Vnořená odolnost pro Storage Spaces Direct

Vnořená odolnost je schopnost Prostorů úložiště s přímým přístupem v Azure Local a Windows Serveru. Umožňuje cluster se dvěma servery odolat několika selháním hardwaru současně bez ztráty dostupnosti úložiště, takže uživatelé, aplikace a virtuální počítače budou dál běžet bez přerušení. Tento článek vysvětluje, jak funguje vnořená odolnost, obsahuje podrobné pokyny, jak začít, a odpovědi na nejčastější dotazy.

Než začnete

Zvažte vnořenou odolnost, pokud:

• Váš cluster používá jeden z těchto operačních systémů: Místní Azure verze 22H2 nebo novější, Windows Server 2019 nebo novější; a
• Váš cluster má přesně dva uzly serveru.

Vnořenou odolnost nemůžete použít, pokud:

• Váš cluster používá Windows Server 2016; nebo
• Váš cluster má pouze jeden uzel serveru nebo má tři nebo více uzlů serveru.

Proč vnořená odolnost

Svazky, které používají vnořenou odolnost, můžou zůstat online a přístupné i v případě, že dojde k několika selháním hardwaru najednou, na rozdíl od klasické obousměrné odolnosti zrcadlení . Pokud například dojde k selhání dvou jednotek současně nebo když server selže a jednotka selže, svazky, které používají vnořenou odolnost, zůstanou online a přístupné. U hyperkonvergované infrastruktury se tím zvyšuje doba provozu aplikací a virtuálních počítačů; pro úlohy souborového serveru to znamená, že uživatelé mají k souborům nepřerušený přístup.

Kompromisem je, že vnořená odolnost systému má nižší efektivitu kapacity než klasické dvoucestné zrcadlení, což znamená, že získáte o něco méně využitelného prostoru. Podrobnosti najdete v části Efektivita kapacity v následující části.

Jak to funguje

Tato část poskytuje informace o vnořené odolnosti systému Storage Spaces Direct a popisuje dvě nové možnosti odolnosti a jejich efektivitu kapacity.

Inspirace: RAID 5+1

RAID 5+1 je zavedená forma odolnosti distribuovaného úložiště, která poskytuje užitečné pozadí pro pochopení vnořené odolnosti. V RAID 5+1 je v rámci každého serveru zajištěna místní odolnost pomocí RAID-5 nebo jednou paritou, aby byla zajištěna ochrana před ztrátou jakéhokoli jednoho disku. Další odolnost pak poskytuje RAID-1 nebo obousměrné zrcadlení mezi těmito dvěma servery, které chrání před ztrátou obou serverů.

Možnosti odolnosti

Prostory úložiště s přímým přístupem v místním Prostředí Azure a Windows Serveru nabízejí dvě možnosti odolnosti implementované v softwaru, aniž by bylo potřeba specializovaný hardware RAID:

• Vnořené oboustranné zrcadlo. V rámci každého serveru je místní odolnost poskytována obousměrným zrcadlením a další odolnost je poskytována obousměrným zrcadlením mezi těmito dvěma servery. Jedná se v podstatě o čtyřcestné zrcadlo, přičemž na každém serveru jsou dvě kopie umístěné na různých fyzických discích. Vnořené obousměrné zrcadlení poskytuje nekompromisní výkon: zápisy jsou zasílány do všech kopií a čtení pocházejí z libovolné kopie.

  

• Vnořená parita akcelerovaná zrcadlem Zkombinujte vnořené obousměrné zrcadlení z předchozího obrázku s vnořenou paritou. V rámci každého serveru, s výjimkou nedávných zápisů, které používají obousměrné zrcadlení, je místní odolnost většiny dat poskytována pomocí bitové paritní aritmetiky. Poté je další odolnost všech dat poskytována obousměrným zrcadlením mezi servery. Nové zápisy do svazku jsou směrovány na zrcadlovou část se dvěma kopiemi na každém serveru, přičemž každá kopie je na samostatném fyzickém disku. Jakmile se zrcadlová část svazku plní na každém serveru, nejstarší data se převedou a uloží do paritní části na pozadí. V důsledku toho má každý server data pro svazek ve dvoucestné zrcadle nebo v jedné struktuře parity. Podobá se tomu, jak funguje zrcadlově akcelerovaná parita – rozdíl spočívá v tom, že zrcadleně akcelerovaná parita vyžaduje čtyři servery v clusteru a fondu úložiště a používá jiný paritní algoritmus.

