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Geschachtelte Resilienz ist eine Funktion von "Direkte Speicherplätze " in Azure Local und Windows Server. Sie ermöglicht es einem Zwei-Server-Cluster, mehreren Hardwarefehlern gleichzeitig standzuhalten, ohne dass die Speicherverfügbarkeit verloren geht, sodass Benutzer, Apps und virtuelle Computer ohne Unterbrechung weiterhin ausgeführt werden. In diesem Artikel wird erläutert, wie geschachtelte Resilienz funktioniert, schrittweise Anleitungen für die ersten Schritte und Antworten auf die am häufigsten gestellten Fragen enthält.
Bevor Sie beginnen
erwägen Sie die geschachtelte Resilienz, wenn:
- Ihr Cluster führt eines der folgenden Betriebssysteme aus: Azure Local, Version 22H2 oder höher, Windows Server 2019 oder höher; und
- Ihr Cluster verfügt über genau zwei Serverknoten.
Sie können keine geschachtelte Resilienz verwenden, wenn:
- Ihr Cluster führt Windows Server 2016 aus; oder
- Ihr Cluster verfügt nur über einen einzelnen Serverknoten oder über drei oder mehr Serverknoten.
Warum geschachtelte Resilienz
Volumes, die geschachtelte Resilienz verwenden, können auch dann online und zugänglich bleiben, wenn mehrere Hardwarefehler gleichzeitig auftreten, im Gegensatz zur klassischen Resilienz bei Zwei-Wege-Spiegelung. Wenn z. B. zwei Laufwerke gleichzeitig fehlschlagen oder ein Server ausfallen und ein Laufwerk fehlschlägt, bleiben Volumes, die geschachtelte Resilienz verwenden, online und zugänglich. Bei hyperkonvergenter Infrastruktur erhöht sich dadurch die Betriebszeit für Apps und virtuelle Computer; für Dateiserver-Workloads bedeutet dies, dass Benutzer ununterbrochenen Zugriff auf ihre Dateien haben.
Der Kompromiss besteht darin, dass geschachtelte Resilienz eine geringere Kapazitätseffizienz als die klassische Zweifachspiegelung aufweist, was bedeutet, dass Sie etwas weniger nutzbaren Speicherplatz erhalten. Ausführliche Informationen finden Sie im folgenden Abschnitt Kapazitätseffizienz.
Funktionsweise
Dieser Abschnitt enthält den Hintergrund der geschachtelten Resilienz für Direkte Speicherplätze und beschreibt die beiden neuen Resilienzoptionen und deren Kapazitätseffizienz.
Inspiration für RAID 5+1
RAID 5+1 ist eine etablierte Form der verteilten Speicherresilienz, die hilfreichen Hintergrund für das Verständnis der geschachtelten Resilienz bietet. Bei RAID 5+1 wird in jedem Server lokale Fehlertoleranz durch RAID-5 oder Einzelparitätbereitgestellt, um vor dem Verlust eines einzelnen Laufwerks zu schützen. Anschließend wird durch RAID-1 oder Zwei-Wege-Spiegelung zwischen den beiden Servern weitere Resilienz bereitgestellt, um vor dem Verlust eines Servers zu schützen.
Resilienzoptionen
Direkte Speicherplätze in Azure Local und Windows Server bieten zwei In Software implementierte Resilienzoptionen, ohne dass spezielle RAID-Hardware erforderlich ist:
Geschachtelte Zwei-Wege-Spiegelung. Innerhalb jedes Servers wird lokale Resilienz durch bidirektionale Spiegelung bereitgestellt, und dann wird eine weitere Resilienz durch bidirektionale Spiegelung zwischen den beiden Servern bereitgestellt. Es handelt sich im Wesentlichen um eine Vier-Wege-Spiegelung mit zwei Kopien auf jedem Server, die sich auf verschiedenen physischen Datenträgern befinden. Die geschachtelte Zwei-Wege-Spiegelung bietet eine kompromisslose Leistung: Schreibvorgänge werden an alle Kopien übermittelt, und Lesevorgänge stammen aus einer beliebigen Kopie.
Geschachtelte Parität mit Beschleunigung per Spiegelung Kombinieren Sie die geschachtelte Zwei-Wege-Spiegelung in der Abbildung oben mit geschachtelter Parität. Innerhalb jedes Servers wird die lokale Resilienz für die meisten Daten durch eine einzelne bitweise Paritätsarithmetik bereitgestellt, mit Ausnahme neuer Schreibvorgänge, die Zwei-Wege-Spiegelung verwenden. Anschließend wird eine weitere Resilienz für alle Daten durch bidirektionale Spiegelung zwischen den Servern bereitgestellt. Neue Schreibzugriffe auf das Volume gehen an den Spiegelungsteil mit zwei Kopien auf separaten physischen Festplatten auf jedem Server. Während der Spiegelteil des Volumes auf jedem Server gefüllt wird, werden die ältesten Daten konvertiert und im Hintergrund in den Paritätsteil gespeichert. Daher verfügt jeder Server über die Daten für das Volume entweder in einer Zwei-Wege-Spiegelung oder in einer einzelnen Paritätsstruktur. Dies ist vergleichbar mit der Funktionsweise spiegelbeschleunigten Parität , wobei der Unterschied besteht, dass die spiegelbeschleunigte Parität vier Server im Cluster- und Speicherpool erfordert und einen anderen Paritätsalgorithmus verwendet.
