Types de RAID Hybride Expliqués : RAID 10, 50 et 60

RAID 10 (RAID 1+0) : une bande de miroirs

Le RAID 10 reste la configuration hybride la plus largement déployée dans les centres de données de production. Les ingénieurs en stockage optent par défaut pour cette architecture, car elle offre une forte redondance sans limiter les vitesses d’entrée et de sortie. Contrairement aux baies basées sur la parité, elle évite totalement la génération mathématique de parité.

Fonctionnement du RAID 10

Dans le RAID 10, le contrôleur crée d’abord des paires en miroir, puis regroupe ces paires en bandes. Lorsqu’un serveur transmet un fichier, le contrôleur le divise en blocs uniformes appelés « bandes ». La capacité de bande détermine le volume exact de données écrites sur un disque avant que le contrôleur ne passe au niveau suivant (il est fortement recommandé de consigner la capacité de bande sur les deux niveaux à des fins de diagnostic ultérieur).

Une fois divisés, le matériel répartit ces blocs sur le niveau supérieur en utilisant la logique RAID 0 standard. Parallèlement, le niveau inférieur RAID 1 duplique chaque bloc. Chaque commande d’écriture atteint simultanément les deux disques d’une paire en miroir et, comme le contrôleur ne calcule jamais de parité, les performances d’écriture restent exceptionnellement rapides. Les opérations de lecture sont tout aussi rapides.

Le RAID 10 offre des performances particulièrement élevées en cas de défaillance matérielle. Lorsqu’un disque tombe en panne, le processus de reconstruction s’appuie uniquement sur le partenaire miroir intact de ce disque, laissant les autres paires en bon état intactes. Le disque intact copie des secteurs identiques directement sur le disque de remplacement. Comme ce processus consiste en une copie directe plutôt qu’en un calcul, les reconstructions RAID 10 s’effectuent en une fraction du temps requis par les configurations basées sur la parité.

Nombre minimum de disques et capacité utilisable

Le RAID 10 nécessite au minimum quatre disques physiques. Quel que soit le nombre de disques ajoutés ultérieurement, la capacité utilisable reste fixée à la moitié de la capacité brute totale. Huit disques de 10 téraoctets, par exemple, offrent 80 téraoctets de stockage brut, mais seulement 40 téraoctets de stockage utilisable une fois montés par le système d’exploitation.

Cette perte de la moitié de la capacité brute constitue le coût structurel lié au maintien d’un miroir complet à la base de la matrice. En contrepartie, une matrice construite selon ce principe peut résister à plusieurs pannes RAID simultanées, à condition que ces pannes ne surviennent pas au sein d’une même paire en miroir. La défaillance d’un seul disque laisse la matrice entièrement redondante et opérationnelle.

Dans cette configuration, la capacité des disques est tout aussi importante que leur nombre. Il est vivement recommandé d’harmoniser les capacités des disques au sein de chaque paire en miroir, car le fait de mélanger les capacités au sein d’une paire signifie que c’est le disque le plus petit qui fixe la limite maximale pour cette paire. Le contrôleur ignore définitivement l’espace restant sur le disque le plus grand, et les paires non harmonisées peuvent également compliquer la planification de la récupération après une défaillance RAID.

RAID 50 (RAID 5+0)

La mise à l’échelle d’une matrice entièrement en miroir devient financièrement non viable pour la protection des systèmes de stockage des grandes entreprises. Le RAID 10 entraîne une perte de capacité fixe correspondant à la moitié de la capacité brute totale, et à l’échelle de plusieurs centaines de téraoctets, ce coût devient significatif. Une seule grande matrice RAID 5 comporte quant à elle ses propres risques. À mesure que le nombre de disques augmente, la fenêtre de reconstruction s’allonge, et la probabilité d’une deuxième défaillance pendant cette fenêtre s’accroît. Le RAID 50 résout ces deux problèmes en combinant la parité distribuée avec un striping au niveau des blocs entre des groupes indépendants.

Fonctionnement du RAID 50

Le contrôleur organise les disques en plusieurs sous-groupes RAID 5 indépendants, dont chacun nécessite au moins trois disques. Il répartit ensuite les données entre tous les sous-groupes en utilisant le RAID 0 au niveau de la couche externe. Les performances en écriture sont supérieures à celles d’une matrice RAID 5 classique, car les calculs de parité sont répartis entre des groupes plus petits et isolés, plutôt que d’être effectués sur l’ensemble complet des disques. Chaque sous-groupe conserve une parité suffisante pour résister de manière indépendante à la défaillance d’un seul disque interne. Une reconstruction suite à une seule défaillance n’affecte que le sous-groupe contenant ce disque. Les sous-groupes restants continuent de fonctionner normalement et ne sont pas sollicités en lecture pendant la reconstruction.

