Storage Spaces Direct

Storage Spaces Direct позволяет поставщикам услуг и предприятиям использовать стандартные серверы с внутренними дисками для создания высокодоступного и масштабируемого программного обеспечения. Использование серверов с внутренними дисками уменьшает сложность, увеличивает масштабируемость и позволяет использование устройств хранения, которые ранее были недоступны. Например, твердотельные диски SATA, для снижения стоимости флэш-памяти, или твёрдотельные диски NVMe, для повышения производительности.

Storage Spaces Direct

Storage Spaces Direct устраняет необходимость общей структуры SAS, упрощает развёртывание и настройку. Вместо этого, как структуру хранения, он использует сеть, применяя для высокоскоростного, низколатентного CPU-эффективного хранения SMB3 и SMB Direct (RDMA). Для масштабирования, для повышения ёмкости и производительности ввода/вывода, просто добавьте дополнительные серверы.

Ниже приведены некоторые дополнительные особенности и характеристики Storage Spaces Direct:

• Хранилище для Hyper-V и стека Microsoft Azure. Возможность первичного использования Storage Spaces Direct — как хранилище для виртуальных машин Hyper-V или стека Azure.
• Hardware/Аппаратные средства. Storage Spaces Direct позволяет создавать высокодоступные и масштабируемые решения для хранения данных с использованием современных аппаратных средств хранения данных, таких как SATA SSD, для более низких затрат и SSD NVMe для повышения производительности и меньшей загрузки процессора. А также, для хранения, он может использовать сетевую инфраструктуру с поддержкой RDMA, с меньшей задержкой и затратами на процессор, чем традиционные Ethernet. Сокращение затрат процессорных ресурсов означает повышенную плотность рабочей нагрузки.
• Предписывающие конфигурации. Корпорация Майкрософт тесно сотрудничает со своими производящими аппаратные средства партнёрами для определения и проверки предписывающих конфигураций серверов Storage Spaces Direct. Использование этих конфигураций серверов обеспечивает наилучший опыт работы с Storage Spaces Direct с полным набором функций и лучшей производительностью.
• Конфигурации хранилища. Вы можете использовать Storage Spaces Direct с различными конфигурациями хранилищ. Наиболее распространённые конфигурации:

1. SSD с традиционными жёсткими дисками, где для ускорения производительности ввода-вывода, SSD используются в качестве кеша чтения/записи.
2. All-flash конфигурация с SSD-накопителями NVMe и SSD-накопителями SATA, для чрезвычайно высокой производительности ввода-вывода.
3. Три уровня физического хранения, SSD-накопители NVMe, SSD-диски SATA и традиционные жёсткие диски.

• Выбор развёртывания. Storage Spaces Direct предоставляет клиентам выбор для развёртывания: как гиперконверсированную инфраструктуру, либо как конвергентную инфраструктуру. В гиперконверсированной инфраструктуре, ресурсы вычислений и хранения предоставляются теми же машинами, что упрощает масштабируемость и управление. В конвергентной инфраструктуре, вычислительные ресурсы отделены от ресурсов хранилища, что позволяет увеличить масштабируемость и независимое масштабирование вычислений и хранения.
• Fault Tolerance/Отказоустойчивость. Storage Spaces Direct устойчив к сбоям. Когда диски дали сбой, испорченные данные автоматически восстанавливаются на остальных дисках. Storage Spaces Direct поддерживает три типа доменов отказов: a) "server", b) "chassis" и c) "rack", всё размещение данных, восстановление данных и перебалансировка данных будут соответствовать конфигурации домена отказа.
• Accelerated Erasure Coding/Ускоренное кодирование Erasure. Storage Spaces Direct, в дополнение к существующим типам зеркал и кодировки стирания, вводит гибридные тома. Гибридные тома смешивают лучшее зеркало (производительность) с наилучшим качеством кодирования (эффективность) стирания в одном томе, с автоматическим многоуровневым хранением в режиме реального времени.
• Efficient VM check-points/Эффективные контрольные точки VM. Storage Spaces Direct использует новую файловую систему ReFSv2, которая в сочетании с Hyper-V может выполнять очень быстрые и эффективные контрольные точки VM.
• Scalability/Масштабируемость. Storage Spaces Direct может масштабироваться от 2 до 16 серверов. Вы можете добавлять серверы по мере необходимости, и, чтобы наилучшим образом использовать дополнительные ресурсы, данные можно перебалансировать. Microsoft и Intel продемонстрировали развёртывание 16 серверов Storage Spaces Direct с использованием всех твердотельных накопителей NVMe в IDF 2015.
• Health Service/Обслуживание жизнеспособности. Storage Spaces Direct включает интеллектуальный встроенный механизм диагностики, который позволяет администраторам с ограниченными техническими знаниями контролировать и управлять системой каждый день.