Kapazitätseffizienz
Die Kapazitätseffizienz ist das Verhältnis des verwendbaren Platzes zu Volumenbedarf. Er beschreibt den Kapazitätsaufwand, der auf Resilienz zurückzuführen ist, und hängt von der gewählten Resilienzoption ab. Als einfaches Beispiel ist das Speichern von Daten ohne Resilienz 100% kapazitätseffizient (1 TB Daten beansprucht 1 TB physische Speicherkapazität), während die bidirektionale Spiegelung 50% effizient ist (1 TB Daten beansprucht 2 TB physische Speicherkapazität).
verschachtelter Zweispiegel schreibt vier Kopien von allem. Dies bedeutet, dass Sie zum Speichern von 1 TB Daten 4 TB physische speicherkapazität benötigen. Die Unkompliziertheit der geschachtelten Zwei-Wege-Spiegelung ist zwar attraktiv, aber ihre Kapazitätseffizienz von 25 % ist die niedrigste aller Resilienzoptionen in „Direkte Speicherplätze“.
geschachtelte spiegelbeschleunigte Parität erreicht eine höhere Kapazitätseffizienz, etwa 35%-40%, die von zwei Faktoren abhängt: die Anzahl der Kapazitätslaufwerke auf jedem Server und die Kombination aus Spiegelung und Parität, die Sie für das Volume angeben. Diese Tabelle bietet eine Suche nach allgemeinen Konfigurationen:
Kapazitätslaufwerke pro Server 10 % Spiegelung 20 % Spiegelung 30 % Spiegelung 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 % Im Folgenden finden Sie ein Beispiel für die vollständige Mathematik. Angenommen, wir haben sechs Laufwerke in jedem der beiden Server, und wir möchten ein 100 GB Volumen erstellen, das aus 10 GB für Spiegelung und 90 GB für Parität besteht. Die Zwei-Wege-Spiegelung auf dem lokalen Server ist zu 50,0 % effizient, was bedeutet, dass zum Speichern der 10 GB Spiegelungsdaten auf jedem Server 20 GB benötigt werden. Auf beiden Servern gespiegelt beträgt der Gesamtbedarf 40 GB. Die einfache Parität auf dem lokalen Server ist in diesem Fall zu 5/6 = 83,3 % effizient, was bedeutet, dass zum Speichern der 90 GB Paritätsdaten auf jedem Server 108 GB benötigt werden. Auf beiden Servern gespiegelt beträgt der Gesamtbedarf 216 GB. Der Gesamtbedarf ist somit [(10 GB / 50,0%) + (90 GB / 83,3%)] × 2 = 256 GB, für 39,1% Gesamtkapazitätseffizienz.
Beachten Sie, dass die Kapazitätseffizienz der klassischen bidirektionalen Spiegelung (ca. 50%) und der geschachtelten spiegelbeschleunigten Parität (bis zu 40%) nicht sehr unterschiedlich ist. Je nach Ihren Anforderungen kann die leicht niedrigere Kapazitätseffizienz die erhebliche Erhöhung der Speicherverfügbarkeit wert sein. Sie wählen Resilienz pro Volume aus, sodass Sie geschachtelte Resilienzvolumes und klassische bidirektionale Spiegelvolumes innerhalb desselben Clusters kombinieren können.
Erstellen von Volumes mit geschachtelter Resilienz
Sie können vertraute Speicher-Cmdlets in PowerShell verwenden, um Volumes mit geschachtelter Ausfallsicherheit zu erstellen, wie im folgenden Abschnitt beschrieben.
Schritt 1: Erstellen von Speicherebenenvorlagen (nur Windows Server 2019)
Windows Server 2019 erfordert, dass Sie mithilfe des cmdlets New-StorageTier neue Speicherebenenvorlagen erstellen, bevor Sie Volumes erstellen. Sie müssen dies nur einmal ausführen, und dann kann jedes neue Volume, das Sie erstellen, auf diese Vorlagen verweisen.
Anmerkung
Wenn Sie Windows Server 2022, Azure Stack HCI, Version 21H2 oder Azure Stack HCI, Version 20H2, ausführen, können Sie diesen Schritt überspringen.
