilement récupérables à partir de n’importe quel composant.	Les données sont facilement récupérables à partir de n’importe quel composant.
RAID 4,5	Les données sont facilement récupérables. Les informations concernant le numéro d’ordre du disque, la taille du bloc et la méthode de distribution des informations de parité sont nécessaires à la récupération.	Les données sont facilement récupérables à condition qu’il n’y ait qu’un seul disque endommagé. Si plusieurs disques sont endommagés, la récupération est impossible.
RAID 6	Les données sont facilement récupérables. Des informations sur le numéro de commande du disque, la taille du bloc et la méthode de distribution Reed-Solomon sont nécessaires à la récupération.	Les données sont facilement récupérables à condition qu’un ou deux disques soient endommagés. Si plusieurs disques sont endommagés, la récupération est impossible.
Des tableaux complexes	Il est nécessaire d’effectuer la reconstruction de chaque composant de l’ensemble complexe, puis d’assembler un ensemble de composants (d’un niveau supérieur).	Les données sont récupérables à condition qu’un nombre suffisant de composants soit en ordre. Par exemple, le RAID50 a besoin que chacun des composants du RAID5 fonctionne, même dans un mode de fonctionnement limité.

Interprétation du stockage dans le cadre de RAID

Il est bien connu que chaque stockage de données a ses propres propriétés, telles que le type, la taille, le modèle, le détaillant, etc. Ces informations résident à l’intérieur du disque et sont généralement programmées par le détaillant du disque avec une légère possibilité de modifications.

Si un disque devient une partie d’un RAID, il reçoit une étiquette correspondante du contrôleur RAID, qu’il s’agisse d’un NAS ou de la carte mère. Cette étiquette contient les informations sur le nombre de disques dans le groupe, la configuration du RAID, la taille de la bande, etc. Si un utilisateur décide d’utiliser le disque d’un système RAID, cette étiquette peut y rester même après que le disque ait été sorti du système et formaté. Même s’il est utilisé en RAID, le disque peut être éjecté et utilisé avec succès à d’autres fins – comme disque dur de base d’un ordinateur, sur un autre support de données, comme stockage amovible, etc.

Dans le cas où la récupération des données est nécessaire et que le disque est ouvert dans Recovery Explorer, le programme analyse ses propriétés pour définir le type de périphérique. Si les disques font ou faisaient partie d’un RAID, Recovery Explorer lirait leurs étiquettes et suggérerait d’assembler les disques en un seul système. En même temps, le programme effectue cet assemblage en mode automatique en réponse à l’autorisation de l’utilisateur.

Si vous êtes sûr que le disque à récupérer faisait partie d’un RAID mais n’en fait plus partie, refusez l’assemblage RAID automatique proposé par le programme et ignorez les avertissements avant le début de l’analyse. En revanche, si le disque a été retiré d’un RAID, vous devez vous assurer que tous les autres disques – les composants de ce RAID – sont également attachés, puis assembler le RAID. Vous pouvez le faire manuellement ou permettre au programme d’effectuer ce processus automatiquement.

Comment puis-je récupérer des données sur un RAID ?

Comme un RAID est un dispositif de stockage complexe qui se compose de plusieurs disques disposés en un système logique, il doit généralement être réassemblé avant la récupération des données. Hexascan détecte automatiquement les métadonnées sur les disques qui décrivent le RAID et assemble les disques en un seul stockage de données virtuel. Néanmoins, si l’une des métadonnées responsables du RAID a été perdue, nous recommandons d’utiliser des outils de récupération des données spécialisés dans la récupération et la reconstruction de systèmes RAID complexes.

Le processus de récupération des données d’un système RAID comprend les étapes suivantes :

Éteindre le RAID ;

Sortir tous les disques RAID ;

Connectez-les à un ordinateur fixe pour la récupération ;

Commencez à récupérer les données avec Recovery Explorer en passant à l’onglet Stockages complexes ;

Une fois l’analyse terminée, trouvez et copiez les données récupérées dans un endroit sûr.

Manipulations avec le RAID

Les systèmes RAID sont généralement destinés à stocker des informations importantes, dont la perte est indésirable. Par conséquent, les utilisateurs qui utilisent des systèmes RAID doivent connaître toutes les précautions à prendre pour éviter que cela ne se produise.

Mise en place du RAID

Y a-t-il suffisamment de glacières pour refroidir le stockage ?

Tout disque dur devient chaud pendant son fonctionnement, et s’il y en a plusieurs, la négligence des réglementations et des exigences en matière de refroidissement peut entraîner leur panne. En cas de surchauffe, il peut tomber en panne. Vous devez donc assurer un refroidissement adéquat. Avant de configurer le stockage, vous devez vous assurer qu’un refroidisseur en état de marche est installé et qu’il y a suffisamment d’espace autour de la baie pour éviter qu’elle ne surchauffe.

