Configuration RAID NVMe et configuration RAID NVMe over Fabrics (meilleur RAID pour NVMeoF)

Découvrez comment configurer le RAID pour NVMe over Fabrics (NVMe-oF) afin d'optimiser les performances et la fiabilité du stockage. Ce guide vous explique étape par étape comment configurer le RAID NVMe afin d'améliorer vos capacités de traitement des données en termes de vitesse et d'efficacité.

Comment NVMe-oF change les exigences RAID

L'intégration de NVMe over Fabrics (NVMe-oF) dans l'écosystème de stockage change complètement la façon dont on aborde les configurations RAID. En étendant la vitesse incroyable et la faible latence de NVMe à des structures comme Ethernet ou Fibre Channel, NVMe-oF permet un stockage en réseau qui rivalise avec les modèles de stockage traditionnels à connexion directe, et les dépasse souvent.

Que se passe-t-il lorsque le RAID rencontre le NVMe connecté au réseau ?

Quand le RAID est combiné avec le NVMe connecté au réseau, plusieurs changements importants se produisent :

• Changement de paradigme en matière de performances : NVMe-oF offre des taux de transfert de données élevés avec des latences minimales sur les réseaux. Les niveaux RAID traditionnels, qui étaient optimisés pour les disques mécaniques avec des temps d'accès plus lents, doivent s'adapter pour exploiter tout le potentiel de ces vitesses. Cela implique souvent de revoir les configurations RAID pour éviter de devenir un goulot d'étranglement en termes de performances.
• Évolutivité et flexibilité : NVMe-oF permet des solutions de stockage qui ne sont pas limitées par l'emplacement physique. Les configurations RAID peuvent désormais s'étendre sur des baies de stockage réparties géographiquement, offrant des niveaux de flexibilité et d'évolutivité sans précédent.

Latence, profondeur de file d'attente et impact sur le transport de la structure

• Latence : la latence ultra-faible de NVMe-oF permet de lire et d'écrire des données à des vitesses auparavant inaccessibles. Les configurations RAID doivent être ajustées, car toute latence supplémentaire provenant de la logique RAID peut avoir un impact significatif sur les performances globales. Des techniques telles que le striping (RAID 0) ou l'utilisation de couches de mise en cache basées sur NVMe peuvent aider à maintenir cet environnement à faible latence.
• Profondeur de la file d'attente : la capacité du NVMe à gérer de gros volumes d'opérations d'E/S en parallèle (une profondeur de file d'attente élevée) est bien plus grande que celle des interfaces traditionnelles. Les implémentations RAID doivent être conçues pour gérer des profondeurs de file d'attente accrues afin de tirer parti des atouts du NVMe, sans être compromises par la surcharge du RAID.
• Transport Fabric : le type de protocole de transport Fabric utilisé (comme RDMA, Fibre Channel ou TCP) affecte aussi les performances des configurations RAID. Ces protocoles peuvent introduire une latence supplémentaire ou nécessiter des stratégies de configuration spécifiques pour atteindre des performances optimales. Des solutions comme RDMA offrent des vitesses d'accès à la mémoire quasi directes, ce qui rend nécessaire des configurations RAID hautement efficaces.

Pourquoi la logique RAID traditionnelle a du mal à suivre les vitesses NVMe

Les architectures RAID traditionnelles sont souvent gênées par les exigences de débit élevé du NVMe :

• Goulots d'étranglement en termes de débit : les mécanismes conçus pour optimiser les limites de la technologie HDD, comme la vérification approfondie des erreurs, le calcul de parité et les algorithmes de reconstruction, peuvent devenir des goulots d'étranglement lorsque les données sont accessibles aussi rapidement.
• Limites matérielles : les anciens contrôleurs RAID peuvent ne pas être équipés pour gérer les débits de données des disques NVMe, ce qui entraîne des performances sous-optimales. Il est donc essentiel de passer à des contrôleurs RAID modernes optimisés pour NVMe.
• Adaptations logicielles : la couche logicielle du RAID doit être adaptée ou remplacée par de nouveaux algorithmes et une nouvelle logique qui correspondent aux avantages du NVMe. Ça inclut l'utilisation de fonctionnalités comme le multithreading et des stratégies de mise en cache avancées pour s'assurer que la logique RAID elle-même ne nuit pas aux performances.

Principes fondamentaux du RAID avec NVMe-oF

Alors que NVMe over Fabrics (NVMe-oF) change le paysage du stockage, il est super important de comprendre les principes de base du RAID dans ce contexte pour optimiser les performances et la fiabilité.