Geben Sie den -MediaType Ihrer Kapazitätslaufwerke und optional den -FriendlyName Ihrer Wahl an. Ändern Sie keine anderen Parameter.
Wenn ihre Kapazitätslaufwerke beispielsweise Festplatten (HDD) sind, starten Sie PowerShell als Administrator, und führen Sie die folgenden Cmdlets aus.
So erstellen Sie eine NestedMirror-Ebene:
New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName NestedMirrorOnHDD -ResiliencySettingName Mirror -MediaType HDD -NumberOfDataCopies 4
So erstellen Sie eine NestedParity-Stufe:
New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName NestedParityOnHDD -ResiliencySettingName Parity -MediaType HDD -NumberOfDataCopies 2 -PhysicalDiskRedundancy 1 -NumberOfGroups 1 -FaultDomainAwareness StorageScaleUnit -ColumnIsolation PhysicalDisk
Wenn Es sich bei Ihren Kapazitätslaufwerken um Solid-State-Laufwerke (SSD) handelt, legen Sie die -MediaType stattdessen auf SSD fest, und ändern Sie die -FriendlyName in *OnSSD. Ändern Sie keine anderen Parameter.
Tipp
Stellen Sie sicher, dass Get-StorageTier die Ebenen erfolgreich erstellt haben.
Schritt 2: Erstellen von geschachtelten Volumes
Erstellen Sie neue Volumes mithilfe des Cmdlets New-Volume.
Geschachtelte Zwei-Wege-Spiegelung
Um die geschachtelte Zwei-Wege-Spiegelung zu verwenden, verweisen Sie auf die
NestedMirror-Ebenenvorlage und geben die Größe an. Zum Beispiel:New-Volume -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName Volume01 -StorageTierFriendlyNames NestedMirrorOnHDD -StorageTierSizes 500GBWenn es sich bei Ihren Kapazitätslaufwerken um Solid State Drives (SSD) handelt, ändern Sie
-StorageTierFriendlyNamesauf*OnSSD.Geschachtelte Parität mit Beschleunigung per Spiegelung
Um geschachtelte Parität mit Beschleunigung per Spiegelung zu verwenden, verweisen Sie auf die Ebenenvorlagen
NestedMirrorundNestedParityund geben zwei Größen an, eine für jeden Teil des Volumes (erst Spiegelung, dann Parität). Führen Sie beispielsweise Folgendes aus, um ein Volume mit 500 GB zu erstellen, das zu 20 % für die geschachtelte Zwei-Wege-Spiegelung und zu 80 % für die geschachtelte Parität genutzt wird:New-Volume -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName Volume02 -StorageTierFriendlyNames NestedMirrorOnHDD, NestedParityOnHDD -StorageTierSizes 100GB, 400GBWenn es sich bei Ihren Kapazitätslaufwerken um Solid State Drives (SSD) handelt, ändern Sie
-StorageTierFriendlyNamesauf*OnSSD.
Schritt 3: Weiter im Windows Admin Center
Volumes, die eine verschachtelte Resilienz verwenden, werden im Windows Admin Center mit eindeutiger Bezeichnung angezeigt, wie im folgenden Screenshot gezeigt. Nachdem sie erstellt wurden, können Sie sie mithilfe des Windows Admin Centers verwalten und überwachen, genau wie jedes andere Volume in Storage Spaces Direct.
Optional: Erweitern auf Cachelaufwerke
Mit seinen Standardeinstellungen schützt die geschachtelte Resilienz vor dem Verlust mehrerer Kapazitätslaufwerke gleichzeitig oder auf einem Server und einem Kapazitätslaufwerk gleichzeitig. Um diesen Schutz auf Cachelaufwerkezu erweitern, gibt es eine weitere Überlegung: Da Cachelaufwerke häufig Lese- und Schreibcache für mehrere Kapazitätslaufwerke bereitstellen, besteht die einzige Möglichkeit, den Verlust eines Cachelaufwerks zu tolerieren, wenn der andere Server ausgefallen ist, darin, auf das Zwischenspeichern von Schreibvorgängen zu verzichten, was jedoch die Leistung beeinträchtigt.
Um dieses Szenario zu beheben, bietet Storage Spaces Direct die Möglichkeit, die Schreibzwischenspeicherung automatisch zu deaktivieren, wenn ein Server in einem Zwei-Server-Cluster ausgefallen ist, und dann die Schreibzwischenspeicherung wieder zu aktivieren, sobald der Server wieder funktioniert. Um regelmäßige Neustarts ohne Leistungsbeeinträchtigung zu ermöglichen, wird die Schreibzwischenspeicherung erst deaktiviert, wenn der Server 30 Minuten lang heruntergefahren ist. Sobald das Zwischenspeichern von Schreibvorgängen deaktiviert ist, wird der Inhalt des Schreibcaches auf Kapazitätsgeräte geschrieben. Danach kann der Server ein fehlerhaftes Cache-Gerät auf dem Onlineserver tolerieren, obwohl Lesevorgänge aus dem Cache möglicherweise verzögert sind oder fehlschlagen, wenn ein Cache-Gerät ausfällt.
