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Les questions les plus souvent posées sur la technologie RAID et les réponses à ces questions

Dans quelles cas on a besoin de RAID?

Si vous êtes intéressés de cette technologie, cela signifie que vous avez probablement rencontré ou bien supposez de rencontrer un des problèmes cités ci-après dans votre ordinateur

La création du système RAID sur votre ordinateur permettra de résoudre ces problèmes et beaucoup d’autres.

Ce qui représente RAID?

En 1987 Patterson, Gibson et Katz de l’université de California Berkeley ont publié l’article "Corps pour les blocs redondants des entraînements à bon marché (RAID)" (A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID)). Dans cet article les types différents des blocs de disque, marqués par l’abbréviation RAID - Redundant Array of Independent (ou Inexpensive) Disks (bloc redondant des entraînements indépendants (ou à bon marché)). L’idée suivante est mise à la base de RAID: en réuniant quelques entraînements de petites dimensions et /ou à bon marché, il est possible d’obtenir un système, dépassant les entraînements les plus chers par le volume, la vitesse de fonctionnement et la fialbilité. En plus le système pareil représente un entraînement unique du point de vue de l’ordinateur.

On connaît, que le temps moyen du fonctionnement sans défauts du bloc d’entraînements est égal au temps moyen du fonctionnement sans défauts d’un entraînement unique, partagé au nombre d’entraînements dans le bloc. En conséquence le temps moyen du fonctionnement sans défauts est trop petit pour plusieures applications. Cependant il est possible de faire le bloc de disque plus stable au refus d’un entraînement par les moyens différents.

On a déterminé dans cet article cinq types (niveaux) des blocs de disque: RAID-1, RAID-2, RAID-3, RAID-4, RAID-5. Chaque type approvisionait la stabilité au refus, ainsi que les avantages différentes par rapport à l’entraînement unique. Parallèlement à ces cinq types, le bloc de disque RAID-0, NE possédant pas de la redondance a trouvé la popularité.

Quels niveaux de RAID existent et lequel d’eux choisir?

RAID-0. D’habitute est déterminé comme un groupe NON-redondant d’entraînements sans contrôle de la parité. D’après le moyen de la disposition de l’information parmis les entraînements, faisant partie du bloc, on appelle parfois RAID-0 "Striping" ("rayé" ou "maillot de marin"):

Entraînement 0Entraînement 1Entraînement 2

Bloc 0
Bloc 3
....
Bloc N

Bloc 1
Bloc 4
....
Bloc N+1

Bloc 2
Bloc 5
....
Bloc N+2

Par la raison que RAID-0 ne possède pas de la redondance, la panne de l’un des entraînements provoquera la panne de tout le bloc. De l’autre côté, RAID-0 approvisionne la vitesse maximale de l’échange et l’efficacité d’utilisation du volume des entraînements. En tant que les calculs mathématiques ou logiques ne sont pas nécessaires pour RAID-0, les coûts de sa réalisation sont minimales.

Le domain d’application: applications audio et vidéo, nécessitant une haute vitesse de transmission de données, que l’entraînement unique ne peut pas approvisionner. Les recherches, ayant pour but de déterminer la configuration optimale du système de disque pour la station du montage vidéo non-linéraire démonstrent, que par rapport à l’entraînement unique, le bloc RAID-0 se composant de deux entraînements, donne l’augmentation de la vitesse de l’enregistrement/lecture de 96%, se composant de trois entraînements – de 143% (selon les données du test Miro VIDEO EXPERT Benchmark).

Nombre minimum des entraînements dans le bloc – 2.

RAID-1. Est plus connu comme "Mirroring" ("miroir de disque") ou comme un paire d’entraînements, contenant la même information et se composant d’un disque logique:

Entraînement 0Entraînement 1

Bloc 0
Bloc 1
....
Bloc N

Bloc 0
Bloc 1
....
Bloc N

L’enregistrement se fait sur tous les deux entra î nements dans chaque paire . Néamoins les entraînements faisant partie d’un paire, peuvent effectuer les opérations simultannées de la lecture. Ainsi "Mirroring" peux doubler la vitesse de la lecture, mais la qualité de l’enregistrement est inchangeable. RAID-1 possède de la redondance de 100% et la panne d’un entraînement ne provoque pas la panne de tout le bloc – le controlleur commute tout simplement les opérations de l’enregistrement/lecture sur l’entraînement restant.

