5.3 Implementeer Storage Spaces Direct

Storage Spaces Direct (S2D) is de volgende stap in de evolutie van software-defined opslagtechnologie die voor het eerst op servers verscheen als opslagruimten in Windows Server 2012. Storage Spaces maakt het mogelijk om pools te creëren die de ruimte uit meerdere

fysieke schijfstations bevatten en er vervolgens virtuele schijven uit de gepoolde opslag van maakt, ongeacht de fysieke schijfgrenzen. Storage Spaces Direct biedt hetzelfde type services in een geclusterde omgeving, waardoor het mogelijk wordt om gedeelde opslagpools te maken met behulp van de standaard lokale SAS-, SATA- of NVMe-schijven in de clusterknooppunten. Voor de eerste keer is is het niet nodig om dure externe opslagarrays aan te schaffen om een failover-cluster te implementeren.

5.3.1 Bepaal scenariovereisten voor het implementeren van Storage Spaces Direct

Storage Spaces Direct biedt veel van dezelfde voordelen als Storage Spaces, zoals data redundantie en gelaagde opslag, en doet dit met behulp van software door gebruik te maken van standaard schijven en gemeenschappelijke netwerkcomponenten. Dit wil echter niet zeggen dat S2D geen speciale vereisten heeft. In de volgende secties worden enkele van de factoren uitgelegd waarmee u rekening moet houden, voordat u een S2D-cluster implementeert.

Opmerking Beschikbaarheid van Storage Spaces Direct

Storage Spaces Direct is alleen opgenomen in de Datacenter-editie van Windows Server 2016, niet de Standard-editie. U kunt S2D gebruiken op een Datacenter server met behulp van een van de installatie-opties, inclusief Server Core en Nano Server, evenals de volledige desktopervaring.

5.3.1.1 Servers

Een Storage Spaces Direct-cluster kan uit maar liefst 16 knooppunten bestaan, met maximaal 400 schijven. Ondanks het vermogen van S2D om te functioneren met standaard componenten, moeten de servers in het cluster in staat zijn om grote aantallen schijven en meerdere netwerkinterfaces te ondersteunen.

5.3.1.2 Disk drives

De aanbevolen schijfconfiguratie voor een knooppunt in een S2D-cluster is minimaal zes schijven, met ten minste twee solid-state schijven (SSD’s) en ten minste vier harde schijven (HDD’s). Wat de vormfactor van de schijfbehuizing ook is, intern of extern, er moet geen RAID of andere intelligentie zijn die niet kan worden uitgeschakeld. S2D biedt fouttolerantie en hoge prestaties, concurrerende hardware zal een negatief effect hebben op de algemene functionaliteit van het cluster.

Om S2D ze te laten detecteren en gebruiken, moeten de schijven worden geïnitialiseerd (meestal met behulp van GPT), maar ze mogen niet worden opgedeeld. Schijven met partities of volumes erop komen niet in aanmerking voor gebruik door Storage Spaces Direct.

5.3.1.3 Networking

De sleutel tot Storage Spaces Direct is de software-opslagbus, een logisch netwerkkanaal die de lokale datadrives in alle clusterknooppunten verbindt. Deze bus valt theoretisch tussen de servers en de harde schijven erin, zoals weergegeven in onderstaande figuur.

Omdat S2D een pool maakt van de interne opslag op verschillende computers, wordt al het opslagverkeer wordt overgebracht via standaard Ethernet-netwerken met behulp van SMB3 en RDMA. Er is geen traditionele storage-netwerkstructuur, zoals SAS of Fibre Channel, waardoor afstandsbeperkingen en de behoefte aan verschillende soorten bekabeling geëlimineerd worden. Verkeersmanagement is een cruciaal onderdeel van elke implementatie van S2D-productieclusters.

De fysieke realisatie van de logische software-opslagbus moet gegevens overdragen alsof de schijven een enkele entiteit in de verschillende clusterknooppunten vormen. Bovendien moeten de netwerken de redundante gegevens meetransporteren die gegenereerd worden door de in de pool gemaakte spiegeling- en pariteitsregelingen zijn gemaakt. Voor efficiënte S2D-prestaties is dus intra-node Ethernet  communicatie vereist die zowel een hoge bandbreedte als een lage latentie biedt.