1. Health Service, для обнаружения проблем и создания предупреждений, содержащих точные инструкции о том, как реагировать, активно следит за базовым кластером, оборудованием хранения и определённым программным стеком хранения.
2. Информация о производительности и мощности агрегирована для представления целостного, высокого уровня обзора имеющихся ресурсов.
3. Частые задачи, такие как замена привода и обновления прошивки накопителя, чтобы снизить нагрузку на администратора, автоматизированы.

Чтобы лучше понять Storage Spaces Direct, давайте начнём с изучения пространств хранилищ в системах хранения данных Windows Server 2012 R2 HA. В Windows Server 2012 R2, использующая Storage Spaces, система HA требует, чтобы устройства привода были физически подключены ко всем узлам хранения. Для этого, они должны находиться во внешней раме JBOD, причём каждый узел хранения имеет физическую связь с внешним JBOD.

Кроме того, поскольку несколько узлов хранения будут подключаться к каждому диску, устройствам диска необходимо последовательно подключить SCSI (SAS). Так как протокол SAS позволяет общий доступ, хотя такие диски как SATA, не допускают многопользовательский инициатор. Из-за этих требований это развёртывание, чтобы контрастировать с Storage Spaces Direct, называется Storage Spaces Shared JBOD. На рисунке ниже показано развёртывание разделов JBOD для хранилищ.

Storage Spaces Shared JBOD, по сравнению с прошлыми системами хранения HA, предоставляет множество преимуществ. Тем не менее, требуя, чтобы устройства привода были физически подключены к каждому узлу, ограничивает тип возможных к использованию устройств привода, и может привести к сложным конфигурациям SAS, особенно, если эти развёртывания масштабируются.

С помощью Storage Spaces Windows Server 2016 теперь вы можете создавать системы хранения HA. Используя для этого узлы хранения только с локальным хранилищем, которое либо устройство привода, внутреннее для каждого узла хранения, либо устройство привода в JBOD, где каждый JBOD подключён только к одному узлу хранилища. Это полностью исключает структуру SAS и её сложность, но позволяет использовать устройства привода, такие как устройство привода SATA, которое может дополнительно снизить стоимость или повысить производительность. На следующем рисунке показано развёртывание хранилищ с прямым доступом.

Также важно понимать, что Storage Spaces Direct - это эволюция Storage Spaces, означая, что это расширение существующего стека SDS для Windows Server. Другим важным аспектом является то, что Storage Spaces Direct, для всей интранодной (также называемой восточно-западной) связи, использует SMB 3.0 и все мощные функции SMB 3.0, такие как SMB Direct (RDMA-совместимые сетевые карты) для высокоскоростной связи и связи с малой задержкой, и многоканальное SMB, для агрегации пропускной способности и отказоустойчивости сети.

Детали реализации Storage Spaces Direct

Storage Spaces Direct интегрируется с современными функциями, создавая стек Windows Server SDS, включая SOFS (SMB 3.0), кластерную общую файловую систему томов (CSVFS), пространства хранения и отказоустойчивую кластеризацию.

