ACCOMPAGNER L EXPLOSION DES VOLUMES DE DONNEES : LES NOUVEAUX ENJEUX DU STOCKAGE

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1 Livre Blanc ACCOMPAGNER L EXPLOSION DES VOLUMES DE DONNEES : LES NOUVEAUX ENJEUX DU STOCKAGE Abstract En 2012, l explosion des volumes de données n est plus une hypothèse lointaine mais bien une réalité. Ainsi, selon le cabinet d études américain IDC (Etude 2011 «Extracting Value from Chaos»), 1,8 zettaoctets de données, soit milliards de gigaoctets, ont été créées et répliquées en 2011 : c est 9 fois plus qu en 2005, et cette croissance n est pas prête de ralentir. En effet, d ici la prochaine décennie, IDC estime que la quantité de données gérée par les entreprises pourrait être multipliée par 50 et la taille des fichiers par 75. January 2013

2 Copyright 2013 EMC Corporation. All Rights Reserved. EMC believes the information in this publication is accurate as of its publication date. The information is subject to change without notice. The information in this publication is provided as is. EMC Corporation makes no representations or warranties of any kind with respect to the information in this publication, and specifically disclaims implied warranties of merchantability or fitness for a particular purpose. Use, copying, and distribution of any EMC software described in this publication requires an applicable software license. For the most up-to-date listing of EMC product names, see EMC Corporation Trademarks on EMC.com. EMC2, EMC, the EMC logo, Isilon, OneFS, InsightIQ, SmartConnect, SmartLock, SmartPools, SmartQuotas, SnapshotIQ, and SyncIQ are registered trademarks or trademarks of EMC Corporation in the United States and other countries. VMware is a registered trademark or trademark of VMware, Inc. in the United States and/or other jurisdictions. All other trademarks used herein are the property of their respective owners. Part Number H

3 Table of Contents Des fichiers et répertoires de plus en plus volumineux... 4 Virtualisation totale... 4 L évolutivité prend le pas sur la capacité pure critères pour une plate-forme de stockage vraiment évolutive... 6 Le stockage NAS scale out : une réponse aux enjeux de l explosion des données... 6 La plate-forme NAS Scale-out d EMC Isilon... 7 Les bénéfices de la solution... 7 Un environnement flexible et évolutif... 7 Une simplicité de gestion identique de 15 To à 15 Po... 8 Des coûts maîtrisés et un stockage optimisé... 8 Une infrastructure fiable, réduisant les risques... 8 Assurer la disponibilité des données et la continuité d activité... 9 Cas client... 9 La BNF optimise l accès à plus d un million de documents audiovisuels... 9 En savoir plus... 9 Zoom sur Hadoop et les enjeux de stockage