Op de fysieke laag raadt Microsoft het gebruik van ten minste twee 10 Gbps Ethernet adapters per node aan, bij voorkeur adapters die RDMA gebruiken, zodat ze een deel van de processorbelasting van de servers kunnen ontlasten. S2D gebruikt Server Message Block versie 3 (SMB3) voor communicatie tussen clustersknooppunten, die waar mogelijk gebruik maken van de geavanceerde functies van het protocol, zoals SMB Direct en SMB Multichannel.

5.3.2 Schakel Storage Spaces direct in met behulp van Windows PowerShell

Het grootste deel van het implementatieproces voor een cluster met Storage Spaces Direct is bijna het hetzelfde als dat voor elk ander cluster. U installeert Windows Server 2016 op de clusterknooppunten, update ze identiek, voeg de functie Failover Clustering en het Hyper-V-knooppunt toe, en maak het cluster.

Hier vindt u een belangrijke afwijking van de standaard procedure. Terwijl u het cluster kan creeëren met behulp van de grafische Create Cluster Wizard in Failover Cluster Manager, moet u voorkomen dat het systeem automatisch opslagruimte zoekt en toevoegt. Daarom moet u het cluster in Windows PowerShell maken met een opdracht als de volgende:

New-Cluster -Name cluster1 -Node server1, server2, server3, server4 -Nostorage

De parameter NoStorage is belangrijk en het gebrek aan opslag genereert een fout tijdens het maken van het cluster. De opslag wordt toegevoegd wanneer u Storage Spaces Direct inschakelt. Om dit te doen, voert u de cmdlet Enable-ClusterStorageSpacesDirect zonder parameters uit, zoals volgt:

Enable-ClusterStorageSpacesDirect

Deze cmdlet voert verschillende taken uit die cruciaal zijn voor de S2D-implementatie, waaronder het volgende:

  • Lokaliseer schijven – Het systeem scant alle knooppunten in het cluster op lokale, niet-gepartitioneerde schijven.
  • Creëer caches – Het systeem classificeert de schijven in elk knooppunt volgens hun respectieve bus en mediatypen en brengt bindingen tussen hen tot stand om partnerschappen in elk te creëren server die de snellere schijven gebruikt voor lees- en schrijfcaching.
  • Creëer een pool – Het systeem voegt alle beschikbare schijven in alle knooppunten toe aan een één clusterbrede opslagpool.

Nadat de opslagpool is gemaakt, kunt u doorgaan met het maken van virtuele schijven (net als u doet in Opslagruimten in Serverbeheer op een zelfstandige server). In Failover-cluster Manager, selecteert u de opslagpool, zoals weergegeven in volgende afbeelding en start u de nieuwe virtuele Schijfwizard (Storage Spaces Direct). In de wizard specificeert u een grootte, en het maakt een schijf met de standaard bidirectionele spiegelresiliency-instelling.

S2D virtuele schijven kunnen echter ondersteuning bieden voor eenvoudige, mirror- en parity-resiliency-typen, zoals evenals aangepaste opslaglagen. Voor meer flexibiliteit bij het maken van virtuele schijven, kunt u de cmdlet New-Volume in Windows PowerShell gebruiken. Deze cmdlet kan in één stap taken uitvoeren die verschillende afzonderlijke bewerkingen vereisten, waaronder het maken, partitioneren en het formatteren van de virtuele schijf, het converteren naar het CSVFS-bestandssysteem en het toevoegen aan het cluster.

Als u bijvoorbeeld een virtuele schijf wilt maken die gebruikmaakt van pariteitsstabiliteit en twee lagen, met de standaard beschrijvende namen van Prestaties voor SSD’s en Capaciteit voor HDDS, kunt u een opdracht zoals het volgende gebruiken:

New-Volume -Storagepool "s2d*" -Friendlyname vdisk1 -Filesystem csvfs_refs -Resiliencysettingname parity -Storagetiersfriendlynames performance, capacity -Storagetiers 10GB, 100GB

Nadat u de virtuele schijven heeft gemaakt, kunt u ze toevoegen aan gedeelde clustervolumes, ze toegankelijk maken in elk knooppunt.