RAID-1 approvisionne la vitesse la plus haute du fonctionnement parmis tous les types des blocs redondants, surtout dans l’entourage de plusieurs utilisateurs, mais l’utilisation pire de l’espace de disque. Par la raison que les calculs mathématiques ou logiques ne sont pas nécessaires pour RAID-0, les coûts de sa réalisation sont minimales.

Nombre minimum des entraînements dans le bloc – 2.

Pour augmenter la vitesse d’enregistrement et l’approvisionnement de la sécurité du stockage des données, il est possible de réunir quelques blocs RAID-1 en RAID-0 à son tour. La configuration pareille s’appelle RAID "à deux niveaux" ou RAID-10 (RAID 0 + 1)

Entraînement 0Entraînement 1Entraînement 2Entraînement 3

Bloc 0
Bloc 2
....
Bloc N

Bloc 0
Bloc 2
....
Bloc N

Bloc 1
Bloc 3
....
Bloc N+1

Bloc 1
Bloc 3
....
Bloc N+1

Nombre minimum des entraînements dans le bloc – 4.

Le domain d’application: blocs à bon marché, dans lesquels l’essentiel est la sécurité du stockage des données.

RAID-2. Distribue les données par les stripes avec les dimensions d’un secteur par un groupe de disques. Certains entraînements sont distingués pour le stockage de ECC (code de correction des erreurs). Par la raison que la plupart des entraînements garde les codes avec ECC pour chaque secteur, RAID-2 ne donne pas d’avantages particulières par rapport à RAID-3 et, à cette raison, n’est pas pratiquement utilisé.

RAID-3. Comme en cas avec RAID-2, les données sont distribuées par les stripes avec la dimension d’un secteur, et un des entraînements du bloc est destiné pour le stockage de l’information sur la parité:

Entraînement 0Entraînement 1Entraînement 2

Bloc 0
Bloc 2
....
Bloc N

Bloc 1
Bloc 3
....
Bloc N+1

Somme de contrôle du bloc 0 et 1
Somme de contrôle du bloc 2 et 3
....
Somme de contrôle du bloc N et N+1

RAID-3 s’appuie aux codes d’ECC, stockées dans chaque secteur pour la détermination des erreurs. En cas du refus d’un des entraînements le retablissement de l’information y stockée est possible avec la détermination de OU dilemme (XOR) d’après l’information sur les disques restants. D’habitude chaque enregistrement est distribué par tous les entraînements et à cette raison ce type du bloc est convenable pour le travail dans les applications avec l’échange intensive avec le sous-système de disque. Par la raison que chaque opération d’entrée/sortie est adressée à tous les entraînements du bloc, RAID-3 ne peut pas exécuter simultanément quelques opérations.

C’est pourquoi RAID-3 est bon pour l’entourage d’un utilisateur et d’une tâche avec des inscriptions longues. Pour le travail avec des inscriptions courtes, la synchronisation de la rotation des entraînements est nécessaire, parce que autrement la diminution de la vitesse d’échange est inévitable. La r é alisation exige de grandes d é penses.

Nombre minimum des entraînements dans le bloc – 3.

RAID-4. RAID-4 est identique à RAID-3, sauf que la dimension des stripes est moins d’un secteur. Dans ce cas le stockage de l’information est réalisé à partir d’un entraînement (sans compter l’entraînement, stockant l’information sur la parité), c’est pourquoi l’exécution simultannée de quelques opérations de la lecture est possible. Néamoins, par la raison que chaque opération de l’enregistrement doit renouveller le contenu de l’entraînement de la parité, l’exécution simultannée de quelques opérations de l’enregistrement est impossible. Ce type de bloc ne possède pas d’avantages remarquables par rapport au bloc RAID-5.

