Geneste veerkracht voor Storage Spaces Direct

Geneste veerkracht is een functie van Opslagruimten Direct in Azure Stack en Windows Server. Hiermee kan een cluster met twee servers tegelijkertijd bestand zijn tegen meerdere hardwarefouten zonder verlies van opslagbeschikbaarheid, zodat gebruikers, apps en virtuele machines zonder onderbreking kunnen blijven werken. In dit artikel wordt uitgelegd hoe geneste veerkracht werkt, bevat stapsgewijze instructies om aan de slag te gaan en beantwoordt de meest gestelde vragen.

Voordat u begint

Overweeg geneste veerkracht als:

• Uw cluster voert een van deze besturingssystemen uit: Azure Local, versie 22H2 of hoger, Windows Server 2019 of hoger; en
• Uw cluster heeft precies twee serverknooppunten.

U kunt geneste tolerantie niet gebruiken als:

• Uw cluster voert Windows Server 2016 uit; of
• Uw cluster heeft slechts één serverknooppunt of heeft drie of meer serverknooppunten.

Waarom geneste veerkrachtigheid

Volumes die gebruikmaken van geneste tolerantie, kunnen online blijven en toegankelijk blijven, zelfs als er tegelijkertijd meerdere hardwarefouten optreden, in tegenstelling tot klassieke tolerantie voor spiegeling in twee richtingen . Als bijvoorbeeld twee schijven tegelijkertijd uitvallen, of als een server uitvalt en een schijf faalt, blijven volumes die geneste betrouwbaarheid gebruiken online en toegankelijk. Voor hypergeconvergeerde infrastructuur verhoogt dit de uptime voor apps en virtuele machines; voor bestandsserverworkloads betekent dit dat gebruikers ononderbroken toegang hebben tot hun bestanden.

De afweging is dat geneste veerkracht een lagere capaciteitsefficiëntie heeft dan klassieke tweerichtingsspiegeling, wat betekent dat u iets minder bruikbare ruimte krijgt. Zie de sectie Capaciteitsefficiëntie in de volgende sectie voor meer informatie.

Hoe het werkt

Deze sectie bevat de achtergrond van geneste tolerantie voor Opslagruimten Direct en beschrijft de twee nieuwe tolerantieopties en hun capaciteitsefficiëntie.

Inspiratie: RAID 5+1

RAID 5+1 is een gevestigde vorm van gedistribueerde opslagveerkracht die nuttige achtergrond biedt voor inzicht in geneste veerkracht. In RAID 5+1, binnen elke server, wordt lokale tolerantie geleverd door RAID-5 of één pariteit, om te beschermen tegen het verlies van een enkele schijf. Vervolgens wordt verdere tolerantie geboden door RAID-1, of spiegeling in twee richtingen, tussen de twee servers om te beschermen tegen het verlies van een van beide servers.

Opties voor tolerantie

Opslagruimten Direct in Azure Local en Windows Server biedt twee tolerantieopties die zijn geïmplementeerd in software, zonder dat speciale RAID-hardware nodig is:

• Ingebouwde tweerichtingsspiegel. Binnen elke server wordt lokale tolerantie geboden door spiegeling in twee richtingen en vervolgens wordt verdere tolerantie geboden door spiegeling in twee richtingen tussen de twee servers. Het is in wezen een spiegel in vier richtingen, met twee kopieën op elke server die zich op verschillende fysieke schijven bevinden. Ingebedde tweerichtingsspiegeling biedt compromisloze prestaties: schrijfbewerkingen worden naar alle kopieën gestuurd en leesbewerkingen kunnen van elke kopie komen.

