Disques durs, SSD et RAID : choisir le matériel d'un NAS

Un NAS vaut ce que valent ses disques. Choisir le matériel, c'est choisir des disques durs (HDD) ou des SSD selon le besoin de capacité et de performance, un contrôleur qui laisse le système voir chaque disque, et une organisation redondante, le RAID, qui permet de survivre à une panne. Ce chapitre compare les types de disques, explique les pièges à éviter, rappelle les niveaux de RAID et montre pourquoi la reconstruction d'un volume est un moment risqué.

Disque dur, SSD SATA, SSD NVMe

Ces ordres de grandeur suffisent pour raisonner. Le disque dur a une tête de lecture qui se déplace sur des plateaux en rotation : il lit bien les gros fichiers d'une traite, mais chaque accès dispersé lui coûte un déplacement de tête de plusieurs millisecondes, d'où ses 100 à 200 IOPS. Le SSD n'a aucune pièce mobile : il encaisse des milliers d'accès dispersés. D'où la règle générale : disques durs pour la capacité (archives, partages, sauvegardes), SSD pour les IOPS (disques de VM, bases de données).

Un SSD s'use à l'écriture : sa fiche technique donne une endurance en TBW (téraoctets écrits) ou en DWPD (drive writes per day, nombre d'écritures complètes par jour pendant la garantie). Un SSD d'entreprise à 1 DWPD de 1,92 To supporte l'écriture de 1,92 To par jour pendant cinq ans ; un SSD grand public s'use bien plus vite sous la charge d'un hyperviseur.

Les disques à éviter dans un NAS

Les disques SMR. Un disque dur peut enregistrer ses pistes de deux façons. En CMR (Conventional Magnetic Recording), les pistes sont côte à côte. En SMR (Shingled Magnetic Recording), elles se chevauchent comme des tuiles, ce qui augmente la densité, mais réécrire une piste oblige à réécrire ses voisines. Un disque SMR devient très lent en écriture soutenue, et surtout pendant une reconstruction, quand il doit écrire des téraoctets d'affilée. La documentation de TrueNAS déconseille les disques SMR gérés par le disque (DM-SMR) et ne prend pas en charge ceux gérés par l'hôte (HM-SMR). Vérifie la fiche technique : certaines gammes « NAS » d'entrée de gamme ont été vendues en SMR sans que ce soit indiqué clairement, ce qui a fait scandale en 2020.

Les disques grand public. Un disque de bureau n'est pas conçu pour fonctionner 24 h sur 24 au milieu d'autres disques qui vibrent. Les gammes NAS ou entreprise (CMR, prévues pour un fonctionnement permanent, garanties trois à cinq ans) coûtent un peu plus et durent plus longtemps.

Les disques tous du même lot. Des disques achetés ensemble, fabriqués le même jour, vieillissent ensemble. Dans les grands parcs, on mélange les lots, ou on achète une partie des disques chez un autre fournisseur, pour que deux disques n'aient pas la même date de fin de vie.

Le taux d'erreur de lecture irrécupérable

Tout disque dur annonce un taux d'erreur de lecture irrécupérable (URE, unrecoverable read error) : en moyenne une erreur pour 10¹⁴ bits lus sur un disque de bureau, une pour 10¹⁵ bits sur un disque NAS ou entreprise. 10¹⁴ bits, c'est seulement 12,5 To : à l'échelle des disques actuels, lire un disque plein une ou deux fois suffit à rencontrer, en moyenne, une erreur. Tant que le volume a de la redondance, cette erreur se corrige toute seule. Pendant une reconstruction sans redondance restante, elle signifie des données perdues. Le calcul est fait plus bas.

Contrôleur HBA ou carte RAID ?

Les disques se branchent sur un contrôleur : les ports SATA de la carte mère, ou une carte d'extension SAS. Deux sortes de cartes existent.

• Une carte RAID matérielle regroupe elle-même les disques et ne présente au système qu'un seul disque virtuel. Le système ne voit plus les disques réels, ni leur numéro de série, ni leurs informations SMART.
• Une carte HBA (Host Bus Adapter) ne fait que relier les disques : le système voit chacun d'eux. Les cartes Broadcom (ex-LSI) flashées avec le micrologiciel « IT » (Initiator Target) sont les plus courantes.

ZFS doit voir chaque disque pour détecter et corriger les erreurs. La documentation de TrueNAS est claire : utilise un HBA, ou une carte RAID en mode HBA (ou passthrough, ou JBOD) ; n'utilise pas sa fonction RAID. Une carte RAID cache les numéros de série et les données SMART, et son cache d'écriture peut perdre des données si sa batterie est morte.

Les niveaux de RAID, en rappel

Le RAID (Redundant Array of Independent Disks) combine plusieurs disques pour gagner en capacité, en performance ou en tolérance de panne. Le cours Haute disponibilité détaille son fonctionnement et ses calculs ; voici ce qu'il faut avoir en tête pour un NAS, avec n disques de capacité C.

Avec des disques de tailles différentes, chaque disque compte pour la taille du plus petit. ZFS a ses propres équivalents (chapitre 3) : le miroir (RAID 1), le RAIDZ1 (proche du RAID 5), le RAIDZ2 (proche du RAID 6), le RAIDZ3 (trois parités) et plusieurs miroirs dans un même pool (proche du RAID 10).