RAID-5. Ce type du bloc est appellé parfois par le "bloc avec la parité tournante". Ce type du bloc surmonte avec succès le défaut caractéristique de RAID-4 – impossibilité de l’exécution simultannée de quelques opérations de l’enregistrement. Dans ce bloc, comme en RAID-4, on utilise les stripes d’une grande dimension, mais, en différence de RAID-4 l’information sur la parité n’est pas stockée sur un entraînement, mais sur tous les entraînements l’un après l’autre:

Entraînement 0Entraînement 1Entraînement 2

Bloc 0
Bloc 2
....
Somme de contrôle du bloc N et N+1

Bloc 1
Somme de contrôle du bloc 3 et 4
....
Bloc N+1

Somme de contrôle du bloc 1 et 2
Bloc 3
....
Bloc N

Les opérations de l’enregistrement sont adressées à un entraînement avec les données et à l’autre entraînement avec l’information sur la parité. Par la raison que l’information sur la parité pour les stripes différents est stockée sur les entraînements différents, l’exécution de quelques opérations simultannées de l’enregistrement n’est pas possibles à l’exeptionde ces cas rares, quand soit les stripes avec les données, soit les stripes avec l’information sur la parité se trouvent sur le même entraînement. Plus il y a d’entraînements dans le bloc, plus rarement la disposition des stripes d’information et de données coïncide.

Le domain d’application: blocs fiables d’un grand volume. La réalisation exige de grandes dépenses.

Nombre minimum des entraînements dans le bloc – 3.

RAID-1 ou RAID-5?

RAID-5 par rapport à RAID-1 économise plus l’espace de disque par la raison que ce n’est pas "la copie" d’information, mais le nombre de contrôle y est stocké pour la redondance. En résultat il est possible de réunir dans RAID-5 n’importe quelle quantité d’entraînements, dont seulement un contiendra l’information de redondance.

Mais l’efficacité plus haute de l’utilisation de l’espace de disque est effectuée à compte de la vitesse plus basse de l’échange d’information. Pendant l’enregistrement de l’information dans RAID-5 il est nécessaire de renouveller chaque fois l’information sur la parité. Pour cela il est nécessaire de déterminer quels bits de parité précisement sont modifiés. Cette information est remultiplié suivant XOR avec la nouvelle information. Le résultat de cette opération est une masque de bit, dans laquelle chaque bit = 1 signifie qu’il est nécessaire de remplacer la valeur dans la position correspondante de l’information sur la parité. Après l’information renouvellée sur la parité est enregistrée dans l’endroit correspondant. En conséquence, pour chaque exigence du programme d’enregistrer l’information, RAID-5 effectue deux enregistrements et deux opérations XOR.

Il faut payer pour l’utilisation plus effective de l’espace de disque (bloc de la parité est stocké à la place de la copie des données): la génération et l’enregistrement d’information sur la parité exigent le temps supplémentaire. Cela signifie que la vitesse d’enregistrement sur RAID-5 est plus basse que sur RAID-1 dans la proportion 3:5 ou même 1:3 (c’est-à-dire la vitesse de l’enregistrement sur RAID-5 fait de 3/5 à 1/3 de la vitesse sur RAID-1). A cette raison il n’y a pas de sens de créer RAID-5 dans la version de programme. Il ne faut pas les recommander ainsi , quand la vitesse de l’enregistrement a une valeur décisive.

Quel moyen de support de RAID choisir – software ou hardware?

Après avoir lu la description des niveaux différents de RAID on peut remarquer qu’on ne mentionne pas nulle part quelques exigences spécifiques pour l’équipement nécessaire pour la réalisation de RAID. De cela on peut conclure, que tout ce qu’il est nécessaire pour la réalisation de RAID est de brancher la quantité nécessaire des entraînements au controlleur de l’ordinateur et installer le logiciel spécial dans l’ordinateur. C’est juste, mais pas tout à fait!