  

Efektivita kapacity

Efektivita kapacity je poměr využitelného místa k objemovému půdorysu. Popisuje kapacitní režii způsobenou odolností a závisí na zvolené variantě odolnosti. Jednoduchým příkladem je ukládání dat bez redundance, které je 100% efektivní z hlediska kapacity (1 TB dat zabírá 1 TB fyzické úložné kapacity), zatímco dvojité zrcadlení je 50% efektivní (1 TB dat zabírá 2 TB fyzické úložné kapacity).

• Vnořené dvousměrné zrcadlení zapisuje čtyři kopie všeho. To znamená, že k ukládání 1 TB dat potřebujete 4 TB fyzické kapacity úložiště. I když je jednoduchost atraktivní, vnořená dvoucestná zrcadlová efektivita kapacity 25% je nejnižší možností odolnosti v Prostorech úložiště s přímým přístupem.

• Vnořená zrcadlově akcelerovaná parita dosahuje vyšší efektivity kapacity, přibližně 35%-40%, která závisí na dvou faktorech: počtu jednotek kapacity na každém serveru a kombinaci zrcadlení a parity, kterou pro svazek zadáte. Tato tabulka poskytuje vyhledávání pro běžné konfigurace:

  Kapacitní disky na server	10% Zrcadlo	Zrcadlo 20%	Zrcadlo 30%
  4	35.7%	34.1%	32.6%
  5	37.7%	35.7%	33.9%
  6	39.1%	36.8%	34.7%
  7+	40.0%	37.5%	35.3%

  Následuje příklad úplné matematiky. Předpokládejme, že máme na každém ze dvou serverů šest disků s kapacitou a chceme vytvořit jeden 100GB svazek, který se skládá z 10 GB zrcadlené a 90 GB parity. Dvoucestné zrcadlení místního serveru je účinné na 50,0%, což znamená, že 10 GB zrcadlových dat zabere 20 GB úložného prostoru na každém serveru. Data jsou zrcadlena na oba servery a jejich celková velikost je 40 GB. Jednoúčelová parita místního serveru je v tomto případě 5/6 = 83,3% efektivní, což znamená, že 90 GB dat parity trvá 108 GB pro ukládání na každém serveru. Zrcadlené na obou serverech, jeho celková stopa je 216 GB. Celková stopa je tedy [(10 GB / 50,0%) + (90 GB / 83,3%)] × 2 = 256 GB, pro 39,1% celkové efektivity kapacity.

  Všimněte si, že efektivita kapacity klasického obousměrného zrcadlení (asi 50%) a vnořené zrcadlově-akcelerované parity (až 40%) se nijak výrazně neliší. V závislosti na vašich požadavcích může mírně nižší efektivita kapacity stát za významné zvýšení dostupnosti úložiště. Zvolíte odolnost jednotlivých svazků, takže můžete kombinovat vnořené svazky odolnosti a klasické obousměrné zrcadlené svazky v rámci stejného clusteru.

  

Vytvořte vnořené rezilienční svazky

Pomocí známých rutin úložiště v PowerShellu můžete vytvářet svazky s vnořenou odolností, jak je popsáno v následující části.

Krok 1: Vytvoření šablon vrstev úložiště (jenom Windows Server 2019)

Windows Server 2019 vyžaduje, abyste před vytvořením svazků vytvořili nové šablony vrstev úložiště pomocí New-StorageTier rutiny. Stačí to udělat jenom jednou a pak na každý nový svazek, který vytvoříte, můžete odkazovat na tyto šablony.

Note

Pokud používáte Windows Server 2022, Azure Stack HCI, verzi 21H2 nebo Azure Stack HCI verze 20H2, můžete tento krok přeskočit.

