Comparaison du RAID 10 et du RAID 01

Ces deux niveaux de RAID engendrent souvent une confusion considérable, en partie parce qu'ils sont utilisés à tort de manière interchangeable et souvent simplement parce qu'ils sont mal compris.

Tout d'abord, il convient de souligner que l'un comme l'autre peuvent s'écrire avec ou sans le signe plus : RAID 10 correspond à RAID 1+0 et RAID 01 à RAID 0+1. Curieusement, RAID 10 ne s'écrit presque jamais avec le plus et RAID 01 ne s'écrit presque jamais sans. Les ingénieurs en stockage s'accordent généralement à dire que le plus n'est jamais utilisé, car il est superflu.

Ces deux niveaux de RAID sont des niveaux “composés”, formés par la combinaison de deux types de RAID simples et différents. Tous deux sont des RAID composés ou imbriqués, basés sur la mise en miroir et sans parité. Tous deux présentent des caractéristiques de performance pratiquement identiques – une surcharge et une latence négligeables, avec une vitesse de lecture de NX et une vitesse d'écriture de (NX)/2, où N est le nombre de disques de la grappe et X la performance d'un disque individuel de la grappe.

Ce qui distingue ces deux niveaux de RAID, c'est la manière dont ils gèrent la défaillance d'un disque. En résumé, le RAID 10 est extrêmement sûr dans presque tous les scénarios raisonnables. Le RAID 01, en revanche, devient rapidement assez risqué à mesure que la taille de la grappe augmente.

Dans un RAID 10, la perte d'un seul disque entraîne la dégradation d'un seul ensemble RAID 1 au sein de la bande RAID 0. Le niveau de la bande ne subit aucune dégradation, seul ce miroir RAID 1 unique en subit une. Tous les autres miroirs ne sont pas affectés. Cela signifie que notre seul risque accru est que ce disque unique fonctionne désormais sans redondance et sans aucune protection. Tous les autres ensembles en miroir conservent une protection complète. Notre exposition se limite donc à un seul disque non protégé – à peu près ce que l'on attendrait d'un poste de travail.

La réparation d'une grappe dans un RAID 10 dégradé est le scénario de réparation le plus rapide possible. Lors du remplacement d'un disque défaillant, il suffit que ce seul miroir soit reconstruit – ce qui est une simple opération de copie qui se déroule au niveau du RAID 1, sous la bande RAID 0. Cela signifie que si la grappe globale est inactive, le processus de mise en miroir peut se dérouler à pleine vitesse et que la grappe globale ignore même que cela se produit. Une mise en miroir de disque à disque est extrêmement rapide, efficace et fiable. C'est un scénario de récupération idéal. Même si plusieurs miroirs subissent une dégradation simultanément et se réparent en même temps, il n'y a aucun impact supplémentaire, car la reconstruction de l'un n'affecte pas les autres. Le risque et l'impact de la réparation du RAID 10 évoluent tous deux extrêmement bien.

Le RAID 01, en revanche, perd immédiatement une bande RAID 0 entière lorsqu'il perd un seul disque. Dans un miroir RAID 01 typique, il y a deux bandes RAID 0. Cela signifie que la moitié de la grappe entière a échoué. Si nous parlons d'une grappe RAID 01 de huit disques, la défaillance d'un seul disque rend instantanément quatre disques inutilisables et effectivement défaillants (le matériel n'a pas besoin d'être remplacé, mais les données présentes sur les disques sont obsolètes et doivent être reconstruites pour être utiles). Donc, du point de vue du risque, nous pouvons considérer cela comme une défaillance de la bande entière.

Ce qui reste après la défaillance d'un seul disque n'est rien d'autre qu'une unique bande RAID 0 non protégée. C'est bien plus dangereux que la défaillance équivalente d'un RAID 10, car au lieu d'avoir un seul disque dur isolé à risque, il y a désormais au minimum deux disques, et potentiellement bien plus, exposés à ce risque, et chaque disque exposé à ce risque l'amplifie considérablement.

À titre d'exemple, dans la plus petite grappe RAID 10 ou 01 possible, nous avons quatre disques. En RAID 10, si un disque tombe en panne, notre risque est que son partenaire correspondant tombe également en panne avant que nous ne reconstruisions la grappe. Nous ne nous préoccupons que de ce seul disque, tous les autres disques de l'ensemble RAID 10 restent protégés et sûrs. Seul celui-ci est préoccupant. Dans un RAID 01, lorsque le premier disque tombe en panne, son partenaire dans son ensemble RAID 0 devient instantanément inutilisable et effectivement défaillant, car il n'est plus exploitable dans la grappe. Il reste alors deux disques sans aucune protection ne fonctionnant qu'en RAID 0, et nous avons donc le même risque que le RAID 10, mais deux fois. Chaque disque présente le même risque que celui que présentait l'unique disque auparavant. Cela rend notre risque, dans le meilleur des cas, bien plus élevé.

Mais pour un exemple plus frappant, examinons une grande grappe RAID 10 et RAID 01 de vingt-quatre disques. Là encore, avec le RAID 10, si un disque tombe en panne, tous les autres, à l'exception de son unique partenaire, restent protégés. La taille supplémentaire de la grappe n'a ajouté presque aucun risque additionnel. Nous craignons toujours uniquement la défaillance de ce seul disque solitaire. Comparez cela au RAID 01, dont l'une des grappes RAID 0 serait tombée en panne, mettant douze disques hors service d'un coup avec la défaillance d'un seul, laissant les douze autres disques dans un RAID 0 sans aucune forme de protection. Les chances que l'un des douze disques tombe en panne sont nettement plus élevées que les chances qu'un seul disque tombe en panne, à l'évidence.