Effectivement, il existe une possibilité du support software de RAID. Le système opérationnelle Microsoft Windows NT 4.0 Server et supérieur, dans lequel est possible le support software de RAID-0,-1 et même de RAID-5, peut servir un exemple. Cependant il faut examiner cette solution comme trop simplifiée, ne permettant pas réaliser complétement les possibilités du bloc RAID. Il est suffisant de préciser que pendant le support software RAID toute la charge de disposition de l’information sur les entraînements, l’estimation de codes de contrôle etc. tombent au processeur central, ce qui n’augmente pas naturellement la productivité et la fiabilité du système. Par les mêmes raisons il n’y a pas ici de quelques fonctions d’entretien et toutes les opérations sur le remplacement de l’entraînement défectueux, de l’addition du nouveau entraînement, de la modification du niveau RAID etc. sont effectués avec une perte complète des données et avec l’interdiction complète de réalisation de quelques autres opérations. Une seule avantage du support software RAID – le coût minimum.

Le support hardware donne beaucoup plus de possibilités avec les controlleurs spécials de RAID:

Le défaut du support hardware de RAID est le coût assez haut des controlleurs RAID. Toutefois, d’une côté, il est nécessaire de payer pour tout (fiabilité, rapidité, entretien). De l’autre côté, le dernier temps avec le développement de la technique de microprocesseur le coût des controlleurs RAID (surtout des modèles inférieurs) s’est mis à diminuer brusquement et est devenu comparable avec le coût des controlleurs de fichier ordinaires, ce qui permet d’installer les systèmes RAID pas seulement dans les mainframes chers, mais aussi dans les serveurs du niveau initial et même dans les stations de travail.

Comment choisir le modèle du controlleur RAID?

Il est possible de distinguer quelques types des controlleurs RAID conformément à leurs possibilités fonctionnelles, l’exécution constructive et le coût.

Controlleurs de l’entraînement avec les fonctions RAID

Au fond, c’est un controlleur de disque ordinaire qui permet de réunir les entraînements dans le bloc RAID en règle générale du niveau 0, 1 ou 0+1 grâce à l’enfilage BIOS.

Conclusions: Il n’est pas possible de recommander les controlleurs de l’entraînement avec les fonctions RAID en qualité du controlleur RAID pour le serveur même du niveau moyen (cash est absent, RAID 3 ou 5 n’est pas soutenu). En même temps c’est un bon choix pour les serveurs du niveau initial, pour les stations graphiques et les systèmes du montage vidéo non-linéaire, pour lesquels le paramètre principal est le rapport prix/productivité.

Controlleurs RAID, fonctionnant en paire avec le controlleur de disque déjà existant (controlleurs RAID à canal "0")

Les controlleurs RAID ont été élaborés comme une addition RAID aux controlleurs de disque, integrés sur les circuits imprimés de système. Ainsi, seulement une partie "logique" du controlleur RAID se trouve sur le circuit imprimé du controlleur, et la fonction d’échange des données avec les entraînements est attribuée au controlleur de disque intergré sur le circuit imprimé de système. Les controlleurs "tronqués" pareils supportent en règle plusieurs fonctions des controlleurs RAID multifonctionnels, et, en même temps coutent moins cher. L’essentiel c’est que chaque controlleur "tronqué" est "relié" fiablement avec le type concret des microcircuits du controlleur de disque et, en conséquence, ne fonctionnera que sur les circuits de système, dans lesquels sera integré le microcircuit pareil.

La connection du controlleur RAID avec le controlleur de disque par l’intermédiaire du bus PCI charge considéremment le dernier, en freignant d’autres opérations d’entrée/sortie. Pour augmenter la productivité totale du système, l’interface supplémentaire est ajouté sur quelques circuits de système, nommé PCI-RAIDport, permettant au controlleur RAID d’échanger directement des données avec le controlleur SCSI, integré sur le circuit de système.

Conclusions: les controlleurs RAID à canal "0", fonctionnant en paire avec le controlleur de disque déjà existant coutent pas beaucoup plus cher que les controlleurs de disque Ultra2 SCSI de qualité. En même temps ils ne cèdent presque pas d’après leurs caractéristiques aux controlleurs RAID multifonctionnels (le bloc de batterie pour la protection de cash (BBU) est absent et la coalescence n’est pas prévue). On peut considérer comme un défaut ce que ces controlleurs sont "taillés" pour le fonctionnement avec les types déterminés des circuits de système, ce qui rétreci le domain de leur application.