  

• Geneste pariteit met versnelling op basis van spiegeling. Combineer geneste spiegeling in twee richtingen, uit de vorige afbeelding, met geneste pariteit. Binnen elke server wordt lokale tolerantie voor de meeste gegevens geboden door rekenkundige berekeningen met één bitsgewijze pariteit, met uitzondering van nieuwe recente schrijfbewerkingen die gebruikmaken van spiegeling in twee richtingen. Vervolgens wordt verdere veerkracht voor alle gegevens geboden door tweewegspiegeling tussen de servers. Nieuwe schrijfbewerkingen naar het volume gaan naar het gespiegelde deel met twee kopieën op afzonderlijke fysieke schijven op elke server. Als het gespiegelde deel van het volume op elke server wordt gevuld, worden de oudste gegevens geconverteerd en opgeslagen in het pariteitsonderdeel op de achtergrond. Als gevolg hiervan heeft elke server de gegevens voor het volume in twee richtingen of in één pariteitsstructuur. Dit is vergelijkbaar met de werking van pariteit met versnelling op basis van spiegeling. Het verschil is dat pariteit met versnelling met spiegeling vier servers in het cluster en de opslaggroep vereist en een ander pariteitsalgoritmen gebruikt.

  

Capaciteitsefficiëntie

Capaciteitsefficiëntie is de verhouding tussen bruikbare ruimte en volumevoetafdruk. Hierin wordt de capaciteitsoverhead beschreven die toe te schrijven is aan tolerantie en is afhankelijk van de tolerantieoptie die u kiest. Als eenvoudig voorbeeld is het opslaan van gegevens zonder tolerantie 100% capaciteit efficiënt is (1 TB aan gegevens neemt 1 TB fysieke opslagcapaciteit in beslag), terwijl spiegeling in twee richtingen 50% efficiënt is (1 TB aan gegevens neemt 2 TB fysieke opslagcapaciteit in beslag).

• Geneste spiegel in twee richtingen schrijft vier kopieën van alles. Dit betekent dat u voor het opslaan van 1 TB aan gegevens 4 TB aan fysieke opslagcapaciteit nodig hebt. Hoewel de eenvoud aantrekkelijk is, is de capaciteitsefficiëntie van een geneste tweerichtingsspiegel van 25% het laagste van elke veerkrachtoptie in Storage Spaces Direct.

• Geneste spiegelversnelde pariteit bereikt een hogere capaciteitsefficiency, ongeveer 35%-40%, afhankelijk van twee factoren: het aantal capaciteitsschijven in elke server en de mix van spiegelen en pariteit die u voor het volume opgeeft. Deze tabel bevat een zoekactie voor algemene configuraties:

  Capaciteitsschijven per server	10% spiegel	20% spiegel	30% spiegel
  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%

  Hier volgt een voorbeeld van de volledige wiskunde. Stel dat er zes capaciteitsstations op elk van twee servers zijn en dat we één volume van 100 GB willen maken dat bestaat uit 10 GB aan spiegeling en 90 GB pariteit. Tweerichtingsspiegel, lokaal op de server, heeft een efficiëntie van 50,0%, wat betekent dat de 10 GB aan gespiegelde gegevens 20 GB in beslag neemt om op elke server op te slaan. Gespiegeld aan beide servers is de totale footprint 40 GB. Server-lokale enkele pariteit, in dit geval, is 5/6 = 83,3% efficiënt, wat betekent dat de 90 GB pariteitsgegevens 108 GB nodig hebben om op elke server op te slaan. Gespiegeld aan beide servers is de totale footprint 216 GB. De totale footprint is dus [(10 GB / 50,0%) + (90 GB / 83,3%)] × 2 = 256 GB, voor 39,1% totale capaciteitsefficiëntie.

  U ziet dat de capaciteitsefficiëntie van klassieke tweerichtingspiegeling (ongeveer 50%) en geneste spiegelversnelde pariteit (tot 40%) niet veel verschillen. Afhankelijk van uw vereisten kan de iets lagere capaciteitsefficiëntie de aanzienlijke toename van de beschikbaarheid van opslagruimte waard zijn. U kiest tolerantie per volume, zodat u geneste tolerantievolumes en klassieke tweerichtingsspiegelvolumes binnen hetzelfde cluster kunt combineren.

