La croissance du volume de données n'a jamais été aussi rapide. Les services d'infonuagique, par exemple, sont un secteur où les besoins en stockage vont fortement augmenter au cours des cinq prochaines années. Selon les prévisions de Gartner, le secteur des infrastructures en tant que service devrait dégager un chiffre d'affaires de 24,4 milliards de dollars en 2016, le stockage représentant environ 40 % de ce chiffre (Gartner, Public Cloud Services, Worldwide, 2011-2016, 2Q12 Update, publié le 20 août 2012). D'autres tendances jouent un rôle important dans la croissance des volumes de données, parallèlement aux réseaux sociaux basés sur le NDAS et le cloud, au BYOD (Bring your own devices, ou Apportez votre propre matériel) et aux solutions Big data.
La question la plus importante est la suivante : Que faisons-nous pour préparer notre infrastructure de serveurs et de stockage non seulement à répondre à la demande exponentielle de capacité de stockage, mais aussi pour continuer à fournir des niveaux inégalés en termes de performances, d'évolutivité et de fiabilité ?
Présentation des interfaces
Avec l'explosion des volumes de données au cours de la dernière décennie, la technologie de stockage a été contrainte d'évoluer. Au cours des premières années, l'interface parallèle SCSI a été la technologie privilégiée pour les serveurs de stockage d'entreprise. Cependant, avec l'évolution des réseaux, le concept d'accès aux données à partir de pools partagés de ressources de stockage, généralement appelés réseaux de stockage, a accrédité l'interface Fibre Channel. À cette époque, l'interface parallèle SCSI était omniprésente dans les architectures de serveur et de stockage DAS, tandis que l'interface Fibre Channel prédominait sur les réseaux de stockage.
C'est également à ce moment-là que les interfaces ATA pour PC de bureau et SCSI pour DAS d'entreprise ont été sérialisées. L'introduction des interfaces SATA et SAS fut à l'origine de l'essor du stockage d'entreprise et de bureau. SATA est rapidement devenue l'interface standard, car elle offrait de meilleures performances de traitement client, un câblage plus fin moins encombrant et une meilleure intégrité de signal. Parallèlement, la technologie SAS a rapidement concurrencé l'interface Fibre Channel sur le marché des SAN et DAS d'entreprise, mais une autre nouvelle architecture émergeait déjà (le stockage en réseau NAS et le protocole iSCSI) offrant une meilleure connectivité à un coût inférieur.
Comment expliquer cette évolution ?
Avec la croissance du stockage en réseau NAS et iSCSI, les nombreux câbles Ethernet installés dans des entreprises de toutes tailles ont été exploités pour le stockage. Des solutions de stockage en réseau NAS moins coûteuses ont permis une connectivité fluide avec les clients de groupes de travail et de services, déplaçant ainsi le domaine des centres de traitement des données backend, qui étaient alors exclusivement composés de réseaux de stockage SAN. C'est alors que le disque SATA pour PC de bureau est arrivé dans l'entreprise.
Les disques durs SATA pour PC de bureau étant moins chers, tout comme les contrôleurs SATA, avec l'avantage de pouvoir fonctionner sur un support SAS, ils ont commencé à être utilisés dans les solutions de stockage en réseau NAS et à connexion directe DAS afin de réduire les coûts et d'améliorer la capacité de stockage. Toutefois, cette méthode présentait quelques problèmes. Les disques SATA pour PC de bureau n'étaient pas conçus pour des cycles de fonctionnement 24h/24 et 7j/7, comme l'exige un environnement d'entreprise. Les clients ont constaté des baisses de performances et de fiabilité, comme décrit plus loin. Les coupables : les vibrations rotationnelles. Un nombre trop important de disques durs en fonctionnement continu sur un système entraînait des vibrations de ce dernier, ce qui avait pour effet de réduire le nombre d'entrées/sorties par seconde et la fiabilité. Pourtant, les disques durs pour PC de bureau continuent à proliférer comme solutions de stockage d'entreprise, notamment avec l'avènement du cloud.