Controlleurs RAID à canal "1+"

Evidemment en comprenant le défaut principal des controlleurs RAID à canal "0", les élaborateurs ont ajouté le nombre de modèles par les controlleurs, ayant "au bord" son propre controlleur ce qui permet de les utiliser comme un controlleur RAID indépendant monocanal avec n’importe quel circuit de système PCI ou comme l’addition au controlleur de disque, integré sur le circuit de système. Dans le dernier cas l’utilisateur peut utiliser tous les canaux pour la création du bloc RAID. D’autres caractéristiques et possibilités ne se diffèrent pas beaucoup des modèles à canal "0" "de base".

Conclusions: les controlleurs RAID à canal "1+" ne cèdent presque pas au controlleurs multifonctionnels RAID (le processeur RISC est plus lent, le bloc de batterie pour la protection de cash (BBU) est absent), mais avec cela ils coutent moins cher. Le fonctionnement en paire avec le controleur de disque déjà existant sur le circuit de système est possible (l’économie supplémentaire des moyens). Il est possible de recommander pour les serveurs du niveau initial et moyen, pour lequels les caractéristiques pas mauvaises aux coûts minimaux sont une exigence principale.

Controlleurs RAID multifonctionnels

Ce type des controlleurs comprend "au bord" tout le nécessaire pour le fonctionnement avec les système de disque de haute productivité:

Conclusions: les controlleurs RAID multifonctionnels sont conformes aux exigences les plus hautes d’après la productivité, ainsi que d’après la fiabilité et il est possible de les recommander pour les serveurs des niveaux moyen et haut.

Controlleurs RAID externes

Malgrès les caractéristiques merveilleuses des controlleurs RAID, citées plus-haut, tous ces controlleurs on un défaut remarquable, lié avec leur construction. Ces controlleurs sont "internes" dans le sens qu’ils sont commandés et alimentés par l’intermédiaire du bus PCI intérieure du circuit de système. Evidemment, que les défaillances et les refus du circuit de système peuvent provoquer les perturbations et les pertes des données dans le bloc RAID. Les controlleurs RAID externes n’ont pas de défaut pareil. Ici le terme "externe" a la valeur double: a) les controlleurs pareils, en règle, sont installés dans le corps séparé (d’habitude avec le bloc RAID), possédant de son bloc d’alimentation indépendant et b) sont commandés à travers du canal extérieur du controlleur SCSI, branché au circuit de système. Du point de vue du controlleur SCSI le controleur externe RAID avec le bloc de disque a l’air d’un entraînement SCSI. Même constructivement le controlleur externe RAID a les cotes d’encombrement 3,5" et 5,25" de l’entraînement. Sur le panneau de face du controlleur externe RAID peut être placé l’indicateur à cristaux liquides, visualisant l’état et les paramètres du controlleur et le clavier de commande et de réglage. L’autre particularité de la construction est la modularité: le controlleur RAID externe peut se composer de la "carte mère" pricipale et des cartes "filles", sur lesquelles sont disposés les canaux supplémentaires. Les modèles différents des cartes "filles" peuvent contenir les types différents des canaux Ultra Wide SCSI, LVD SCSI ou FC-AL, avec cela ces canaux peuvent être bidirectionnels, c’est-à-dire fonctionner comme Host pour les disques y connectés ou bien comme Drive lors du branchement à l’autre controlleur. Evidemment, que les controlleurs RAID externes coutent beaucoup plus cher que les modèles "internes" analogique, néamoins cette différence est amortie par les possibilités plus larges du controlleur RAID externe.

La présence des canaux bidirectionnels et l’exécution externe permet de créer les systèmes de disque d’amas proprement dits avec une fiabilité inaccessible auparavant. Dans ces systèmes quelques serveurs sont réunis simultanément avec quelques controlleurs RAID qui sont commandés à son tour par quelques blocs de disques communs, avec cela le refus de n’importe quel composant du système pareil (serveur, controlleur RAID, bloc d’alimentation, câble etc.) ne provoquera le refus du tout système, mais diminuera un peu sa productivité.