4 Des fichiers et répertoires de plus en plus volumineux Ce phénomène du big data concerne aussi bien les particuliers, à l origine de 75% des informations numériques, que les entreprises et les organisations publiques, qui ont des responsabilités sur près de 80% de ces données. Par ailleurs, 80% des capacités de stockage installées en 2012 concernent des données en mode fichier : audio, vidéo, images, documents bureautiques, etc. Pour ces raisons, les entreprises investissent massivement dans les données : toujours selon le cabinet IDC, les investissements consentis par les entreprises dans l'«univers numérique» (cloud computing, équipement informatique, logiciels, services et personnel dédié à la création, la gestion, le stockage et l'exploitation des informations) ont augmenté de 50 % entre 2005 et 2011, pour atteindre les milliards de dollars au niveau mondial. Selon le cabinet de conseil Deloitte, dans son étude «Technology, Media & Telecommunications Predictions, en % des sociétés du classement Fortune 500 auront lancé un grand chantier de gestion des données. D après McKinsey, les entreprises américaines de plus de 1000 salariés stockent d ores et déjà, en moyenne, l équivalent de 235 teraoctets de données. Virtualisation totale Dans le même temps, l informatique d entreprise se virtualise : applications, serveurs, postes de travail, réseau, toutes les ressources deviennent disponibles à la demande, assurant une meilleure continuité des activités et facilitant la maîtrise des coûts Le stockage est le dernier maillon de la chaîne : pour que les organisations puissent exploiter tout le potentiel de la virtualisation, il doit être accessible de manière transparente, unifiée et immédiate, aussi bien depuis les environnements physiques que virtualisés. Enfin, l analyse prédictive, qui s appuie sur des algorithmes statistiques avancés pour détecter et prévoir certaines évolutions, se développe dans de nombreux domaines notamment le marketing, l analyse de risques, la maintenance prévisionnelle ou l évaluation de la qualité. Ce type d application nécessite de gros volumes de données, qui doivent pouvoir être chargés rapidement et facilement dans des outils spécifiques. A ces problématiques qui concernent la plupart des organisations s ajoutent dans bien des cas des spécificités sectorielles : Ainsi, les entreprises et des organisations de la culture et des médias sont confrontées depuis plusieurs années déjà à la numérisation massive des contenus et à de nouveaux formats multimédias de haute définition. Dans leurs activités de recherche, industriels et organismes publics doivent composer avec des appareils de mesure toujours plus avancés, qui produisent des volumes considérables de données brutes. Bioinformatique, exploration pétrolière, exploitation des résultats de simulations numériques nécessitent toujours plus de ressources, à la fois pour les traitements et le stockage. Par ailleurs, la réutilisation des données est en augmentation, ce qui nécessite de conserver plus longtemps les archives en ligne. Le secteur public, notamment les collectivités, s engage de plus en plus dans des démarches d ouverture des données publiques (open data) qui impliquent de mettre à disposition du public des masses de données, le tout de manière fiable et performante. 4

5 Le secteur financier a besoin d effectuer des analyses complexes impliquant de multiples paramètres, le tout dans des délais très courts, ce qui nécessite de très hauts niveaux de performances. Soumis à de nombreuses réglementations, il doit en outre assurer l intégrité des données stockées. Des industries comme les télécoms ou l énergie cherchent de nouvelles sources de développement du côté des smart grids, ces réseaux intelligents dotés de capteurs pour s adapter en temps réel aux besoins et aux contraintes de leur environnement. Ces capteurs génèrent là encore des quantités de données brutes, qui peuvent être conservées pour améliorer la compréhension de la demande et les performances des services. Enfin, le secteur informatique est marqué par l essor du cloud computing : hébergeurs, intégrateurs, éditeurs offrant des services de type SaaS (Softwareas-a-Service), PaaS (Platform-as-a-Service) ou IaaS (Infrastructure-as-a-Service) doivent offrir à leurs clients des services de stockage fiables et sécurisés. L évolutivité prend le pas sur la capacité pure Dans ce contexte, les responsables du stockage ont un rôle essentiel : ils sont chargés de gérer la disponibilité, l accessibilité et la sécurité des données, un actif de valeur stratégique pour les organisations. Ils doivent provisionner, migrer, protéger et rendre accessibles des quantités de plus en plus importantes de données, ce qui amène de nouvelles exigences. En termes de stockage, la multiplication des données fait notamment ressortir les limites des systèmes classiques et impose une réévaluation des besoins. Le big data met en particulier l accent sur la capacité des infrastructures à accompagner cette croissance ultra-rapide des informations. L évolutivité devient un critère primordial pour les responsables informatiques, pour qui il est de plus en plus difficile de prévoir précisément de quelle capacité leur entreprise aura besoin demain. Dans le même temps, les directions informatiques sont confrontées à des exigences toujours plus fortes pour réduire les coûts. Dans une étude réalisée en juin 2010 par l Enterprise Strategy Group, 54% des responsables interrogées considèrent ainsi la réduction des coûts opérationnels comme une de leurs priorités, et 30% placent également la réduction des coûts d investissement parmi leurs objectifs. Pour ces raisons, les entreprises cherchent à optimiser leurs systèmes de stockage, en maximisant son utilisation, en diminuant l énergie consommée et en réduisant la charge nécessaire à leur gestion. Des tâches classiques comme la gestion d unités logiques (LUN) ou l ajout de disques sont en effet coûteuses en temps, apportent peu de valeur à l entreprise et certaines peuvent même entraîner des interruptions de service. Les opérationnels chargés de la gestion des ressources de stockage sont donc en quête d un maximum de simplicité. Enfin, l augmentation du nombre de données s accompagne d une exigence accrue en matière de performances, de fiabilité et d interopérabilité : Les métiers demandent à ce que les données soient accessibles toujours plus vite et pendant des durées plus longues, mais elles doivent également être sécurisées et protégées, en particulier quand il s agit de données sensibles. Les responsables du stockage ont donc besoin de performances prévisibles et d un haut niveau de fiabilité. Ces enjeux peuvent remettre en cause certains choix d architectures associés aux technologies 5

