RAID matériel et RAID logiciel

Les systèmes RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) sont mis en œuvre de deux manières fondamentales : par logiciel ou par matériel dédié. Les deux méthodes sont parfaitement viables et présentent leurs propres avantages.

Dans le segment des petites entreprises, où règnent les systèmes à architecture Intel et AMD ainsi que les systèmes d'exploitation Windows, le RAID matériel est si répandu qu'une grande confusion est née autour du RAID logiciel, due, comme nous le verrons, en grande partie à la profusion de produits de RAID logiciel frauduleux présentés comme du matériel dédié et connus familièrement sous le nom de « Fake RAID ».

Lorsque le RAID a été conçu pour la première fois, il était utilisé, sous forme logicielle, sur des serveurs d'entreprise haut de gamme exécutant des systèmes comme des versions propriétaires d'UNIX, où les systèmes étaient extrêmement stables et le matériel très puissant et robuste, ce qui faisait très bien fonctionner le RAID logiciel. Le RAID des débuts était principalement axé sur le RAID en miroir ou sur du RAID à parité très simpliste (comme le RAID 2), qui n'engendrait que peu de surcharge.

À mesure que le besoin de RAID commençait à s'étendre au segment des serveurs plus modestes et que le RAID à parité gagnait en popularité, exigeant une puissance de traitement accrue pour le prendre en charge, il est devenu problématique que les processeurs sous-dimensionnés de l'univers x86 soient fortement affectés par la charge de traitement du RAID, en particulier du RAID 5. Ce phénomène, combiné au fait que pratiquement aucun des systèmes d'exploitation largement utilisés sur ces plateformes ne disposait d'implémentations de RAID logiciel, a conduit au développement naturel du RAID matériel : une carte processeur de déchargement (semblable à un GPU pour le graphisme) dotée de son propre ordinateur complet embarqué, avec son propre processeur, sa propre mémoire et son propre micrologiciel.

Le RAID matériel a très bien résolu le problème de la surcharge liée au RAID dans le segment des serveurs x86. À mesure que les processeurs gagnaient en puissance et que la mémoire se faisait moins rare, des systèmes d'exploitation x86 populaires comme Windows Server ont commencé à proposer des options de RAID logiciel. Le RAID logiciel de Windows en particulier était réputé pour être une mauvaise implémentation du RAID et n'était disponible que sur les versions serveur du système d'exploitation, ce qui a entraîné un manque de considération pour le RAID logiciel au sein de la communauté des administrateurs système travaillant principalement avec Windows.

En raison des implémentations historiques dans le segment des serveurs d'entreprise et dans celui du x86 grand public, une séparation naturelle s'est installée entre ces deux marchés, soutenue d'abord par la technologie, puis purement par l'idéologie. Si vous discutez avec un administrateur système du segment grand public, vous entendrez presque universellement que le RAID matériel est la seule option. À l'inverse, si vous discutez avec un administrateur système du segment des serveurs mainframe, RISC (Sparc, Power, ARM) ou EPIC (Itanium) (parfois appelés serveurs UNIX), vous serez souvent accueilli avec étonnement, car le RAID matériel n'est pas disponible pour ces catégories de systèmes : le RAID logiciel y est tout simplement une évidence. Aucun des deux camps ne semble avoir une véritable connaissance de la situation dans l'autre, et les recoupements de compétences entre les deux sont relativement rares, du moins jusqu'à récemment, depuis que des plateformes UNIX d'entreprise comme Linux, Solaris et FreeBSD ont commencé à devenir très populaires et bien maîtrisées sur les plateformes matérielles grand public.

Pour rendre les choses encore plus confuses dans le segment des serveurs grand public, afin de combler le vide laissé par l'absence de RAID logiciel de l'éditeur de systèmes d'exploitation dominant pour le marché des systèmes d'exploitation non serveur, tout en cherchant à séduire un public cible moins averti sur le plan technique, un grand nombre de fournisseurs se sont mis à vendre des cartes contrôleurs non RAID accompagnées d'un « pilote » qui était en réalité du RAID logiciel, en faisant passer le produit obtenu pour du véritable RAID matériel. Cela a, au mieux, créé une grande confusion et, au pire, un mépris considérable pour le RAID logiciel, car presque universellement, tout système dont la fonction première est de protéger des données et dont le marché repose sur la tromperie et la confusion débouche sur un désastre. Les systèmes Fake RAID rencontrent régulièrement des problèmes de performance et de fiabilité. Bien qu'en théorie un logiciel RAID tiers soit une option raisonnable, la réalité du marché du RAID logiciel est que, pour l'essentiel, toutes les implémentations de RAID logiciel de qualité sont des composants natifs soit du système d'exploitation lui-même (Linux, Mac OSX, Solaris, Windows), soit du système de fichiers (ZFS, VxFS, BtrFS), et sont fournies et maintenues par les principaux fournisseurs, laissant peu de place ou de raison d'être aux produits tiers, hormis dans l'univers des postes de travail Windows, où existent quelques acteurs légitimes et de petite taille du RAID logiciel, souvent éclipsés par les acteurs du Fake RAID.