Avec l'explosion des volumes de données et les prévisions de croissance à venir, les entreprises ont tendance à rechercher toutes les opportunités possibles pour diminuer les coûts de leurs solutions de stockage. De nombreuses entreprises ont pris pour habitude de choisir le disque dur ayant la plus grande capacité au prix le plus bas possible. Bien souvent, il s'agit d'un produit pour PC de bureau qui n'est pas conçu pour les charges de travail et les cycles de fonctionnement requis en entreprise. Cela peut permettre de réduire les coûts initiaux liés à l'acquisition de capacités de stockage, mais induit tout un ensemble de coûts dissimulés pour le centre de traitement des données.
Entrez dans l'ère des entreprises entièrement SAS
Les tendances technologiques dynamiques mentionnées plus haut ont incité les fabricants de disques durs à développer une nouvelle catégorie de stockage d'entreprise à capacité élevée et faible coût : le Nearline. L'utilisation du stockage Nearline (généralement appelé stockage de niveau 2), du stockage critique pour l'entreprise, milieu de gamme, et même du stockage de masse, prouvent bien que les entreprises s'intéressent principalement au coût par gigaoctet, voire au coût par téraoctet dans les environnements de stockage récents. Le stockage Nearline était la réponse à l'explosion des volumes de données.
Devenue monnaie courante sur le marché des disques hautes performances, la technologie SAS s'apprête à conquérir le marché du stockage secondaire en intégrant des disques Nearline grande capacité. En ce qui concerne l'évolutivité, c'est-à-dire la capacité d'un centre de traitement des données, pour l'entreprise ou pour le cloud, à répondre rapidement à l'augmentation de la demande en termes de performances et de capacité, le SAS est la seule solution éprouvée qui offre à la fois les performances, l'intégrité des données, la fiabilité et la protection des investissements à long terme.
Comment l'entreprise entièrement SAS change l'état d'esprit en matière de stockage ?
Performances : les disques durs d'entreprise doivent conserver des niveaux de performances élevés dans des configurations multidisques où les vibrations sont transmises via l'armoire. Ce phénomène s'appelle la vibration rotationnelle.
Il s'agit d'un type de déformation et de torsion qui se mesure en radians, comme le taux de changement angulaire en secondes. Il s'agit en d'autres termes du mouvement d'accélération angulaire que peut gérer le disque dur.
Les principales sources de vibration rotationnelle sont les suivantes :
- Mouvements d'accès au disque dur
- Présence dans l'armoire d'autres disques durs accédant aux données (par exemple, environnements multidisques)
- Forces externes agissant sur l'armoire
Si les vibrations rotationnelles ne sont pas prises en compte dans la conception du disque, leur force peut pousser la tête hors de la piste, entraînant alors des révolutions ratées et des retards de transfert des données. Les tests effectués sur des disques dépourvus de système de gestion des vibrations rotationnelles ont montré une baisse significative des performances (supérieure à 50 %).
Heureusement, les disques d'entreprise mettent en œuvre depuis plus de 10 ans différentes technologies permettant d'annuler les effets des vibrations rotationnelles. Pour optimiser les environnements multidisques denses, Seagate utilise des capteurs de vibrations rotationnelles ainsi que des capteurs de vibrations linéaires sur ses disques d'entreprise. Ces capteurs permettent au disque de compenser toute vibration émanant du disque lui-même ou de l'extérieur (par exemple, ventilateurs, châssis de mauvaise qualité, etc.) et de poursuivre la lecture et l'écriture des données.
Réduire dès la conception le nombre de vibrations qu'un disque peut lui-même générer est également une bonne idée. Les disques durs d'entreprise haute capacité de Seagate sont conçus à l'aide d'un moteur de rotation fixé sur le capot qui permet d'augmenter la rigidité dans tous les disques utilisant une configuration à 4 disques. Nous avons également optimisé les profils d'accès des disques dans le firmware afin de réduire la torsion émise.
Qu'en est-il de l'utilisation de disques pour PC de bureau dans un environnement d'entreprise ? Le diagramme ci-dessous indique l'impact des performances des disques d'entreprise, de PC de bureau et des disques Nearline à différents niveaux de vibration. Les chiffres de 6, 12, et 21,5 radians/sec^2 représentent respectivement les tolérances spécifiques des disques pour PC de bureau, Nearline et d'entreprise dans le maintien des performances de débit jusqu'à 80 %. Vous remarquerez que lorsque les vibrations rotationnelles dépassent ces tolérances, les performances des disques pour PC de bureau chutent considérablement, alors que les disques d'entreprise maintiennent leurs performances à quasiment 100 % dans toutes les conditions, sauf les plus extrêmes.