6 emblématiques du big data, et notamment Hadoop, conçues pour l analyse de très gros fichiers de données structurées et non-structurées. 8 critères pour une plate-forme de stockage vraiment évolutive Pour répondre aux enjeux de l explosion des volumes de données, les entreprises ont besoin d infrastructures de stockage évolutives, flexibles et simples à gérer, capables de répondre aux exigences suivantes : 1. Pouvoir faire évoluer la capacité de stockage à la volée, en restant au plus près des besoins réels plutôt qu en se basant sur des prévisions ; 2. Pouvoir ajuster les performances du stockage aux besoins des applications (gros fichiers, nombre élevé d entrées/sorties ) ; 3. Offrir un système multi-protocoles pour ne pas être dépendant du protocole utilisé par les applications ; 4. Supporter les environnements et les applications virtualisés pour que le stockage ne soit plus un facteur limitant ou un goulet d étranglement dans les projets de virtualisation ; 5. Offrir toute la palette des fonctions associées au stockage d entreprise (provisionnement fin, images logiques en lecture seule, copie à distance ), et les mettre à la portée des projets de big data ; 6. Assurer un stockage sécurisé, partagé et hautement disponible, dans lequel les données sont protégées contre les défaillances ; 7. Optimiser l utilisation des ressources de stockage et la consommation d énergie ; 8. Le tout dans un environnement unifié, avec un seul espace de nommage, afin de simplifier les tâches de gestion. Le stockage NAS scale out : une réponse aux enjeux de l explosion des données Depuis quelques années, un nouveau type de système de stockage a fait son apparition pour répondre à des problématiques insuffisamment adressées par les systèmes SAN (Storage Area Network) et NAS (Network Attached Storage) traditionnels. Les plates-formes NAS scale-out se caractérisent par une architecture en grappe, qui permet d ajouter aisément des nœuds ou des disques, le tout dans un espace de nommage unique. Ce type de plate-forme est capable de gérer dans un seul cluster des volumétries allant de quelques teraoctets à plusieurs petaoctets de données. De telles solutions offrent une gestion des fichiers robuste, adaptée tant aux données structurées que non structurées, et elles permettent aux entreprises de disposer d une infrastructure de stockage dynamique, partagée et sécurisée. 6