5.3.3 Implementeer een gedesaggregeerd Storage Spaces Direct-scenario in een cluster

De aangewezen applicatie voor Storage Spaces Direct, zoals gedefinieerd in de twee implementatiescenario’s van Microsoft, is om een Hyper-V-cluster te ondersteunen. In het eerste scenario een gedesaggregeerde of geconvergeerde implementatie genaamd, zijn er twee verschillende clusters. De eerste is een Scale-out bestandsservercluster die Storage Spaces Direct gebruikt om de opslag het tweede Hyper-V-cluster te voorzien dat virtuele machines host, zoals weergegeven in volgende afbeelding.

In dit scenario is de functie van het S2D-cluster om de opslag te bieden die het Hyper-V cluster nodig heeft voor zijn virtuele machines. Als zodanig is S2D in wezen een vervanging voor een SAN. Omdat het twee afzonderlijke clusters vereist, vereist dit model meer servers en is daarom duurder om te implementeren. Het voordeel van dit type implementatie is dat het S2D-cluster en Hyper-V-cluster onafhankelijk opgeschaald kunnen worden.

Storage Spaces Direct creëert een zeer schaalbare omgeving waarin u schijven aan de knooppunten kunt toevoegen of knooppunten kunt toevoegen aan het cluster. Hoe dan ook, S2D zal elke nieuwe gedetecteerd opslag in de pool assimileren. In een niet-geaggregeerde implementatie kunt u opslagruimte toevoegen aan het S2D-cluster zonder het Hyper-V-cluster te beïnvloeden. Op dezelfde manier kunt u knooppunten toevoegen aan het Hyper-V-cluster zonder de opslaginfrastructuur te beïnvloeden.

Om het gedesaggregeerde scenario te implementeren, gaat u verder zoals eerder beschreven om een cluster te maken, S2D inschakelen, virtuele schijven maken en ze toevoegen aan CSV’s. Vervolgens voegt u de Scale-out bestandsserverrol toe, om de configuratie van het opslagcluster te voltooien. Het tweede cluster is een standaard Hyper-V-cluster dat de shares gebruikt die door het SoFS-cluster wordt geleverd om zijn virtuele machines op te slaan.

5.3.4 Implementeer een hypergeconvergeerd Storage Spaces Direct-scenario in een cluster

De tweede Storage Spaces Direct-scenario’s worden hypergeconvergeerd genoemd omdat het Storage Services Direct met Hyper-V in één cluster combineert, zoals weergegeven in de volgende afbeelding. Er is minder hardware bij deze oplossing betrokken, het genereert zeker minder netwerk verkeer, het is ook veel minder duur en vereist minder onderhoud. Het is niet nodig bestandsservermachtigingen te configureren of om de twee clusters te bewaken.

Examen Tip

Met Windows Server 2016 is het mogelijk om een hypergeconvergeerde S2D cluster op een enkele Hyper-V-server voor test- en educatieve doeleinden te creëren. Nadat u de Failover Clustering en Hyper-V installeert, kunt u twee of meer virtuele machines met verschillende VHDX-bestanden op elk creeëren, ze clusteren en Storage Spaces Direct inschakelen. Nadat u de virtualisatie-extensies van de hostserver heeft vrijgegeven, kunt u Hyper-V op de VM’s installeren, geneste VM’s maken en deze clusteren. Het zal niet snel zijn, en de storm van schijfverzoeken die door de fysieke schijven van de hostserver worden afgehandeld zullen chaotisch zijn als je ze zou kunnen zien, maar het werkt wel.

Het nadeel van dit scenario is dat u de SoFS- en Hyper-V-services niet onafhankelijk kunt schalen. Als u een server wilt toevoegen om meer opslagruimte aan de pool te bieden, moet u ook een node aan het Hyper-V-cluster toevoegen.

De inzet van een hypergeconvergeerde Storage Spaces Direct-cluster is niet veel anders dan die van een standaard Hyper-V-cluster, behalve dat u S2D moet inschakelen nadat u het cluster hebt gemaakt. Een van de aspecten van S2D is dat het gebruik maakt van bepaalde vaardigheden. Als u voorheen met Windows-failoverclusters heeft gewerkt zou er niet veel nieuw voor u moeten zijn in een S2D-implementatie. In feite, in vergelijking met het opzetten van een SAN is Storage Spaces Direct veel eenvoudiger.