Répondre à la question complexe de la configuration, comme par exemple déterminer la meilleure configuration RAID pour les systèmes de stockage en réseau (NAS) à 4 baies largement utilisés, a été l'un des projets les plus récents.
Le laboratoire d'innovation des disques durs de Toshiba à Düsseldorf
Choisir le RAID adapté :
Les grandes entreprises et les PME de divers secteurs économiques utilisent des systèmes NAS pour stocker des données sur le réseau et faciliter l’accès aux fichiers. Ces systèmes contiennent plusieurs disques durs, souvent configurés en RAID (Redundant Array of Independent Disks). Selon la configuration choisie, la technologie RAID peut améliorer la redondance des données grâce à des fonctionnalités telles que la parité ou la mise en miroir, offrant ainsi une meilleure résilience et des performances potentiellement accrues.
La configuration des systèmes NAS à 1 ou 2 baies est relativement simple : un seul disque dans un système à une baie sans redondance, ou deux disques dans un système à deux baies avec duplication des données (RAID 1). En revanche, les systèmes NAS à 4 baies, très répandus, offrent plusieurs options de configuration. Le choix de la configuration, ou la configuration RAID considérée comme optimale pour un système NAS à 4 baies, dépend fortement de l’utilisation prévue. Afin d’éclairer ce point, le laboratoire d’innovation HDD a mené une évaluation rigoureuse.
Configuration du NAS Asustor AS5404T au laboratoire d'innovation des disques durs de Toshiba
Le partenaire de Toshiba, Asustor, a fourni un NAS AS5404T, un modèle à quatre baies doté d'une connectivité réseau 2,5 GbE. Il prend en charge jusqu'à quatre SSD M.2 pour la mise en cache. Cependant, l'objectif de l'évaluation étant de mesurer les performances de base de la baie de disques durs dans des applications à flux de données continu, l'option de mise en cache a été écartée. Il convient de noter que la mise en cache SSD améliore les performances aléatoires lors de brèves rafales de données entrantes ou de lectures répétées au même emplacement. En définitive, les performances soutenues dépendent de la vitesse des disques durs et de la configuration RAID choisie.
Deux SSD M.2 NVMe de 256 Go ont été installés pour créer le Pool1 en RAID1. Ce Pool1 était dédié au système d'exploitation, tandis que le Pool2, installé ultérieurement sur disques durs, était réservé aux données utilisateur. Cette configuration garantit que les interactions disque du système d'exploitation n'interfèrent pas avec la charge de travail du stockage.
Pour ce test, le laboratoire a équipé le système NAS à 4 baies (AS5404T) de quatre disques durs Toshiba N300 de 8 To. Il a ensuite évalué les trois configurations à 4 disques les plus courantes : RAID 5, RAID 6 et RAID 10.
Pour chaque configuration RAID, le laboratoire a configuré un pool de stockage HDD sur le NAS, attendu son initialisation complète, puis créé une cible de stockage bloc iSCSI à provisionnement épais, utilisant 80 % de la capacité du pool. Une cible iSCSI a été connectée à un serveur d'applications via l'interface réseau 2,5 GbE, et un lecteur logique Windows a été créé et alimenté avec 2 To de données de test. Lors d'une seconde série de tests, deux cibles iSCSI ont été créées dans le pool HDD et connectées au serveur d'applications via des connexions 2,5 GbE distinctes, exploitant ainsi toute la bande passante réseau de l'AS5404T, qui dispose de deux ports 2,5 GbE.
Trois types de charge de travail ont été évalués : l'écriture et la lecture séquentielles par blocs de 1 Mo et les tâches mixtes de lecture/écriture aléatoires.
Configurations RAID testées :
Selon les besoins spécifiques du système NAS, trois techniques peuvent être mises en œuvre dans différentes configurations RAID. Comme son nom l’indique, la « mise en miroir » consiste à copier les données sur plusieurs disques, assurant ainsi leur redondance. Le « striping », quant à lui, est une technique qui répartit les données sur plusieurs disques afin d’améliorer les performances. La « parité » est une forme calculée de contrôle d’erreurs qui garantit la redondance des données. En cas de panne d’un disque, le système NAS reconstruit les données perdues ou endommagées.
RAID 5 :
En RAID 5, les données sont réparties sur trois disques, le quatrième contenant les informations de parité. Ceci permet la reconstruction des données en cas de panne d'un disque. Cette configuration offre une efficacité de stockage de 75 %, soit 24 To d'espace utilisable avec les quatre disques de 8 To. Si les vitesses de lecture sont rapides, les vitesses d'écriture peuvent être réduites car la parité doit être calculée et écrite. Lors d'une reconstruction, toute la parité doit être recalculée, une opération gourmande en ressources.
Le RAID
6, traditionnellement utilisé pour les configurations RAID de six disques ou plus, stocke deux bandes de parité, permettant ainsi au système NAS de tolérer la défaillance de deux disques. Ceci s'avère utile lorsqu'un second disque tombe en panne pendant la reconstruction d'un disque précédemment endommagé. Avec seulement quatre disques, l'efficacité du stockage chute à 50 %, ce qui limite la capacité utilisable à 16 To. La tolérance accrue aux pannes de disques aléatoires peut justifier ce choix, même pour les systèmes ne comportant que quatre disques.