Aujourd'hui, le RAID matériel n'est presque plus nécessaire, car les plateformes grand public sont incroyablement puissantes et disposent presque toujours d'un excédent considérable de ressources, tant en calcul qu'en mémoire. Le RAID matériel se distingue désormais surtout par ses fonctionnalités plutôt que par la réduction de la charge sur les ressources. Le choix du RAID matériel par rapport au RAID logiciel dans le segment des serveurs grand public relève presque entièrement de la préférence et de l'inertie du marché plutôt que de performances ou de fonctionnalités précises : les deux plateformes sont essentiellement équivalentes, les implémentations individuelles étant bien plus importantes à considérer dans le choix des produits que les approches matérielles et logicielles prises isolément.

Aujourd'hui, les offres de RAID matériel tendent à être plus « génériques », avec des implémentations plutôt basiques des niveaux de RAID standard. Le RAID matériel tend à tirer sa valeur de la réduction de l'utilisation des ressources (déchargement du processeur et de la mémoire), de la possibilité de remplacer « à l'aveugle » les disques défaillants, de la simplification de la gestion du stockage, d'un stockage au niveau bloc abstrait du système d'exploitation de manière agnostique, d'un cache rapide situé à proximité des disques et d'un cache sauvegardé par batterie ou par mémoire flash. Le RAID logiciel tend à tirer sa valeur d'une consommation électrique plus faible, d'un coût d'acquisition moindre, d'une gestion intégrée au système d'exploitation, de fonctionnalités RAID uniques ou avancées (comme le RAIDZ de ZFS, qui ne souffre pas du « trou d'écriture » standard du RAID 5) et de performances globales généralement meilleures. Il ne s'agit véritablement pas d'un débat sur ce qui est meilleur ou pire, mais sur ce qui est meilleur ou pire pour une situation bien précise, le facteur le plus important étant souvent la familiarité, le confort et/ou l'offre proposée par défaut par le fournisseur.

L'un des facteurs de différenciation les plus négligés, mais les plus importants, entre le RAID matériel et le RAID logiciel est le changement de fonction associé à la gestion de la grappe RAID. Le RAID matériel transfère la gestion de la grappe à l'administrateur de serveur (le rôle de support qui intervient sur le serveur physique et qui est posté dans le centre de données), tandis que le RAID logiciel transfère la gestion de la grappe à l'administrateur système (le rôle de support qui intervient sur le système d'exploitation et au-dessus, et qui se trouve rarement dans le centre de données). Sur le marché des PME, ce facteur peut être totalement négligé, mais dans une entreprise du Fortune 500, la différence de fonction peut être très significative. Dans bien des cas, avec le RAID matériel, le remplacement des disques et la configuration du système peuvent être effectués sans nécessiter l'intervention de l'administrateur système. Les administrateurs de serveurs du centre de données peuvent détecter les disques défaillants, soit par des alertes, soit en repérant les « voyants orange » lors de leurs rondes, et procéder aux remplacements à la volée sans avoir à contacter qui que ce soit ni même à savoir ce que le serveur exécute. Le RAID logiciel exigerait presque toujours que l'administrateur système soit impliqué dans la mise hors ligne d'un disque défaillant, la coordination du processus de remplacement avec le centre de données et la remise en ligne du nouveau disque une fois le remplacement terminé.

En raison du fonctionnement du déchargement du processeur et des performances, et en raison de certains avantages dans la façon dont les implémentations de RAID non standard gèrent souvent la reconstruction du RAID à parité, on observe une tendance des niveaux de RAID en miroir à favoriser le RAID matériel et des niveaux de RAID à parité à favoriser le RAID logiciel. Le RAID à parité est considérablement plus gourmand en ressources processeur ; l'accès aux ressources puissantes du processeur central peut donc être un facteur majeur d'accélération des calculs RAID. En revanche, avec le RAID en miroir, où la reconstruction du RAID est bien plus sûre qu'avec le RAID à parité et où les reconstructions automatisées sont plus importantes, le RAID matériel apporte l'avantage de permettre très facilement le remplacement des disques à l'aveugle.

Un aspect extrêmement paradoxal du débat entre RAID matériel et RAID logiciel est que le même marché qui rejette souvent d'emblée le RAID logiciel comme étant inférieur au RAID matériel recoupe presque entièrement (vous pouvez imaginer le diagramme de Venn dans votre tête) le marché qui estime que les serveurs de fichiers sont inférieurs aux appareils NAS grand public, alors même que ces appareils NAS du segment des PME reposent presque universellement sur les mêmes implémentations de RAID logiciel que celles que l'on rejette avec désinvolture. Ainsi, il est souvent considéré comme à la fois inférieur et supérieur, simultanément. Parmi les appareils NAS du segment des PME, ainsi que les logiciels d'appliances NAS, qui reposent sur le RAID logiciel, on peut citer : Netgear ReadyNAS, Netgear ReadyData, Buffalo Terastation, QNAP, Synology, OpenFiler, FreeNAS, Nexenta et NAS4Free.

Il n'existe véritablement aucune règle du type « utilisez toujours l'une ou l'autre méthode » avec le RAID matériel et le RAID logiciel. Même les gigantesques appliances NAS et SAN d'entreprise à six chiffres n'ont pas tranché quant à la méthode à employer, une partie de l'industrie allant dans chaque direction. La véritable réponse est cela dépend de votre situation particulière : votre séparation des rôles, vos besoins techniques, votre expérience, votre budget, etc. Les deux options sont parfaitement viables dans n'importe quelle organisation.