Comment les vibrations rotationnelles affectent-elles le fonctionnement des disques durs ?
Les têtes de lecture/d'écriture suivent des pistes concentriques sur le disque. La position de la tête doit rester dans une plage de tolérances acceptable pour que les opérations de lecture et d'écriture puissent avoir lieu. La plage d'écriture acceptable est inférieure à la plage de lecture, ce qui rend les opérations d'écriture plus sensibles aux vibrations que les opérations de lecture.
Si la position d'écriture est hors de la plage de positions acceptables, l'écriture est alors provisoirement arrêtée. Le non-respect de la plage de positions d'écriture est appelé erreur d'écriture. L'écriture reprend lorsque la précision de suivi revient dans la zone autorisée et que l'emplacement d'écriture cible (adresse de bloc logique (LBA)) passe sous la tête d'écriture. Le LBA passe sous la tête d'écriture une fois par tour de disque. Lorsqu'une erreur d'écriture se produit, l'écriture reprend en général au tour de disque suivant. En cas de vibrations très intenses, l'écriture peut être reportée de plusieurs tours. Ces opérations d'écriture/de lecture repoussées sont la base même de la dégradation d'E/S induite par les vibrations.
Résultat : les clients disposant d'applications multidisques ont tout intérêt à atteindre les niveaux de performances indiqués, rendus possibles par l'intégration de disques d'entreprise sur plusieurs niveaux de stockage.
Dans un environnement de stockage par niveaux, les données doivent circuler rapidement non seulement depuis le niveau de stockage 0 et le niveau 1, mais aussi depuis et vers le niveau 2 de stockage dont le coût est inférieur. La capacité à déplacer les données le plus vite possible entre les niveaux de stockage devient essentielle pour répondre aux attentes des clients. Lorsque ces attentes ne sont pas satisfaites, cela entraîne des coûts d'opportunité liés au départ de clients, à la perte de ventes et à la baisse du nombre de clients.
Évolutivité : pour pouvoir répondre à l'augmentation de la demande en termes de données, les entreprises recherchent des solutions capables de leur offrir la meilleure évolutivité possible. Il est essentiel de pouvoir développer rapidement la capacité de stockage en réseau tout en maîtrisant les coûts, et ce en assurant la continuité des contrats de niveau de service, dans un monde où les données se comptent en téraoctets, pétaoctets et même exaoctets.
Le passage aux réseaux de stockage rend également nécessaire la vérification plus approfondie des erreurs. Récupérer les données directement d'une carte mère à un disque à connexion directe est une chose. Obtenir ces mêmes informations via plusieurs points de commutation, dans un même rack de serveurs ou à travers un pays, en est une autre. Chaque point nécessitant un changement d'adresse peut constituer un risque d'erreur. Les disques pour PC de bureau utilisent une vérification basique des erreurs, mais rien dans le disque n'indique qu'un contrôle doit être effectué pour garantir la correspondance des informations reçues avec celles envoyées. Si un bit est perdu pendant le transit, le disque dur pour PC de bureau enregistre l'erreur et rien d'autre ne se passe. Un disque dur SAS Nearline utilise des méthodes avancées, similaires à celles des mémoires de serveur dotées d'un code de correction des erreurs, ainsi que des métadonnées intégrées au flux d'informations afin d'identifier et de réparer les erreurs de non-correspondance des données.
Le repérage et la correction des erreurs prennent plus d'importance si le SAS évolue vers une implémentation plus large que la configuration habituelle comportant deux à quatre disques. Comme vous le savez, la plupart des cartes mères ne peuvent accueillir que quatre à huit périphériques SATA. Mais contrairement aux périphériques SATA, les périphériques SAS fonctionnent à l'intérieur d'un domaine, comme un réseau d'entreprise conventionnel. Comme pour les réseaux, vous avez la possibilité d'utiliser divers types de commutateurs SAS (généralement appelés expandeurs) pour regrouper des périphériques au sein d'un domaine. Il est possible d'installer 128 périphériques sur un expandeur Edge et 128 expandeurs Edge par expandeur Fan-out. Le domaine SAS peut donc contenir 16 384 périphériques.