Utiliser un onduleur

Si une coupure de courant se produit pendant le processus d’écriture des données, celles-ci ne seront pas écrites. De plus, cela augmente la possibilité de défaillances logiques et mécaniques des disques. Pour éliminer ce problème, utilisez une alimentation électrique sans coupure (UPS).

Tout d’abord, cela permettra d’épargner à l’équipement les effets d’un scintillement de la tension. Deuxièmement, en cas de panne de courant, l’utilisateur aura le temps de sauvegarder les fichiers et d’éteindre l’équipement en toute sécurité.

Prenez des disques de différents groupes de production

La plupart des RAID, à l’exception du RAID0, sont optimisés pour fonctionner en mode de fonctionnalité limitée. Si un disque (ou jusqu’à deux dans le RAID6) tombe en panne, le système continuera à fonctionner avec une vitesse de lecture/écriture réduite.

Si plus d’un disque (deux disques) tombent en panne alors que la matrice fonctionne en mode dégradé, les données seront perdues. Pour cette raison, il est recommandé de disposer la matrice de disques de différents groupes de production. De cette façon, vous pouvez réduire la probabilité de pannes simultanées des disques.

Maintenance du RAID

L’ordre des disques peut être important

Chaque disque d’un RAID a son numéro de séquence et les données sont écrites et lues dans un certain ordre. Certains contrôleurs définissent l’ordre des disques en fonction de l’ordre dans lequel ils sont connectés. Si l’ordre des disques est modifié, en fonction de la configuration, des problèmes typiques peuvent survenir :

RAID0 : le système n’est pas en mesure d’initialiser correctement les données du disque parce que la séquence des blocs est modifiée ;

tout RAID avec un code de parité : le système peut ne pas être en mesure de comprendre les données. Il est fort possible que toute manipulation supplémentaire (par exemple, l’écriture de données) entraîne la perte de certains blocs sur les disques endommagés. La récupération de ces données nécessite une application logicielle supplémentaire et des connaissances spécialisées.

La plupart des systèmes RAID avancés peuvent définir l’ordre par eux-mêmes si les disques sont connectés dans le bon ordre. Cela peut être utile pour les diagnostics.

Formater ou ne pas formater ?

Supposons que l’utilisateur doive éjecter un disque d’un système RAID et le connecter à un PC pour une raison quelconque (par exemple, un diagnostic). Dans un tel cas, il est nécessaire de lire attentivement les messages du système d’exploitation.

Le système peut proposer de formater l’appareil. Il n’est pas recommandé d’accepter cette offre. Le problème est que le formatage peut entraîner la perte d’informations précieuses situées sur le disque, suivie d’un processus de récupération long et fastidieux.

Connexion et déconnexion des disques

Si le système de stockage des données n’offre pas la possibilité d’un disque de rechange, il est nécessaire de le débrancher avant toute opération physique avec le système RAID. Si vous ne le faites pas, des actions imprudentes peuvent entraîner des dommages mécaniques sur le disque ou des dommages logiques sur les données.

Si vous utilisez le disque de rechange, veuillez prendre connaissance des précautions suivantes :

Vous ne pouvez pas utiliser cette fonction pour les disques qui font partie d’un RAID qui fonctionne en mode dégradé ;

Ne déconnectez pas plus d’un disque à la fois. Après avoir déconnecté un disque et l’avoir remplacé, assurez-vous que la reconstruction du RAID est terminée. Ce n’est qu’après que vous pouvez déconnecter d’autres disques.

Transport RAID

Le transport d’un RAID exige une prudence accrue pour éviter que les disques ne soient endommagés mécaniquement. Ne pas jeter ou secouer le disque. Emballez-le dans une feuille de plastique et d’aluminium antistatique et protégez-le contre les vibrations à l’aide d’un emballage spécial.

Ce qu’il est interdit de faire avec un RAID : liste de contrôle

Avant de commencer toute opération avec le RAID, veuillez vous familiariser avec la liste de contrôle suivante :

Ne connectez pas un RAID à un appareil qui ne dispose pas d’un nombre suffisant de refroidisseurs.
Ne changez pas l’ordre des disques.
Pendant le diagnostic des disques, lisez tous les messages du système d’exploitation.
Avant d’effectuer toute opération physique, éteignez les disques du réseau.
Éliminez les dommages mécaniques du disque.
N’exposez pas le réseau à des vibrations et autres charges pendant son transport.