Ce n'est pas le tableau complet. La récupération du disque unique du RAID 10 est rapide, il s'agit d'une simple opération de copie d'un disque vers l'autre. Elle utilise un minimum de ressources et ne prend que le temps nécessaire à un seul disque pour se lire et s'écrire dans son intégralité. Le RAID 01 n'a pas cette chance. Contrairement au RAID 10 qui ne reconstruit qu'un petit sous-ensemble de la grappe entière, et un sous-ensemble qui ne croît pas à mesure que la grappe grandit – le temps de récupération après défaillance d'un RAID 10 de quatre disques ou d'un RAID 10 de quarante disques est identique – le RAID 01 doit reconstruire une moitié entière de la grappe parente complète. Dans le cas de la grappe de quatre disques, cela représente le double du travail de reconstruction du RAID 10, mais dans le cas de la grappe de vingt-quatre disques, cela représente douze fois le travail de reconstruction à effectuer. Ainsi, les reconstructions du RAID 01 prennent plus de temps à réaliser tout en étant exposées à un risque nettement plus élevé pendant cette durée.

Il existe un mythe assez tenace selon lequel le RAID 01 et le RAID 10 auraient des caractéristiques de performance différentes, mais ce n'est pas le cas. Tous deux utilisent un simple entrelacement et une simple mise en miroir, qui sont des opérations à surcharge effectivement nulle et qui ne nécessitent presque aucune surcharge de traitement. Tous deux obtiennent les pleines performances de lecture de chaque périphérique de disque qui leur est rattaché et chacun perd la moitié de ses performances d'écriture du fait de son opération de mise en miroir (en supposant des miroirs à deux voies, qui sont la seule utilisation courante de l'un ou l'autre type de grappe). Il n'y a tout simplement rien qui rende le RAID 01 ou le RAID 10 plus rapide ou plus lent que l'autre. Tous deux sont extrêmement rapides.

En raison des caractéristiques de ces deux types de grappes, il est clair que le RAID 10 est le seul type, parmi les deux, qui devrait jamais exister au sein d'un unique contrôleur de grappe. Le RAID 01 est inutilement dangereux et ne présente aucun avantage. Ils utilisent la même surcharge de capacité, ils ont les mêmes performances, ils coûtent la même chose à mettre en œuvre, mais le RAID 10 est nettement plus fiable.

Alors pourquoi le RAID 01 existe-t-il seulement ? En partie, il existe par ignorance ou confusion. Beaucoup de gens, en mettant en œuvre leurs propres grappes RAID composées, choisissent le RAID 01 parce qu'ils ont entendu le mythe selon lequel il serait plus rapide et, comme c'est généralement le cas avec le RAID, ne cherchent pas à savoir pourquoi il serait plus rapide et oublient de se pencher sur sa fiabilité et d'autres facteurs. Le RAID 01 n'est véritablement mis en œuvre sur des grappes locales que par erreur.

Cependant, lorsque nous portons le RAID au niveau du réseau, de nouveaux facteurs sont à prendre en compte et le RAID 01 peut devenir important, tout comme son rare cousin le RAID 61. Nous indiquons, au moyen de la notation RAID réseau, où se situent les couches locale et réseau du RAID. Ainsi, dans ce cas, nous entendons RAID 0(1) OU RAID 6(1). Les parenthèses indiquent que le miroir RAID 1, la portion la plus “haute” de la pile RAID, se trouve sur une connexion réseau et non sur le contrôleur RAID local.

À quoi cela ressemblerait-il en RAID 0(1) ? Si vous avez deux serveurs, chacun doté d'une grappe RAID 0 standard, et que vous souhaitez les synchroniser ensemble pour qu'ils agissent comme une grappe unique et fiable, vous pourriez utiliser une technologie telle que DRBD (sous Linux) ou HAST (sous FreeBSD) afin de créer une grappe RAID 1 réseau à partir du stockage local de chaque serveur. À l'évidence, cela comporte une importante surcharge de performance, car la grappe RAID 1 doit être maintenue synchronisée sur la connexion LAN à forte latence et faible bande passante. RAID 0(1) est la notation pour cette configuration. Si chaque grappe RAID 0 locale était remplacée par un RAID 6 plus fiable, nous écririons l'ensemble de la configuration comme RAID 6(1).

Pourquoi acceptons-nous le risque du RAID 01 lorsqu'il est sur un réseau et non lorsqu'il est local ? Cela tient à la nature de la liaison réseau. Dans le cas du RAID 10, nous comptons sur la portion RAID 1 de bas niveau de la pile RAID pour la protection, et le RAID 0 se place par-dessus. Si nous reproduisons cela à un niveau réseau tel que RAID 1(0), ce que nous obtenons au final, c'est que chaque hôte possède un unique miroir ne représentant qu'une portion des données de la grappe. Si quoi que ce soit devait arriver à un nœud quelconque de la grappe, ou si la connexion réseau venait à tomber, la grappe serait instantanément détruite et chaque nœud se retrouverait avec des données inutilisables et incomplètes. C'est la nature du risque élevé de défaillance de nœud et du risque au niveau de la connexion réseau qui rend les décisions de RAID en environnement réseau extrêmement différentes. Cela devient un sujet complexe à part entière.

Qu'il suffise de dire que, lorsque vous travaillez avec des contrôleurs de grappe RAID normaux ou avec du stockage local et du RAID logiciel, utilisez exclusivement le RAID 10 et jamais le RAID 01.