Bien sûr, la plupart des utilisateurs ont peu de chances d'atteindre de tels volumes. Toutefois, au niveau du montage en rack, il n'est pas rare d'avoir besoin d'une solution de stockage contenant des dizaines de disques, voire des centaines. C'est là que l'architecturale du SAS montre tout son potentiel en termes de rapidité d'évolution.
Fiabilité : comme indiqué plus haut, le manque de fiabilité des disques provient en général d'un mauvais choix concernant le type de périphérique de stockage destiné au système ou à la charge de travail spécifique de l'entreprise. Les disques durs, périphériques mécaniques, sont conçus avec des caractéristiques particulières et des composants adaptés à des charges de travail données. Un disque d'entreprise comporte d'autres caractéristiques et fonctionnalités qui lui permettent de lire et d'écrire des données de manière fiable dans un environnement de centre de traitement des données plus tendu ayant des cycles ininterrompus.
Par exemple, les disques SAS permettent de réduire les taux de pannes du système de stockage par réduction du nombre d'interconnexions physiques et ajout d'une fonction double port. Bien que les professionnels informatiques puissent être réticents à déployer des systèmes de stockage pouvant entraîner une interruption de service, le disque SAS d'entreprise est conçu pour permettre une intégration sans interruption dans des infrastructures SAS qui prennent actuellement en charge le stockage critique de niveau 1. La prise en charge de nombreuses connexions hôtes permet aux disques SAS d'éviter tout risque de défaillance en un seul point qui caractérise les disques SATA. En évitant en outre le recours à une carte d'interposition SATA, les disques SAS permettent également de réduire le nombre total de composants au sein des systèmes, un élément clé pour une fiabilité optimale.
Les vibrations rotationnelles, comme indiqué dans la section Performances, affectent manifestement la fiabilité des disques, ainsi que les performances dans les environnements multidisques. Toutefois, pour la conception des disques d'entreprise, ce type de vibrations est pris en compte. Ces disques comportent donc des capteurs de vibrations rotationnelles afin de fournir un retour permettant de contrer les vibrations mécaniques, à la fois linéaires et rotationnelles. Les actionneurs à deux étapes qui offrent une bande passante plus importante réservée à l'immunisation contre des vibrations rotationnelles et les moteurs à arbre fixe qui apportent une stabilité mécanique accrue sont d'autres exemples de technologies intégrées dans les disques d'entreprise mais qui ne sont pas considérées comme nécessaires sur les disques pour PC de bureau. L'utilisation de disques d'entreprise offre de nombreux avantages concrets tout au long de la vie du disque, ou plutôt sur le temps moyen entre deux pannes qui est bien plus long avec les disques d'entreprise, avec notamment une intégration plus simple, un taux d'erreurs irréparables plus faibles, une vitesse optimisée, un test de fabrication plus complet, et surtout, des remplacements de disques moins fréquents pour un meilleur retour sur investissement.
Points clés
Pour résumer :
- Les besoins en stockage continuent de croître de manière exponentielle sans aucun ralentissement en vue.
- Les disques pour PC de bureau ne sont pas conçus pour les environnements multidisques ni les centres de traitement des données qui, en tant que disques de première ligne, doivent offrir des performances, une évolutivité et une fiabilité à toute épreuve.
- Tous les centres de traitement des données et les infrastructures ne sont pas identiques et la capacité d'exécution d'un environnement quel qu'il soit dépend des besoins liés aux applications critiques.
- Nous recommandons aux organisations qui souhaitent acheter ou louer un système de stockage fiable et durable de rechercher les disques d'entreprise hautes performances (SAS Nearline) qui répondent le mieux à leurs besoins.
Nous avons évoqué ici certaines différences technologiques réelles entre les disques pour PC de bureau (SATA) et les disques d'entreprise (SAS), mais vous pouvez bien sûr obtenir plus d'informations concernant les capacités et les différences entre ces deux types de disques. Pour ce faire, reportez-vous à la section Données techniques.
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