La reconstruction, le moment dangereux

Quand un disque meurt, le volume continue de fonctionner en mode dégradé. On remplace le disque, et le système reconstruit son contenu à partir des autres disques (rebuild ; chez ZFS, resilver). Pendant la reconstruction :

• tous les disques restants sont lus intégralement, ce qui les fatigue au moment où ils sont aussi âgés que celui qui vient de mourir ;
• en RAID 5 ou RAIDZ1, il n'y a plus aucune redondance : une seconde panne ou une erreur de lecture irrécupérable fait perdre des données ;
• la durée se compte en heures, voire en jours : un disque de 8 To réécrit à 150 Mo/s demande déjà 8 × 10¹² ÷ (150 × 10⁶) ≈ 53 333 s, soit 14,8 heures, dans le meilleur des cas, sans activité des utilisateurs.

Le calcul qui fait choisir la double parité. Six disques de 8 To en RAIDZ1 : un disque meurt, la reconstruction doit lire les cinq autres, soit 40 To = 3,2 × 10¹⁴ bits. Avec des disques à une erreur pour 10¹⁴ bits, on attend en moyenne 3,2 erreurs pendant la reconstruction : la probabilité d'en rencontrer au moins une dépasse 95 %. Avec des disques à une erreur pour 10¹⁵ bits, on attend 0,32 erreur, soit environ 27 % de risque d'en rencontrer au moins une. ZFS limite les dégâts, car il sait exactement quel fichier est touché et le signale au lieu d'abandonner tout le volume, mais ce fichier est perdu. Avec deux parités (RAIDZ2), une erreur de lecture pendant la reconstruction se corrige grâce à la seconde parité.

Le matériel de srv-nas

Antoine Mercier valide cette configuration pour srv-nas :

Exercices

Exercice 1 sur 4 HDD ou SSD ? Réussi À revoir

Pour chaque usage, choisis entre disques durs et SSD, et justifie avec la bonne mesure de performance.

1. Les archives PDF des bons de livraison, consultées quelques dizaines de fois par jour.
2. Les disques de quinze machines virtuelles, dont un serveur de base de données.
3. Les sauvegardes nocturnes des VM, écrites en flux continu.

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1. Disques durs : le besoin est la capacité (plusieurs téraoctets), les accès sont rares et séquentiels.
2. SSD : quinze VM et une base de données produisent beaucoup d'accès aléatoires ; il faut des IOPS et une faible latence, que seuls les SSD offrent.
3. Disques durs : une sauvegarde s'écrit en flux séquentiel, où le débit des disques durs suffit, et le volume est important.

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Exercice 2 sur 4 Capacité et tolérance de panne Réussi À revoir

Tu disposes de six disques de 4 To. Pour chaque organisation, donne la capacité utile en To et le nombre de pannes de disque supportées : RAID 0, RAID 5, RAID 6, RAID 10.

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Niveau	Capacité utile	Pannes supportées
RAID 0	6 × 4 = 24 To	0 : une panne détruit tout
RAID 5	(6 − 1) × 4 = 20 To	1
RAID 6	(6 − 2) × 4 = 16 To	2, n'importe lesquels
RAID 10	6 ÷ 2 × 4 = 12 To	1 à coup sûr, jusqu'à 3 si chaque panne touche un miroir différent

En RAID 10, perdre les deux disques d'un même miroir détruit le volume : on ne peut donc garantir qu'une panne, même si trois pannes « bien réparties » passent.

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Exercice 3 sur 4 La carte RAID du stagiaire Réussi À revoir

Un stagiaire a installé TrueNAS sur un serveur dont la carte RAID présente un seul disque virtuel de 24 To (RAID 5 matériel sur quatre disques de 8 To). Le pool ZFS fonctionne. Explique deux problèmes de cette installation et ce qu'il faut faire.

Voir la réponseMasquer la réponse de l'exercice 3

1. ZFS ne peut plus corriger les erreurs : il voit un seul disque, sans redondance de son point de vue. Il détecte un bloc corrompu grâce à ses sommes de contrôle, mais n'a pas de seconde copie pour le réparer.
2. La surveillance des disques est aveugle : la carte cache les numéros de série et les informations SMART des disques réels ; TrueNAS ne voit pas qu'un disque s'abîme. S'y ajoute le risque du cache d'écriture de la carte si sa batterie est usée.

Il faut passer la carte en mode HBA (ou JBOD, ou passthrough) si elle le permet, sinon la remplacer par un HBA en mode IT, puis recréer le pool en RAIDZ (après avoir copié les données ailleurs, car le changement efface la configuration).

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Exercice 4 sur 4 Durée de reconstruction Réussi À revoir

Un pool en RAIDZ1 de quatre disques de 4 To perd un disque. La reconstruction écrit le nouveau disque à 200 Mo/s en moyenne.

1. Combien de temps dure-t-elle au mieux, si tout le disque doit être réécrit ?
2. Quel volume de données faut-il lire sur les disques restants ? Avec des disques à une erreur pour 10¹⁴ bits, combien d'erreurs irrécupérables attend-on en moyenne ?
3. Que conseilles-tu ?

Voir la réponseMasquer la réponse de l'exercice 4

1. 4 × 10¹² ÷ (200 × 10⁶) = 20 000 s ≈ 5 h 33 min (5,56 h). En pratique, ZFS ne reconstruit que les blocs occupés, mais l'activité des utilisateurs ralentit l'opération.
2. Les trois disques restants : 3 × 4 = 12 To = 9,6 × 10¹³ bits. Erreurs attendues : 9,6 × 10¹³ × 10⁻¹⁴ = 0,96, soit environ 62 % de risque d'en rencontrer au moins une (1 − e^−0,96).
3. Passer en RAIDZ2 (ou en miroirs) et choisir des disques NAS à une erreur pour 10¹⁵ bits ; garder un disque de rechange pour lancer la reconstruction sans attendre. Et, quoi qu'il arrive, avoir une sauvegarde : la redondance ne remplace pas la copie.

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