-MediaType Zadejte kapacitní jednotky a volitelně také požadovanou kapacitu-FriendlyName. Neupravujte jiné parametry.

Pokud jsou například disky s kapacitou pevné disky (HDD), spusťte PowerShell jako správce a spusťte následující rutiny.

Vytvoření vrstvy NestedMirror:

New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName NestedMirrorOnHDD -ResiliencySettingName Mirror -MediaType HDD -NumberOfDataCopies 4

Vytvoření vrstvy NestedParity:

New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName NestedParityOnHDD -ResiliencySettingName Parity -MediaType HDD -NumberOfDataCopies 2 -PhysicalDiskRedundancy 1 -NumberOfGroups 1 -FaultDomainAwareness StorageScaleUnit -ColumnIsolation PhysicalDisk

Pokud jsou kapacitní disky SSD (Solid-State Drive), nastavte -MediaType na SSD místo toho a změňte -FriendlyName na *OnSSD. Neupravujte jiné parametry.

Tip

Ověřte, že Get-StorageTier úrovně vytvořil úspěšně.

Krok 2: Vytvoření vnořených svazků

Vytvořte nové svazky pomocí rutiny New-Volume .

• Vnořené dvoucestné zrcadlo

  Pokud chcete použít vnořené dvoucestné zrcadlení, nastavte šablonu NestedMirror vrstvy a zadejte velikost. Například:

  New-Volume -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName Volume01 -StorageTierFriendlyNames NestedMirrorOnHDD -StorageTierSizes 500GB
  

  Pokud jsou vaše jednotky kapacity jednotky SSD (Solid-State Drive), změňte -StorageTierFriendlyNames na *OnSSD.

• Vnořené parity s urychleným zrcadlením

  Pokud chcete použít vnořenou zrcadleně akcelerovanou paritu, odkazujte na šablony úrovní NestedMirror a NestedParity a určete dvě velikosti, jednu pro každou část svazku (nejprve zrcadlení, poté parita). Pokud chcete například vytvořit jeden svazek o velikosti 500 GB, který je tvořen z 20% vnořených dvoucestných zrcadel a 80% vnořenou paritou, spusťte:

  New-Volume -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName Volume02 -StorageTierFriendlyNames NestedMirrorOnHDD, NestedParityOnHDD -StorageTierSizes 100GB, 400GB
  

  Pokud jsou vaše jednotky kapacity jednotky SSD (Solid-State Drive), změňte -StorageTierFriendlyNames na *OnSSD.

Krok 3: Pokračování v Centru pro správu Windows

Svazky, které používají vnořenou odolnost, se zobrazí v Centru pro správu Windows jasně označené, jak je vidět na následujícím snímku obrazovky. Po vytvoření je můžete spravovat a monitorovat pomocí Centra pro správu Windows stejně jako jakýkoli jiný svazek v Prostorech úložiště s přímým přístupem.

Volitelné: Rozšíření na jednotky mezipaměti

S výchozím nastavením chrání vnořená spolehlivost proti ztrátě více disků s kapacitou najednou nebo jednoho serveru a jednoho disku s kapacitou současně. Pokud chcete tuto ochranu rozšířit na jednotky mezipaměti, je potřeba vzít v úvahu další aspekty: protože jednotky mezipaměti často poskytují ukládání do mezipaměti pro více kapacitních jednotek, jediný způsob, jak zajistit, abyste mohli tolerovat ztrátu jednotky mezipaměti, když je druhý server mimo provoz, není zápis do mezipaměti, ale to má vliv na výkon.

Pro řešení tohoto scénáře nabízí Storage Spaces Direct možnost automatického zakázání ukládání do mezipaměti zápisu při výpadku jednoho serveru v clusteru se dvěma servery a následné opětovné povolení ukládání do mezipaměti zápisu po obnovení provozu serveru. Aby bylo možné provádět rutinní restartování bez dopadu na výkon, ukládání do mezipaměti zápisu nebude deaktivováno, dokud server nebude vypnutý po dobu 30 minut. Po zakázání ukládání do mezipaměti pro zápis se obsah této mezipaměti uloží na kapacitní zařízení. Poté může server tolerovat selhání zařízení mezipaměti na serveru běžícím online, i když čtení z mezipaměti může být zpožděné nebo selhat, pokud zařízení mezipaměti selže.

