Performance et Se curite des syste mes de stockage de donne es

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1 Performance et Se curite des syste mes de stockage de donne es 1. Introduction à la protection des données 2 a. Durée de vie 2 b. Résistance aux ondes électromagnétiques 2 c. Refroidissement 2 d. Condition de stockage et autres 3 e. Les ASI 9 en bref 3 2. RAID 6 a. Problématique 3 b. Software ou Hardware? 3 c. RAID 6 0, 1, 0+1 et d. Quand performance et sécurité s allient : RAID 5 4 e. JBOD 11 et autres 4 f. La taille de la bande 4 g. Le RAID c est bien, mais ce n est pas encore la solution 4 3. Performances : les règles de l art 4 a. Comment déterminer le temps d accès à un fichier pour un disque 4 i. Le temps de rotation du disque 4 ii. Le temps de traitement 5 iii. Le temps de positionnement de la tête de lecture 5 b. En théorie, pour des disques identiques en RAID 5 c. En théorie, pour des disques différents 6 i. Influence sur la vitesse de lecture linéaire 6 ii. Influence Temps d accès 6 4. Matériel utilisé 6 5. Mise en place d une configuration RAID logicielle sous linux _ 7 a. Prérequis 7 b. Partitionnement des disques 7 c. Création de la grappe 7 RAID 7 d. Finalisation 7 6. Annexe & sources 8 a. Glossaire 8 b. Source 8 1/8

2 1. Introduction à la protection des données a. Durée de vie Un des problèmes lorsque l on veut garder des données c est que bien des méthodes ne permettent pas de durer dans le temps. Pour commence un CD±R 3 * dure en moyenne 2/3 an, ce qui est assez peu, mais peut varier selon les conditions d utilisation et de stockage (humidité, température, lumière). Un disque dur dure lui 3 ans en moyenne, selon les statistiques de Google. A noter qu il faut que le disque maintienne une activité certaine, avec des réécritures fréquentes des données pour éviter une démagnétisation. Le lecteur de bande magnétique reste le meilleur moyen de conserver des données à long terme, avec une durée de vie estimé à 100 ans. Mais une bande magnétique ne peut fonctionner en utilisation courante, avec ses temps d accès (que l on appelle aussi «temps de recherche») qui s exprime en seconde voir en minute contrairement à un HDD 1 où on parle en milliseconde. La seule et presque unique utilisation que l on peut en faire est la sauvegarde, souvent de manière incrémentale. Il reste encore les CD 3 -ROM 4 *, qui eux se conservent facilement pendant des dizaines d années. A notez que le coût de production d un CD-ROM est plus élevé qu un CD±R. *Nous parlons ici de CD mais c est aussi valable pour des DVD ou encore les Blu-ray. b. Résistance aux ondes électromagnétiques Un sujet qui suscite un grand nombre de débat, on va essayer de s en tenir aux choses sures. Un disque dur est une surface magnétique qui est sensible à la présence d un champ positif ou négatif. Il est donc certain qu une IEM (Impulsion Electromagnétique) peut endommager un HDD. En réalité, il faut vraiment un gros aimant pour arriver à l endommager Mais il n est pas exclu de le protéger dans un boitier aux normes CEM 8, c est-à-dire que le serveur ne sera pas sensible aux ondes électromagnétiques et qu il n en n émettra pas pouvant perturber les autres appareils. Pour les autres technologies, il y a les lecteurs à bande, et les disquettes qui sont plus sensibles, les lecteurs CD 3 plus résistants, et les SSD 2 qui seraient très résistants. c. Refroidissement Contrairement aux idées reçues, un HDD 1 à très peu besoin d être refroidi. En effet, la température de fonctionnement d un disque dur est de 35 à 40 C. Au-dessus il surchauffe, c est en particulier la partie électronique qui va être endommage. En dessous c est la partie mécanique qui, trop froide, va «casser» - un peu comme un moteur à explosion. Les SSD 2 peuvent être refroidis à souhait, le plus étant le mieux. 2/8