Capacité et calculs exacts

Dans le cas d’un RAID 50 à six disques, ceux-ci sont répartis en deux sous-groupes RAID 5 de trois disques chacun. Dans chaque sous-groupe, l’espace correspondant à un disque est consacré à la parité, ce qui laisse deux disques par groupe disponibles pour les données, soit quatre des six disques au total.

Le même principe s’applique à plus grande échelle. Une matrice à huit disques, organisée en deux groupes de quatre, réserve un disque par groupe à la parité, ce qui laisse six disques utilisables. Avec douze disques, organisés en deux groupes de six, le nombre de disques utilisables passe à dix, puisque chaque grand groupe ne sacrifie qu’un seul disque à la parité, quel que soit le nombre de disques de données qui l’entourent.

Le compromis qui sous-tend ce meilleur rapport réside dans le temps de reconstruction. Des sous-groupes plus importants allongent le temps nécessaire à une reconstruction, élargissant ainsi la fenêtre pendant laquelle une deuxième défaillance au sein du même sous-groupe serait irrécupérable.

Temps de reconstruction et arguments en faveur du RAID 50 par rapport au RAID 5 standard

Une reconstruction RAID 5 standard sur une grande matrice constitue la période opérationnelle la plus dangereuse dans la gestion du stockage. Un seul disque mécanique de 16 To offre une vitesse de lecture séquentielle soutenue d’environ 200 à 250 Mo/s dans des conditions normales. La reconstruction de ce disque nécessite la lecture et le recalcul des données sur tous les autres disques de la matrice. À 250 Mo/s, le balayage d’une surface de 16 To prend environ 18 heures.

Pendant cette période, tous les disques restants de la matrice subissent des contraintes thermiques et mécaniques accrues. Si un deuxième disque du même sous-groupe tombe en panne pendant cette période, le sous-groupe s'effondre. Les données deviennent alors irrécupérables sans l'intervention d'un spécialiste.

Le RAID 50 limite ce risque, car chaque sous-groupe se reconstruit de manière indépendante. La reconstruction ne lit que les disques du sous-groupe concerné. Les autres sous-groupes ne sont pas impliqués.

RAID 60 (RAID 6+0)

Le RAID 60 utilise la même logique architecturale que le RAID 50, mais remplace le RAID 5 par le RAID 6 au niveau de la couche interne. La différence réside dans la double parité. Chaque sous-groupe interne calcule deux flux de parité indépendants, désignés par P et Q, à l’aide du codage polynomial de Reed-Solomon. Cela permet à chaque sous-groupe de résister à deux pannes simultanées de disques en son sein sans perte de données.

Fonctionnement du RAID 60

Le contrôleur divise les disques en sous-groupes RAID 6 indépendants, dont chacun nécessite au moins 4 disques. Ces sous-groupes sont ensuite regroupés en bandes au niveau de la couche externe à l’aide du RAID 0. Le nombre total minimum de disques est de huit, soit deux sous-groupes RAID 6 de quatre disques chacun.

Dans le cas d’un déploiement à huit disques, chaque sous-groupe de quatre disques consacre deux disques au stockage de la double parité, ce qui laisse deux disques par sous-groupe disponibles pour les données. Sur l’ensemble des deux sous-groupes, quatre des huit disques sont disponibles pour le stockage actif. Cette capacité utilisable augmente à mesure que l’on ajoute des disques par sous-groupe. Un RAID 60 à douze disques, constitué de deux groupes de six, laisse huit disques utilisables sur un total de douze.

Ce surcoût opérationnel se répercute sur les performances d’écriture. Pour chaque opération d’écriture, le contrôleur calcule deux valeurs de parité indépendantes avant que l’écriture ne puisse être validée. Cela engendre une latence de traitement nettement supérieure à celle d’un RAID 50 sous des charges d’écriture équivalentes. À un débit d’écriture élevé, cette surcharge devient le facteur limitant des performances de la baie.

Le RAID 60 est adapté aux environnements où les conséquences d’une perte de données lors d’une défaillance matérielle l’emportent sur les coûts liés à des écritures plus lentes et à un nombre minimum de disques plus élevé, y compris le stockage dans le secteur de la santé, les journaux de transactions financières et les archives gouvernementales. Pour la plupart des déploiements dans les PME, l’exigence relative au nombre de disques et la perte de performances en écriture rendent cette configuration difficile à justifier, à moins que la tolérance à une double défaillance ne constitue une exigence spécifique en matière de conformité ou d’exploitation.

RAID 10, RAID 50 et RAID 60 : une comparaison côte à côte 

Conclusion : sécuriser votre baie après une défaillance mécanique