Conclusions: les controlleurs RAID externes approvisionnent le niveau le plus haut de la productivité et de la fiabilité de tous les types des controlleurs RAID. On peut les recommander pour les serveurs du niveau moyen et supérieur. La présence des canaux FC-AL permet de disposer le serveur et le bloc RAID à une grande distance pour la protection des données. Les canaux bidirectionnels permettent de réunir les controlleurs et les blocs de disque en amas hyperfiable. L’insensibilité aux systèmes opérationnels simplifie le réglage et élimine la "source éternelle" des problèmes – les "courbes" du transmetteur. Un seul défaut est le prix assez haut, cependant dans quelques cas l’utilisation du controlleur RAID externe peut économiser les moyens. Par exemple, si deux serveurs avec les blocs RAID doivent fonctionner dans le système, l’utilisation d’un controlleur RAID externe avec le bloc de disque commun, branché aux controlleurs SCSI de chaque des serveurs permet d’économiser le prix du controlleur RAID intérieure, d’utiliser rationellement l’espace de disque, de simplfier le réglage et l’entretien.

Qu’est-ce que c’est - "Hot swap"(changement "au vol")?

Une tâche principale de la technologie RAID est l’approvisionnement de la fiabilité sécurisée du stockage et de l’accès rapide aux données, stockées dans le bloc de disque, ainsi que le niveau élevé du service pendant l’entretien du bloc de disque. A la défaillance du disque, faisant partie du bloc de disque RAID avec la redondance (c’est-à-dire de tout niveau, sauf 0), le système peut continuer le fonctionnement, parce que le controlleur RAID peut régénérer l’information stockée sur le disque déterioré grâce à la redondance des données. La régénération suivante de l’aptitude de fonctionnement du bloc de disque nécessite les actions de l’opérateur concernant le changement du disque défaillant. Pour la réalisation de "Hot swap" il est nécessaire:

Qu’est-ce que c’est - "Hot Spare"(réserve chaude)

On examine parfois la technologie Hot Spare comme une alternative de "Hot Swap", même si ce n’est pas tout à fait juste. Pour la réalisation de Hot Spare il est nécessaire:

Pendant l’initialisation du bloc RAID ce disque supplémentaire fait partie de RAID en qualité du disque inactivé, comme Hot Spare, c’est-à-dire faisant partie de la réserve chaude. En cas de la défaillance de n’importe quel entraînement faisant partie du bloc RAID, le controlleur RAID débranche automatiquement l’entraînement défectueux et active l’entraînement de réserve. La transmission (régénération) de l’information est réalisée dans le régime de fond sans arrêter le fonctionnement du système. L’avantage - le temps pendant lequel le bloc RAID est en régime non-protégé est minimisé. Le défaut – on a besoin d’un disque supplémentaire, qui ne participe pas pendant la plupart du temps dans le fonctionnement du système, mais consomme l’énergie et dégage de la chaleur.

Quelles sont les exigences pour l’alimentation du bloc RAID?

A la conception du système de disque il est nécessaire d’attirer l’attention à la qualité de l’exécution de la source d’alimentation. Il y en a deux raisons:

Il est souhaitable d’utiliser le bloc d’alimentation supplémentaire (avec une fonction du remplacement chaud) pour l’alimentation du bloc de disque. Il est util de mettre en marche une fonction du démarrage consécutive des disques pour diminuer la charge au bloc d’alimentation au moment du démarrage du système avec un grand nombre d’entraînements.

Est-ce que le refroidissement supplémentaire du bloc RAID est nécessaire?

Comme on a déjà noté, les composants du bloc RAID – controlleur et les entraînements surtout consomment et, en conséquence, dégagent sous forme de chaleur, des centaines de Watts. Il est nécessaire de dégager constammement cette chaleur parce que la surchauffe peut provoquer le refus du controlleur ou des disques. On utilise les ventilateurs supplémentaires une partie desquels fonctionne directement pour le soufflage des entraînements, une autre partie – pour l’aspiration de l’air chaud, et une partie – pour l’apport de l’air froid.

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