Compromis entre débit et latence dans les structures NVMe

Dans le monde NVMe-oF, le débit et la latence sont des éléments super importants qui demandent souvent des compromis :

• Débit : c'est le volume total de données qu'on peut traiter dans un laps de temps donné. NVMe-oF optimise le débit en permettant plusieurs requêtes en parallèle, mais la configuration RAID doit être optimisée pour gérer ça sans créer de goulots d'étranglement.
• Latence : c'est le temps nécessaire pour traiter une seule requête de données. NVMe-oF est conçu pour minimiser la latence, mais les fonctions RAID comme le calcul de parité ou la reconstruction peuvent l'augmenter. Pour équilibrer ces facteurs, il faut choisir des niveaux RAID qui correspondent aux besoins spécifiques des applications : un débit plus élevé peut impliquer l'utilisation d'un plus grand nombre de disques ou se concentrer sur des niveaux RAID comme RAID 0, tandis qu'une latence minimale peut être obtenue grâce à des configurations à faible surcharge.

Modèles de redondance locale ou distribuée

La fonction principale du RAID comprend la redondance des données :

• Redondance locale : les configurations RAID traditionnelles qui utilisent des disques au sein d'un seul serveur ou d'une seule baie de stockage peuvent offrir une vitesse élevée grâce à leur proximité, mais elles manquent de scalabilité.
• Redondance distribuée : avec NVMe-oF, les modèles RAID peuvent utiliser la redondance distribuée sur les ressources NVMe en réseau. Ça permet une haute disponibilité et une protection des données sur plusieurs sites, ce qui permet d'améliorer à la fois la résilience et les performances grâce à des stratégies comme la parité distribuée ou le codage d'effacement.

Emplacement du contrôleur : couche hôte, couche cible ou couche SDS

L'emplacement du contrôleur RAID a un impact sur les performances et la flexibilité :

• Basé sur l'hôte : le traitement RAID se fait au niveau de l'hôte, ce qui permet un accès direct et à faible latence aux disques. Ce modèle est efficace pour le stockage local, mais peut entraîner une surcharge lors de la gestion des ressources en réseau.
• Basé sur la cible : les fonctions RAID sont gérées par la cible de stockage, ce qui centralise la logique RAID et libère les ressources de l'hôte. Ce modèle est efficace pour de nombreux clients, mais peut nécessiter des systèmes puissants pour gérer une charge de travail accrue.
• Couche de stockage défini par logiciel (SDS) : utilise une approche plus flexible en intégrant la gestion RAID dans une plateforme SDS globale. Ça permet une allocation dynamique et évolutive des ressources et des fonctionnalités de gestion avancées, en phase avec l'infrastructure cloud.

Types de structure : RDMA, TCP, RoCE et leur impact sur la conception RAID

Le choix de la structure a un impact important sur la conception RAID :

• RDMA (Remote Direct Memory Access) : offre un accès à faible latence et haut débit, mais nécessite un matériel spécifique et une gestion attentive de la logique RAID pour éviter les retards liés à la surcharge.
• TCP (Transmission Control Protocol) : offre une large compatibilité et une mise en œuvre facile, au prix d'une latence légèrement plus élevée par rapport à des protocoles plus spécialisés. Les stratégies RAID peuvent se concentrer sur l'optimisation de la volatilité et de la cohérence plutôt que sur la vitesse pure.
• RoCE (RDMA over Converged Ethernet) : combine les avantages du RDMA avec l'utilisation répandue de l'Ethernet, offrant une option équilibrée lors de la conception de configurations RAID qui doivent être à la fois performantes et largement déployables.

Meilleur RAID pour NVMe-oF (section de requête principale)

Quand on intègre le RAID à NVMe over Fabrics (NVMe-oF), il est super important de choisir le bon niveau RAID. Les différentes configurations RAID offrent des avantages et des défis variés, selon le cas d'utilisation spécifique et les exigences de performance.

RAID 10 — La référence en matière de performances pour NVMe-oF

Le RAID 10 combine les avantages du striping (RAID 0) et du mirroring (RAID 1), ce qui en fait un excellent choix pour les environnements NVMe-oF :

• Parallélisme élevé : le RAID 10 permet d'accéder en même temps à plusieurs disques, ce qui donne un débit de données élevé, ce qui est une caractéristique du NVMe-oF.
• Latence prévisible : en minimisant la charge de calcul associée aux calculs de parité, le RAID 10 offre une latence faible et constante, ce qui correspond parfaitement aux capacités du NVMe-oF.
• Reconstructions stables sur toutes les structures : la mise en miroir du RAID 10 garantit des reconstructions simples et plus prévisibles, même sur des réseaux complexes.

RAID 1 — Pour les volumes de bas niveau sensibles à la latence

Le RAID 1, ou mise en miroir, est super adapté aux situations où une faible latence et la redondance sont super importantes :

• Idéal pour le stockage de métadonnées ou de journaux : le RAID 1 est parfait pour stocker des données critiques telles que des métadonnées ou des journaux de transactions, où la vitesse et la fiabilité sont cruciales.
• Surcoût minimal : sans calcul de parité, le RAID 1 offre le surcoût le plus faible, ce qui le rend idéal pour les applications sensibles à la latence.