Обновленный стек включает в себя следующее:

• Hardware/Аппаратные средства. Система хранения состоит из минимум четырёх узлов хранения с локальным хранилищем. Каждый узел хранения может иметь внутренние диски или диски во внешнем подключённом к SAS корпусе JBOD. Приводными устройствами могут быть диски SATA или диски SAS.
• Software Storage Bus/Шина для хранения программного обеспечения. Шина для программного обеспечения Software Storage охватывает все узлы хранения и объединяет локальное хранилище в каждом узле, поэтому все диски видны выше на уровне хранилищ.
• Storage Spaces/Место хранения. Пространства хранилищ предоставляют пулы хранения и виртуальные диски. Пул хранения может охватывать все локальные хранилища через узлы. Виртуальные диски обеспечивают отказоустойчивость для отказов дисков или узлов, поскольку копии данных хранятся на разных узлах хранения.
• Resilient File System (ReFS)/Устойчивая файловая система (ReFS). ReFS предоставляет файловую систему, в которой хранятся файлы VM Hyper-V. ReFS -- главная файловая система Windows Server 2016 для виртуализированных развёртываний, включает в себя оптимизацию для хранилищ, такое как обнаружение ошибок и автоматическая коррекция. Кроме того, ReFS обеспечивает ускорения для операций VHD (X), таких как фиксированное создание VHD (X), динамический рост VHD (X) и слияние VHD (X). Уровни CSVFS в ReFS приносят все смонтированные тома в единое пространство имён.
• SOFS. Это верхний уровень стека хранилища, который обеспечивает удалённый доступ к системе хранения с использованием протокола доступа SMB 3.0.

Улучшенная масштабируемость

Вы можете развернуть Storage Spaces Direct, используя узлы хранения с локальным хранилищем или не совместными JBOD. В предыдущих версиях Windows Server, для масштабирования решений Storage Spaces, требовалось одновременное увеличение масштаба SAS-структуры, которая соединяла узлы хранения с общими SAS JBOD. Напротив, с помощью Storage Spaces Direct, вы можете настроить модель, которая устраняет сложности структуры SAS, делая масштабирование столь же простым, как добавление нового узла хранения, либо с внутренним хранилищем, либо прикреплённым не совместным JBOD. Масштабирование путём добавления узлов хранения, обеспечивает большую гибкость планирования хранения, поскольку расширение хранилища больше не связано количеством слотов для накопителей в общем SAS JBOD.

Для поддержки этой модели масштабирования «точно в срок» Storage Spaces Direct, по сравнению с предыдущими версиями Windows Server, улучшает масштабируемость, так как теперь вы можете управлять большим количеством устройств привода в одном пуле хранения. Увеличение количества устройств привода в одном пуле, уменьшает количество создаваемых пулов хранения, что упрощает управление решением для хранения.

Оптимизированный пул Storage Spaces Direct

Storage Spaces Direct может оптимизировать пул хранилищ для равномерного распределения данных по совокупности входящих в пул физических дисков. Со временем, когда физические диски добавляются или удаляются или когда записываются или удаляются данные, распределение данных между входящим в пул набором физических дисков, может стать неравномерным. В некоторых случаях, это может привести к полному заполнению некоторых физических дисков, тогда как другие диски в одном и том же пуле имеют гораздо более низкое потребление.

Аналогичным образом, если вы добавите новое хранилище в пул, оптимизация существующих данных для использования нового хранилища, приведёт к повышению эффективности хранения в пуле и, возможно, благодаря новой доступной пропускной способности физического хранилища, к повышению производительности. Оптимизация пула - это задача обслуживания, выполняемая администратором. Когда запускается команда оптимизировать пул, Storage Spaces Direct перемещает данные между физическими дисками в пуле. Перемещение данных - фоновая операция, предназначенная для минимизации воздействия на рабочие нагрузки переднего плана или арендатора.