RAID 10 :
Une configuration RAID 10 assure la redondance en dupliquant les données sur des paires de disques, puis en distribuant ces copies. Cela évite les calculs de parité gourmands en ressources, mais au prix d'une capacité de stockage réduite, limitée à 16 To. Le RAID 10 tolère également la défaillance de deux disques, à condition qu'ils n'appartiennent pas à la même paire de disques dupliqués.
Identification de la meilleure configuration :
Les tests en laboratoire ont révélé que la « meilleure » configuration dépend de l’objectif principal de l’utilisateur : capacité, protection ou performance.
Lors de tests effectués avec une seule connexion 2,5 GbE, les performances séquentielles des RAID 5 et RAID 10 étaient limitées par la bande passante réseau (environ 290 Mo/s). Le RAID 6 présentait des performances d'écriture séquentielles légèrement inférieures en raison du double calcul de parité. Sous des charges de travail mixtes aléatoires, le RAID 10 s'est avéré le plus performant, suivi du RAID 5 et du RAID 6.
Les recommandations sont les suivantes :
Pour une capacité maximale, utilisez le RAID 5, qui offre une efficacité de stockage de 75 % avec une vitesse et une protection raisonnables.
Pour une protection maximale des données, utilisez le RAID 6 ; cependant, cela se fait au détriment de la vitesse et de la capacité en raison de sa tolérance à deux pannes de disque simultanées.
Pour des performances optimales dans des charges de travail mixtes, utilisez le RAID 10, bien que cela implique un compromis entre capacité et protection.
L'évaluation a également exploré les limites de performance du système NAS à 4 baies en utilisant les deux connexions 2,5GbE, surmontant ainsi les limitations de bande passante du réseau.
Les résultats obtenus avec les configurations RAID 5, RAID 6 et RAID 10 ont suivi les mêmes tendances : RAID 5 pour la capacité, RAID 6 pour la protection et RAID 10 pour les charges de travail mixtes. Cependant, le laboratoire a identifié une configuration avancée offrant des performances séquentielles optimales.
Optimisation des performances
: les disques durs offrent des performances optimales en mode séquentiel ; la présence de deux blocs iSCSI dans un même pool de disques durs entraîne des accès fréquents lorsque les deux blocs sont sollicités simultanément. L’utilisation de deux pools RAID 1 distincts permet d’éviter ce problème. Cette configuration, prise en charge par l’AS5404T, prévient les accès fréquents. Le laboratoire a créé un bloc iSCSI par pool et les a connectés via des interfaces 2,5 GbE distinctes.
Avec une configuration RAID 1 à deux disques et deux connexions 2,5 GbE, le système NAS a atteint des vitesses d'écriture séquentielles de 522 Mo/s et des vitesses de lecture séquentielles de 572 Mo/s. Ces performances surpassent celles du RAID 10 et atteignent la bande passante théorique de 2,5 GbE. Si le réseau et l'application prennent en charge plusieurs entités de stockage logiques, cette configuration offre des performances optimales tout en conservant une protection et une efficacité de capacité similaires à celles du RAID 10.
Alimentation et refroidissement :
En mode veille, sans accès au stockage ni à l’interface graphique du NAS, la consommation électrique correspond essentiellement à celle du processeur du NAS, soit 20 W. En pleine utilisation, la consommation électrique se situe entre 50 W et 60 W. Ces deux valeurs sont excellentes et favorisent l’efficacité énergétique et la durabilité.
Le système de refroidissement de l'AS5404T maintient la température interne des disques durs en dessous de 50 °C, même en pleine charge. Bien que la fiabilité à long terme des disques durs puisse se dégrader au-delà de 45 °C, des périodes prolongées d'inactivité ou de veille, à des températures plus basses, contribuent à atténuer cet effet. Toutefois, pour un fonctionnement continu à pleine charge, la température ambiante (externe) ne doit pas dépasser 23 °C afin de garantir que les disques durs restent suffisamment froids pour une fiabilité maximale et un risque de panne minimal.
Conclusion
Le système NAS Asustor AS5404T à 4 baies, équipé de quatre disques durs Toshiba N300, offre une capacité élevée, des performances solides et une protection efficace contre les pannes de disque dur.
Avec un seul port 2,5 GbE, les configurations RAID 5/6/10 saturent le réseau (environ 250 Mo/s). Avec les deux ports, le débit atteint entre 350 et 400 Mo/s. L'utilisation de deux pools RAID 1 permet d'atteindre plus de 500 Mo/s, soit la limite théorique d'une configuration double 2,5 GbE.
La consommation électrique de l'appareil est relativement faible (20 W en mode veille, ~50 W en mode actif) et le refroidissement est efficace, maintenant les températures du disque dur dans les limites recommandées pour une fiabilité à long terme.
Le laboratoire d'innovation HDD de Toshiba est à la disposition des partenaires commerciaux souhaitant réaliser leurs propres tests ou évaluer des configurations.
Auteur : Rainer W. Kaese, directeur principal du développement commercial des disques durs chez Toshiba Electronics Europe GmbH