3 d. Condition de stockage et autres. Les HDD 1 doivent impérativement être à l abri des secousses, et des vibrations. Pas de machine à laver à côté par exemple. Mais problème plus classique lors d un RAID avec un grand nombre de disques, il faut éviter que les HDD 1 entrent en résonnance. Pour cela, les fixer convenablement dans les emplacements prévu à cet effet devrai suffire. e. Les ASI 9 en bref Les alimentations sans interruption communément appelées «onduleur» sont des systèmes électroniques qui permet de fournir du courant en cas de panne de l alimentation générale. On a des ASI dits passifs : le système bascule sur les batteries lors de la coupure de courant, ce sont les moins cher, on les appelle aussi offline par opposition avec les Online interactive qui sont déjà plus cher. Mais le roi des ASI est celui à double conversion. Il va en permanence convertir le courant alternatif du secteur en 12v et l onduler pour passer à nouveau du 12 au 230v alternatif. Au final, peu importe le que le courant en entré soit en surtension, sous-tension, avec des microcoupures, avec une fréquence incorrecte (40Hz au lieu de 50 par ex) on aura toujours un signal sinusoïdal parfait en sortie. Signale que l on peut d ailleurs configurer à souhait en tension et en fréquence. Inutile de préciser que l utilisation d un ASI est primordiale pour garantir la protection du matériel et des données informatiques. 2. RAID a. Problématique Le RAID a été créé pour répondre à deux besoins dans le domaine du stockage : la performance et la fiabilité. En effet, le besoin est réel quand il s agit de traiter un très grand nombre de requêtes en même temps. Vous l aurez compris je parle d une utilisation serveur, et en particulier les serveurs d application ou encore plus les serveurs de bureau virtuel. En ce qui concerne la fiabilité, nos disques durs contiennent de précieuses informations et sont prévus pour durer en moyenne 5 ans. Le problème c est qu ils peuvent rendre l âme en une semaine, et sans prévenir, ou presque sans. Car même si avec la technologie SMART on peut prédire la plupart des pannes, on ne risque pas moins un accident subit. b. Software ou Hardware? Il y a deux moyens pour faire un RAID. Le premier consiste à utiliser un logiciel généralement contenu dans le système d exploitation et qui va permettre de concaténer plusieurs disques. on appelle cela un RAID logiciel c. RAID 0, 1, 0+1 et 1+0 Le RAID 1 consiste à faire, au final, un certain nombre disques identiques, en écrivant sur tous les disques simultanément. Si un des disques tombe en panne, l autre ou les autres continueront à fonctionner correctement. On parle de disques miroirs. On peut utiliser un disque de secours dans un RAID 1. A droite, schéma avec 2 disques. 3/8

4 Le RAID 0 consiste à écrire successivement sur un disque puis sur le suivant, etc. On a donc un système plus performant (cf. 3.b) mais si l un des disques tombe en panne, toute le RAID 0 est hors service. A droite, schéma avec 2 disques. C est pourquoi, on essaye de ménager la performance et protection en cumulant deux RAID simultanément : si on fait d abord deux grappes 7 RAID 1 puis on les rassemble avec un RAID 0 on appelle cela un RAID 1+0 voir RAID 10. Des schémas seront certainement plus clairs. RAID 1+0 RAID 0+1 d. Quand performance et sécurité s allient : RAID 5 Le RAID 5 est bien connu. En sacrifiant un seul disque, on a les performances de tous les autres tout en ayant une tolérance de panne d un disque. On peut aussi assigner un disque supplémentaire appelé disque de secours qui sera automatiquement utilisé lors de la reconstruction. Quand un disque de la grappe 7 RAID tombe en panne, le système continue à fonctionner comme un RAID 0 (et n a donc aucune tolérance de panne) en attendant un nouveau disque pour effectuer la reconstruction, procédé qui permet retrouver notre grappe 7 entièrement fonctionnelle. On parle aussi de priorité de reconstruction : c est l administrateur qui doit configurer ce paramètre selon qu il faille retrouver notre tolérance de panne égale à un disque ou assurer un service ininterrompu. Le débat fait une fois de plus rage entre RAID 5 et RAID 10 car d un côté le 10 demande plus de disques et coûte donc plus cher, et de l autre le 5 connait des baisses de performances drastiques en écriture dût à la redondance principalement. La tendance actuelle penche vers le RAID 10 à cause du prix très bas des disques durs. e. JBOD et autres Le JBOD 11 n est pas vraiment un RAID, il permet d avoir une unité logique à laquelle on peut ajouter autant de disques de n importe qu elle capacité. Il n y a pas de gain de performance ni de fiabilité (plutôt une perte dans les deux cas), on gagne ici en flexibilité de stockage et en évolutivité. En effet, d habitude les RAID doivent tous être sur des disques de même taille et pour augmenter la capacité il faut changer tous les disques et sauvegarder les données au préalable. 4/8