7 La plate-forme NAS Scale-out d EMC Isilon EMC Isilon propose une infrastructure de stockage NAS scale-out flexible, dont la capacité peut évoluer de quelques teraoctets à 15,5 petaoctets (pour un cluster de 144 nœuds). Différents types de nœuds peuvent être intégrés dans un même cluster pour répondre à des attentes différentes en termes de performance : la série S, bâtie pour la haute performance, cible les applications transactionnelles avec un très grand nombre d entrées/sorties ; la série X, flexible, répond aux exigences du big data, se prêtant notamment à la manipulation de très gros fichiers et aux workflows nécessitant un débit séquentiel élevé ; enfin la série NL a été conçue dans l optique de proposer une offre de stockage en ligne abordable et bénéficiant des atouts du stockage scale out, pour les organisations souhaitant accroître leur capacité de manière simple et transparente. La plate-forme Isilon assure un débit global de plus de 100 gigaoctets par seconde (106 Go/s en simultané et 724 Mo/s en flux unique), et peut traiter jusqu à 1,6 millions d entrées/sorties par seconde sur les nœuds S-Series tout en minimisant la latence. Elle dispose d une couche logicielle, OneFS, qui regroupe les trois fonctions traditionnelles du stockage (fichiers, volumes et disques RAID) en une seule couche unifiée. Avec celle-ci, l ensemble des nœuds peuvent être gérés dans un seul espace de nommage. OneFS supporte les principaux protocoles d accès aux fichiers de l industrie : NFS, CIFS/SMB, FTP, HTTP, iscsi, Rest ; mais elle intègre également en natif le protocole HDFS utilisé pour gérer les fichiers dans Hadoop. La solution peut ainsi être utilisée comme couche de stockage pour les projets big data, d autant que les avancées en termes de réseau permettent aujourd hui aux entreprises de disposer d une bande passante de très haute qualité, ce qui réduit les enjeux liés à la latence. De nombreux modules permettent d ajuster l environnement de stockage aux exigences des entreprises : contrôle des performances et reporting (InsightIQ), hiérarchisation automatisée du stockage (SmartPools), attribution et gestion de quotas pour partitionner de manière transparente l espace de stockage (SmartQuotas), équilibrage des charges et bascule en cas d incident pour assurer la continuité de l accès aux données (SmartConnect), protection et sauvegarde des données (SmartLock et SnapshotIQ) ou encore réplication et distribution des données sur plusieurs sites de stockage afin d assurer une reprise fiable en cas de sinistre (SyncIQ). Les bénéfices de la solution Un environnement flexible et évolutif La solution est conçue pour être extensible. Il suffit de 60 secondes pour ajouter un nœud au cluster et pour que la nouvelle capacité soit mise à disposition des applications. Les entreprises peuvent ainsi augmenter la capacité disponible de manière transparente. Les nombreux protocoles supportés permettent de s intégrer facilement aux applications. Un seul et même système de stockage peut ainsi être partagé par un ensemble d environnements hétérogènes. 7

8 La solution offre une intégration fine avec les solutions de virtualisation de VMWare, à travers le support des interfaces de programmation VASA (détection du stockage) et VAAI (transfert de tâches vers les baies de stockage). Une interface de programmation permet aux entreprises de développer leurs propres outils interfacés avec le système de stockage. Une simplicité de gestion identique de 15 To à 15 Po La migration des données est automatisée, éliminant une tâche manuelle fastidieuse et coûteuse en temps dans les NAS traditionnels. Tous les nœuds du cluster sont gérés comme un seul et même système : il n est plus nécessaire de configurer des milliers d unités logiques (LUN), ce qui réduit d autant la charge des administrateurs IT. La sauvegarde et la restauration des données sont facilitées grâce à des options telles que les snapshots. Ceux-ci peuvent être très rapidement restaurés en cas de problème, la solution étant capable d identifier les changements et de cibler précisément les zones à restaurer. Grâce à l intégration native du système de fichiers d Hadoop, les organisations peuvent utiliser n importe lequel des protocoles supportés pour alimenter ces fichiers en données, ou exporter les résultats d une analyse Hadoop vers une autre application analytique. Elles peuvent même effectuer directement les traitements sur les documents sources si ceux-ci sont stockés sur le cluster. Des coûts maîtrisés et un stockage optimisé Plus dense que les systèmes SAN ou NAS classiques, la solution consomme de ce fait moins d énergie, tant pour son fonctionnement que pour le refroidissement. Plutôt que de multiplier les espaces de stockage dédiés, il suffit d ajouter des nœuds au cluster pour étendre la capacité. De cette façon, les entreprises maîtrisent mieux le dimensionnement de leur infrastructure de stockage et peuvent augmenter l espace disponible tout en stabilisant les coûts de fonctionnement. La solution est bâtie pour permettre une utilisation allant jusqu à 80% de la capacité du cluster, alors que les systèmes de stockage classiques sont utilisés à 50% de leur capacité en moyenne. Le cluster s appuie sur un système de règles pour répartir automatiquement les données dans les différents nœuds selon le meilleur rapport valeur/performance, garantissant une utilisation optimisée de l espace de stockage. Une infrastructure fiable, réduisant les risques Différents outils permettent de protéger les données sensibles contre les modifications ou suppressions accidentelles et d assurer leur intégrité : protection de type WORM (Write Once Read Many), algorithmes de chiffrement Le contrôle d accès basé sur des rôles, les zones d authentification permettent de sécuriser l accès en conformité avec la gouvernance mise en place dans l organisation. Grâce au module SmartConnect, les entreprises peuvent disposer de systèmes de bascule automatique qui garantissent un haut niveau de tolérance aux pannes. Les niveaux de performances évoluent de manière linéaire et prédictible avec l ajout de capacité. 8