Note

U fyzického systému všech mezipamětí (jeden typ média) nemusíte zvážit automatické zakázání ukládání do mezipaměti při výpadku jednoho serveru v clusteru se dvěma servery. Musíte to vzít v úvahu pouze s mezipamětí vrstvy sběrnice úložiště (SBL), která se vyžaduje jenom v případě, že používáte pevné disky.

(Volitelné) Pokud chcete ukládání do mezipaměti automaticky zakázat, když je jeden server v clusteru se dvěma servery mimo provoz, spusťte PowerShell jako správce a spusťte:

Get-StorageSubSystem Cluster* | Set-StorageHealthSetting -Name "System.Storage.NestedResiliency.DisableWriteCacheOnNodeDown.Enabled" -Value "True"

Jakmile je nastavená hodnota True, chování mezipaměti je:

Situation	Chování mezipaměti	Je schopné tolerovat ztrátu jednotky mezipaměti?
Oba servery jsou online	Čtení a zápisy do mezipaměti, plný výkon	Yes
Server nefunguje, prvních 30 minut	Čtení a zápisy do mezipaměti, plný výkon	Ne (dočasně)
Po prvních 30 minutách	Pouze čtení mezipaměti, výkon je ovlivněn.	Ano (po zápisu mezipaměti do kapacitních disků)

Nejčastější dotazy

Najděte odpovědi na nejčastější dotazy týkající se vnořené odolnosti.

Můžu převést existující svazek mezi obousměrným zrcadlem a vnořenou odolností?

Ne, svazky nelze převést mezi typy odolnosti. V případě nových nasazení v Azure Local, Windows Serveru 2022 nebo Windows Serveru 2019 se rozhodněte předem, který typ odolnosti nejlépe vyhovuje vašim potřebám. Pokud upgradujete z Windows Serveru 2016, můžete vytvořit nové svazky s vnořenou odolností, migrovat data a pak odstranit starší svazky.

Mohu použít vnořenou odolnost s různými typy disků s kapacitou?

Ano, stačí zadat -MediaType každou úroveň odpovídajícím způsobem během kroku 1 výše. Například s NVMe, SSD a HDD ve stejném clusteru poskytuje NVMe mezipaměť, zatímco druhé dva poskytují kapacitu: nastavte vrstvu NestedMirror na -MediaType SSD a vrstvu NestedParity na -MediaType HDD. V tomto případě efektivita kapacity parity závisí pouze na počtu jednotek HDD a potřebujete alespoň 4 z nich na server.

Můžu použít vnořenou odolnost se třemi nebo více servery?

Ne, používejte pouze vnořenou odolnost, pokud má váš cluster přesně dva servery.

Kolik disků potřebuji pro vnořené zabezpečení?

Minimální počet jednotek požadovaných pro Prostory úložiště s přímým přístupem je čtyři jednotky kapacity na uzel serveru a dvě jednotky mezipaměti na uzel serveru (pokud existuje). Toto se nezmění od Windows Serveru 2016. Neexistuje žádný další požadavek na vnořenou odolnost a doporučení pro rezervovanou kapacitu se nezmění.

Mění vnořená odolnost způsob, jakým probíhá proces výměny jednotek?

No.

Mění vnořená odolnost způsob nahrazení uzlů serveru?

No. Pokud chcete nahradit uzel serveru a jeho jednotky, postupujte podle tohoto pořadí:

1. Vyřadit disky ve vyřazovaném serveru
2. Přidání nového serveru s jeho jednotkami do clusteru
3. Fond úložiště obnoví rovnováhu.
4. Odeberte odchozí server a jeho diskové zařízení

Podrobnosti najdete v článku Odebrání serverů .

Další kroky

• Přehled technologie Storage Spaces Direct
• Pochopení odolnosti proti chybám v Storage Spaces Direct
• Plánování svazků v Storage Spaces Direct
• Vytváření svazků v Prostorech úložiště s přímým přístupem