5 Il en existe encore bien d autres, comme le 51 (5+1) mais aussi les RAID 3, 4 et 6. Il n y a pas de meilleur mais uniquement des «plus adaptés à l utilisation qu on en fait». Il est possible aussi de cumuler un RAID hardware avec un RAID software. f. La taille de la bande Aussi appelée «taille du strip», c est la taille que va faire chacun des blocs subdivisant les disques. Elle varie généralement de 4ko à 512ko. En fait, plus la taille de la bande est grande plus le nombre de «morceaux» sera petit et donc facile à gérer par le système. Par contre, si on lit des fichiers de 64ko avec une bande à 128ko, la performance de la grappe RAID sera identique à celle d un seul disque, car pour que le fichier soit lu simultanément par deux disques, il faut que le fichier se retrouve en deux morceau, or il est impossible de faire deux morceaux de 128ko avec 64ko. g. Le RAID c est bien, mais ce n est pas encore la solution Un simple avertissement : la grande majorité des pertes de données est engendrée par une erreur logicielle. 3. Performance et calcul : les règles de l art a. Comment déterminer le temps d accès à un fichier pour un disque dur Il y a 3 valeurs qui composent le temps d accès global, que nous retrouverons en benchmark Le temps de rotation du disque C est le plus facile à trouver. C est le temps que met le disque dur pour faire un tour divisé par deux pour avoir le temps d accès moyen. En pratique pour nos disques serveurs à 15000tours/mn, on a 1 tour toutes les 4 ms soit ½ tour toutes les 2 ms. Le temps de mise en position moyen du disque est de 2ms. On retrouve cette information dans le datasheet du disque (average access time en anglais). 2. Le temps de traitement En fait, les informations ne sont pas directement écrites sur le disque. Il y a énormément de données consacrées au positionnement et à la correction d erreur. Souvent, on peut retrouver en bench en effectuant un «short stroke» très court. En fait, avec le «short stroke», le disque sera limité à une toute petite partie de la surface totale, et la tête ne bougera pratiquement pas. On aura donc le temps d accès sans le temps de positionnement de la tête. Ici, dans notre exemple avec le disque serveur, on a 3.6ms 3. Le temps de positionnement de la tête de lecture Il ne reste plus qu une chose, c est le temps que met la tête de lecture à se positionner. On parle aussi de temps de balayage. On arrive à un total de 5ms. Quand on est administrateur, on préfère parler du nombre d opération par seconde, en IOPS pour In/out Operation Per Seconde. Ici, on a 1/0.005 = 200 IOPS, ce qui veut dire que le système de stockage est capable d effectuer au maximum 200 opérations par seconde en lecture. A noter que les valeurs sont différentes en écriture. 5/8