RAID 5 — Utilisation limitée dans NVMe-oF

Le RAID 5 utilise le striping avec parité, ce qui pose plusieurs défis dans les environnements NVMe-oF à haute vitesse :

• Pénalité de parité amplifiée aux vitesses NVMe : la nécessité de calculer et de stocker les données de parité a un impact significatif sur les performances, d'autant plus aux vitesses élevées du NVMe.
• Charge CPU élevée pour la reconstruction : la reconstruction des données implique un traitement CPU intensif, ce qui limite encore plus la praticité du RAID 5 dans les configurations NVMe-oF.

RAID 6 — Rarement viable pour le NVMe connecté à la structure

Le RAID 6 ajoute un niveau de parité supplémentaire pour une protection accrue, mais ça a un coût élevé :

• Coût de parité double + longues fenêtres de reconstruction : la parité supplémentaire augmente non seulement la surcharge d'écriture, mais prolonge également les temps de reconstruction, ce qui peut être particulièrement difficile sur les fabrics. Cela fait du RAID 6 un choix rare pour les déploiements NVMe-oF.

Configuration RAID NVMe Over Fabrics (section principale)

La configuration du RAID dans un environnement NVMe over Fabrics (NVMe-oF) implique plusieurs considérations clés, notamment en matière de mappage, de mise en commun, de redondance et de gestion des chemins d'accès.

Mappage des espaces de noms NVMe sur les fabrics

Le mappage efficace des espaces de noms NVMe sur les structures réseau garantit une utilisation et une accessibilité optimales :

• Coordination des espaces de noms : en alignant les espaces de noms NVMe sur l'architecture de la structure, vous pouvez garantir un accès et une gestion transparents des données. Cela implique de configurer le réseau NVMe-oF pour qu'il reconnaisse et distribue correctement les espaces de noms, ce qui permet une utilisation efficace du stockage et une évolutivité.

Création de groupes RAID virtuels pour les pools NVMe distribués

Les groupes RAID virtuels permettent une organisation et une gestion efficaces des ressources NVMe distribuées :

• Organisation du stockage distribué : créer des groupes RAID virtuels sur plusieurs pools NVMe permet une utilisation flexible et efficace des ressources. Cette configuration permet de répartir les données sur différents emplacements physiques, ce qui améliore la redondance et le parallélisme.
• Allocation des ressources : la virtualisation des groupes RAID aide à allouer le stockage en fonction des besoins des applications, garantissant ainsi que les exigences en matière de performances et de redondance sont satisfaites tout en exploitant les capacités haut débit du NVMe.

Équilibrer la redondance entre les cibles et les chemins

Il est super important d'assurer la redondance des données entre les différents chemins réseau et cibles de stockage pour garantir la fiabilité :

• Redondance entre les cibles : mettre en place des stratégies de redondance qui prennent en compte plusieurs cibles de stockage garantit la disponibilité des données même en cas de défaillance d'une cible. Ça implique de concevoir des mécanismes de redondance pour couvrir tous les points de défaillance potentiels au sein de la structure du réseau.
• Redondance des chemins : le fait de disposer de plusieurs chemins vers chaque cible de stockage réduit le risque de perturbations de l'accès aux données causées par des problèmes de réseau, en équilibrant la charge et en maintenant la cohérence du flux de données dans tout le système.

Intégrer le multipathing dans la conception RAID

L'intégration de stratégies de multipathing est cruciale pour optimiser l'accès aux données et la tolérance aux pannes :

• Efficacité améliorée des chemins d'accès aux données : le multipathing permet d'avoir plusieurs chemins d'accès aux données entre le stockage et les clients, ce qui assure l'équilibrage de la charge et une tolérance aux pannes accrue. Quand il est intégré à la conception RAID, il améliore la résilience du système face aux pannes ou à la congestion des chemins d'accès.
• Basculement et récupération : mettre en place des techniques de chemins multiples dans les configurations RAID garantit des capacités de basculement automatique, ce qui réduit les temps d'arrêt et assure un accès continu aux données même si un chemin n'est plus disponible.

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RAID pour le stockage NVMe Over Fabrics

Choisir la bonne configuration RAID pour le stockage NVMe over Fabrics (NVMe-oF) est super important pour répondre aux besoins spécifiques de la charge de travail tout en optimisant les performances et l'efficacité.