Anmerkung
Bei einem physischen System mit nur einem Cache (einem einzigen Medientyp) brauchen Sie die automatische Deaktivierung der Zwischenspeicherung von Schreibvorgängen nicht zu berücksichtigen, wenn ein Server in einem Cluster mit zwei Servern ausfällt. Sie müssen dies nur mit dem SBL-Cache (Storage Bus Layer) berücksichtigen, der nur erforderlich ist, wenn Sie HDDs verwenden.
(Optional) Um die Schreibzwischenspeicherung automatisch zu deaktivieren, wenn ein Server in einem Zwei-Server-Cluster deaktiviert ist, starten Sie PowerShell als Administrator, und führen Sie Folgendes aus:
Get-StorageSubSystem Cluster* | Set-StorageHealthSetting -Name "System.Storage.NestedResiliency.DisableWriteCacheOnNodeDown.Enabled" -Value "True"
Nach dem Festlegen auf Truelautet das Cacheverhalten:
| Situation | Cacheverhalten | Kann der Verlust von Cachelaufwerken toleriert werden? |
|---|---|---|
| Beide Server sind online | Lese- und Schreibvorgänge im Cache, vollständige Leistung | Ja |
| Server ausgefallen, erste 30 Minuten | Lese- und Schreibvorgänge im Cache, vollständige Leistung | Nein (vorübergehend) |
| Nach den ersten 30 Minuten | Nur Cachelesezugriff, beeinträchtigte Leistung | Ja (nachdem der Cache in Kapazitätslaufwerke geschrieben wurde) |
Häufig gestellte Fragen
Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen zur geschachtelten Resilienz.
Kann ich ein vorhandenes Volume zwischen Zwei-Wege-Spiegelung und geschachtelter Resilienz konvertieren?
Nein, Volumes können nicht zwischen Resilienztypen konvertiert werden. Für neue Bereitstellungen in Azure Local, Windows Server 2022 oder Windows Server 2019 entscheiden Sie vorab, welcher Resilienztyp Ihren Anforderungen am besten entspricht. Wenn Sie ein Upgrade von Windows Server 2016 durchführen, können Sie neue Volumes mit geschachtelter Ausfallsicherheit erstellen, Ihre Daten migrieren und dann die älteren Volumes löschen.
Kann ich geschachtelte Resilienz mit verschiedenen Kapazitätslaufwerktypen verwenden?
Ja, geben Sie den -MediaType im obigen Schritt 1 einfach den einzelnen Ebenen entsprechend an. Mit NVMe, SSD und HDD im selben Cluster stellt nvMe z. B. Cache bereit, während die beiden letztgenannten Kapazität bereitstellen: Legen Sie die NestedMirror-Ebene auf -MediaType SSD und die NestedParity-Ebene auf -MediaType HDDfest. In diesem Fall hängt die Effizienz der Paritätskapazität nur von der Anzahl der HDD-Laufwerke ab, und Sie benötigen mindestens 4 davon pro Server.
Kann ich verschachtelte Resilienz mit drei oder mehr Servern verwenden?
Nein, verwenden Sie nur geschachtelte Resilienz, wenn Ihr Cluster genau zwei Server aufweist.
Wie viele Laufwerke muss ich haben, um geschachtelte Resilienz zu verwenden?
Die Mindestanzahl der für "Direkte Speicherplätze" erforderlichen Laufwerke beträgt vier Kapazitätslaufwerke pro Serverknoten sowie zwei Cachelaufwerke pro Serverknoten (falls vorhanden). Dies ist von Windows Server 2016 unverändert. Es gibt keine andere Anforderung für geschachtelte Resilienz, und die Empfehlung für Reservekapazität ist ebenfalls unverändert.
Ändert die geschachtelte Resilienz die Art des Austauschs von Laufwerken?
Nein.
Ändert die geschachtelte Resilienz die Art des Austauschs von Serverknoten?
Nein. Gehen Sie wie folgt vor, um einen Serverknoten und seine Laufwerke zu ersetzen:
- Außerbetriebnahme der Laufwerke auf dem außer Betrieb zu nehmenden Server
- Hinzufügen des neuen Servers mit seinen Laufwerken zum Cluster
- Der Speicherpool wird neu ausgeglichen
- Entfernen des außer Betrieb zu nehmenden Servers und seiner Laufwerke
Ausführliche Informationen finden Sie im Artikel Entfernen von Servern.