9 Assurer la disponibilité des données et la continuité d activité L ajout de capacité s effectue à la volée et de manière transparente, sans interruption de service pour les utilisateurs. Des outils permettent d effectuer un équilibrage des charges afin d assurer un haut niveau de disponibilité. L architecture en grappe élimine la problématique de point de défaillance unique présente dans les anciennes implémentations d Hadoop, le NameNode étant répliqué sur chaque nœud. Redondance du système possible jusqu à N+4. Cas client La BNF optimise l accès à plus d un million de documents audiovisuels La Bibliothèque Nationale de France prend en charge une part importante du dépôt légal des documents audiovisuels, aux côtés de l INA et du CNC. En 2004 l institution a entrepris de numériser en masse ses fonds, soit cassettes analogiques et documents sonores, afin d en faciliter la consultation. Dans les salles accueillant les visiteurs, 80 postes de consultations sont mis à disposition des chercheurs et 80 sont pour le grand public. A l heure actuelle, l établissement dispose de plus de 700 To de données stockées sur bande (LTO). Au départ, les données destinées à la consultation transitaient depuis les lecteurs LTO par un système de stockage SAN. Avec l explosion des demandes de consultation, cette infrastructure s est avérée insuffisante pour préserver des délais d accès aux documents satisfaisants, la BNF ne souhaitant pas que ceux-ci excèdent 30 minutes. L institution a donc décidé en 2006 de remplacer son système SAN par un cluster NAS Isilon constitué de huit serveurs, d une capacité totale de 33 To. Le cluster est rattaché au système LTO par une liaison Gigabit Ethernet. Le passage du SAN au NAS a facilité la gestion des documents provenant de différents pôles, ceux-ci apparaissant sur le réseau comme des dossiers partagés. Cette nouvelle infrastructure permet de découpler les flux d écriture entre les lecteurs LTO et le NAS et les flux de consultation entre le NAS et les postes de travail. Les performances d accès ont été considérablement améliorées : les usagers peuvent désormais télécharger seize fois un même film d environ 8 Go en même temps, en dix minutes contre plus d une heure auparavant. En savoir plus Zoom sur Hadoop et les enjeux de stockage Hadoop est un projet open source de la Fondation Apache, constitué de deux composants principaux : un système de fichiers distribués, Hadoop Distributed File System (HDFS), et MapReduce, un framework pour traiter en parallèle de larges ensembles de données et répartissant les tâches sur plusieurs nœuds de traitements. 9

10 Le système de fichiers HDFS comporte deux briques, le serveur maître NameNode qui contient toutes les métadonnées permettant de localiser les fichiers et les blocs de données, et des DataNode, nœuds esclaves qui gèrent toutes les opérations de lecture/écriture sur les fichiers de données. Cette architecture permet de traiter de manière performante et rapide de vastes ensembles de données. 10

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