Charges de travail à IOPS élevées

Ces charges de travail tirent parti des configurations RAID capables de gérer rapidement de nombreuses opérations de lecture et d'écriture :

• Bases de données : avec leurs besoins importants en lecture/écriture, les bases de données fonctionnent super bien avec des configurations RAID comme RAID 10, qui offre des performances d'E/S élevées et une redondance cruciale pour l'intégrité des données.
• Moteurs d'analyse : le besoin de traitement rapide des données dans les moteurs d'analyse fait de l'IOPS élevé une priorité, soutenue par des configurations RAID qui se résument à la vitesse et à la fiabilité.
• Trading à haute fréquence : avec des vitesses de transaction ultra-rapides, les systèmes de trading à haute fréquence ont besoin de solutions RAID qui minimisent la latence, comme RAID 1 ou 10, pour garantir la cohérence des données et un accès rapide.

Charges de travail à haut débit

Ces scénarios nécessitent des configurations RAID optimisées pour traiter de grandes quantités de données transitant par le système :

• Traitement multimédia : les fichiers multimédias ont souvent besoin d'un débit soutenu que les configurations RAID comme RAID 0 peuvent fournir, ce qui les rend adaptées aux données non critiques où la redondance n'est pas la principale préoccupation.
• Formation en IA : les charges de travail liées à l'IA bénéficient de configurations RAID qui optimisent le flux de données pour un débit élevé, comme RAID 5 ou 6, en équilibrant l'efficacité du stockage et la protection des données malgré la surcharge liée à la parité.
• Calcul scientifique : dans ce domaine, les configurations RAID privilégient le débit pour gérer des ensembles de données massifs, en visant des solutions comme le RAID 0 qui maximisent la vitesse plutôt que la redondance dans certains cas.

Quand éviter complètement le RAID

Dans certaines situations et architectures, il peut être plus avantageux de contourner le RAID au profit d'autres stratégies de gestion des données :

• Nœuds de traitement sans état : quand les nœuds ne dépendent pas d'un stockage persistant, l'utilisation du RAID peut être inutile. Les architectures sans état se concentrent sur les performances et le déploiement rapide sans la redondance offerte par le RAID.
• Niveaux de mise en cache : comme les caches stockent des données transitoires, les avantages de la redondance du RAID sont souvent superflus ici. Au lieu de ça, maximiser la vitesse de réponse est plus important que l'intégrité des données.
• Architectures axées sur la réplication : dans les environnements où les données sont continuellement répliquées entre les systèmes à des fins de redondance, l'utilisation du RAID peut être superflue. Les conceptions natives du cloud privilégient souvent la réplication par rapport aux méthodes de redondance traditionnelles telles que le RAID.

RAID Recovery dans les environnements NVMe-oF

RAID Recovery dans les environnements NVMe over Fabrics (NVMe-oF) présente des défis et des opportunités uniques en raison des modèles de défaillance et de l'architecture distincts.

Modèles de défaillance propres à NVMe-oF

Les configurations RAID dans les environnements NVMe-oF peuvent rencontrer des modes de défaillance spécifiques :

• Perte d'espace de noms : la perte ou la corruption des espaces de noms NVMe peut se produire en raison de divers problèmes réseau ou matériels, affectant l'accès aux données.
• Instabilité des chemins d'accès : les fluctuations des chemins d'accès réseau peuvent entraîner des incohérences dans le flux de données, provoquant des perturbations et des problèmes d'accès potentiels.
• Désynchronisation multi-cibles : lorsque les données sont réparties sur plusieurs cibles de stockage, des problèmes de synchronisation peuvent survenir, entraînant des états de données incohérents et des difficultés de récupération.

Quand utiliser DiskInternals RAID Recovery™

DiskInternals RAID Recovery™ propose des solutions spécialisées pour la récupération RAID dans les configurations NVMe-oF :

• Métadonnées RAID corrompues sur les nœuds NVMe : si les métadonnées RAID sont corrompues, l'outil peut aider à récupérer et à rétablir l'intégrité des données sur les nœuds concernés.
• Échecs de reconstruction sur les nœuds de la structure : des échecs de reconstruction peuvent se produire en raison de la nature réseau de NVMe-oF. DiskInternals RAID Recovery™ aide à résoudre ces échecs en reconstruisant les données avec précision.
• Suppression accidentelle d'espaces de noms : la suppression involontaire d'espaces de noms peut entraîner une perte de données. L'outil fournit des mécanismes permettant de récupérer efficacement ces espaces de noms.
• Prise en charge des topologies RAID 0/1/10/5/6 et hybrides : DiskInternals RAID Recovery™ est compatible avec un large éventail de configurations RAID et de configurations hybrides, ce qui garantit une application polyvalente dans divers environnements.

En savoir plus :

• Qu'est-ce qu'un disque dur RAID ?
• Configurer des disques RAID
• Logiciel de restauration RAID
• Récupérer une matrice RAID