6 b. En théorie en RAID pour plusieurs disques identiques Plutôt qu un long discours, je vous présente une méthode pour calculer les performances : Vd la vitesse de lecture ou d écriture linéaire du disque en octet par seconde (o/s) T la taille du fichier ou des fichiers à traiter en octet s la taille de la bande en octet n le nombre de disques présents dans un RAID 0. v(t) la fonction qui donne la vitesse de lecture ou d écriture du fichier en fonction de la taille du fichier ou des fichiers à traiter. Le résultat est en octet par seconde. Vd T v(t) = { s Vd n Vd si T < s si s < T < sn si T > sn v(t) v(t) s v(t) Vous pouvez observer à gauche un exemple de courbe de performance en fonction de la taille du fichier avec Vd=100 et s=128 c. En théorie, pour des disques différents On va voir l impact de l utilisation de disques différent dans un RAID 0. C est généralement déconseillé, et les calculs ci-dessous sont optimistes dans le cas où les disques ont la même structure. En effet dans le cas contraire (ex : nombre de plateaux différents) on observe une baisse de performance. i. Influence sur la vitesse de lecture linéaire Si les disques sont différents, la vitesse de lecture linéaire sera limitée par le disque le moins rapide multiplié par le nombre de disques. Par exemple, on a un disque ayant 70Mo/s et un autre 130Mo/s, si on met ces deux disques en RAID 0 on obtiendra 70x2=140Mo/s maximum. ii. Influence sur le temps d accès Ici, c est différent : le nombre d opération maximum sera la moyenne arithmétique de tous les disques. Par exemple avec deux disques : un qui peut faire 100 et l autre 200 IOPS, le RAID pourra faire un maximum de 150 IOPS. 4. Matériel utilisé J ai eu à ma disposition 4 Samsung Spinpoint F2eg (5400U/1500Go) et 8 Seagate SAS (15000U/73.4Go) connectés sur la carte RAID SAS 12. L ordinateur tourne sous Windows 7 avec Debian installé en machine virtuelle grâce à VMware. Au final on peut accéder aux disques sous linux comme s il n y avait pas de virtualisation. 6/8

7 5. Mise en place d une configuration RAID logicielle sous linux a. Prérequis Tout d abord il nous faut au moins deux disques durs pour un raid 0 ou 1 et 3 minimum pour un raid 5. Nous allons utiliser mdadm, il faut donc télécharger et installer le package correctement via Aptitude. b. Partitionnement des disques Avec fdisk, effectuez le partitionnement des disques concernés, le type de partition est Linux raid auto. Fdisk /dev/sdb n p 1 (Entrée x2) t fd w Fdisk /dev/sdc n p 1 (Entrée x2) t fd w Fdisk /dev/sdd n p 1 (Entrée x2) t fd w c. Création de la grappe RAID Nous allons créer md0 avec mdadm : mdadm --create /dev/md0 -l5 -c 64 -n 3 /dev/sd[bcd] -l5 : raid de niveau 5 (level 5) -c 64 : largeur de la bande à 64ko -n 3 : il y 3 disques dans l exemple /dev/sd[bcd] : on va utiliser les disques sdb, sdc et sdd. Dans le cas d un RAID 1, 4 ou 5 mdadm reconstruit immédiatement la grappe, c est-à-dire qu il va copier les données requises pour avoir des disques redondants si un disque tombe en panne l autre ou les autres continuent à fonctionner. Cette procédure peut durer quelques heures selon la taille et la vitesse des disques (12mn avec des 15000tours/mn). On peut observer cette reconstruction grâce à la commande suivante : cat /proc/mdstat On peut assigner des disques de secours en ajoutant : -x 1 /dev/sde d. Finalisation Il suffit de formater md0 et de le monter : mke2fs /dev/md0 mkdir /media/monraid mount /dev/md0 /media/monraid 7/8

8 6. Annexes & sources a. Glossaire 1 HDD : Hard Disk Drive 2 SSD : Solid State Drive 3 CD : Compact Disk 4 ROM : Read Only Memory 5 RAM : Random Access Memory 6 RAID : Redundant Array of Independent Disk 7 Grappe : Un ensemble de disques. 8 CEM : Compatibilité électromagnétique 9 ASI : Alimentation Sans Interruption, appelé communément «Onduleur» ou encore UPS 10 Benchmark : logiciel qui sert à mesurer les performances. 11 JBOD : Just a Bunch Of Disk (Juste un ensemble de disques) 12 SAS : Serial Attached SCSI (Small Computer System Interface), c est le successeur du SCSI b. Source Google publie une étude sur la fiabilité de ses disques durs RAID (informatique) - Wikipédia 8/8