  

Geneste tolerantievolumes maken

U kunt bekende cmdlets voor opslag in PowerShell gebruiken om volumes met geneste veerkracht te maken, zoals beschreven in de volgende sectie.

Stap 1: Opslaglaagsjablonen maken (alleen Windows Server 2019)

Voor Windows Server 2019 moet u nieuwe opslaglaagsjablonen maken met behulp van de New-StorageTier cmdlet voordat u volumes maakt. U hoeft dit slechts één keer te doen en vervolgens kan elk nieuw volume dat u maakt verwijzen naar deze sjablonen.

Note

Als u Windows Server 2022, Azure Stack HCI, versie 21H2 of Azure Stack HCI, versie 20H2, gebruikt, kunt u deze stap overslaan.

Specificeer de -MediaType van uw capaciteitsschijven en, indien gewenst, de -FriendlyName van uw keuze. Wijzig geen andere parameters.

Als uw capaciteitsstations bijvoorbeeld harde schijven (HDD) zijn, start u PowerShell als administrator en voert u de volgende cmdlets uit.

Volg de volgende stappen om een NestedMirror-laag te maken:

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

Maak een NestedParity-laag aan:

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

Als uw capaciteitsdrives SSD's (Solid-State Drives) zijn, stelt u -MediaType in op SSD en wijzigt u -FriendlyName naar *OnSSD. Wijzig geen andere parameters.

Tip

Get-StorageTier Controleer of de lagen zijn gemaakt.

Stap 2: Maak geneste schijven

Maak nieuwe volumes met behulp van de New-Volume cmdlet.

• Geneste spiegel in twee richtingen

  Als u een geneste tweerichtingsspiegel wilt gebruiken, raadpleegt u de NestedMirror laagsjabloon en geeft u de grootte op. Voorbeeld:

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

  Als uw opslagdrives solid-state drives (SSD's) zijn, wijzigt u -StorageTierFriendlyNames in *OnSSD.

• Geneste spiegelversnelde pariteit

  Om geneste spiegelversnelde pariteit te gebruiken, verwijst u naar zowel de NestedMirror als de NestedParity laag sjablonen en geeft u twee groottes op, één voor elk deel van het volume (eerst spiegel, daarna pariteit). Als u bijvoorbeeld een volume van 500 GB wilt maken dat 20% tweezijdige geneste spiegel en 80% geneste pariteit is, voert u het volgende uit:

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

  Als uw opslagdrives solid-state drives (SSD's) zijn, wijzigt u -StorageTierFriendlyNames in *OnSSD.

Stap 3: Doorgaan in het Windows-beheercentrum

Volumes die gebruikmaken van geneste veerkracht worden weergegeven in Windows Admin Center met duidelijke etiketten, zoals in de volgende schermopname. Zodra ze zijn gemaakt, kunt u ze beheren en bewaken met behulp van het Windows-beheercentrum, net als elk ander volume in Opslagruimten Direct.

Optioneel: uitbreiden naar cache-schijven

Met de standaardinstellingen beschermt geneste tolerantie tegen het verlies van meerdere capaciteitsstations tegelijk, of één server en één capaciteitsstation tegelijk. Om deze bescherming uit te breiden naar cachestations, is er nog een andere overweging: omdat cachestations vaak lees- en schrijfcache bieden voor meerdere capaciteitstations, is de enige manier om te garanderen dat u het verlies van een cachestation kunt verdragen wanneer de andere server uitvalt om geen schrijfbewerkingen in de cache op te slaan, wat echter de prestaties beïnvloedt.

Om dit scenario aan te pakken, biedt Opslagruimten Direct de mogelijkheid om schrijfcaching automatisch uit te schakelen wanneer één server in een cluster met twee servers uitvalt en schrijfcache vervolgens opnieuw inschakelen zodra de server een back-up heeft. Om routine herstarts zonder prestatieverlies mogelijk te maken, wordt schrijfcache pas uitgeschakeld nadat de server 30 minuten offline is geweest. Zodra schrijfcache is uitgeschakeld, wordt de inhoud van de schrijfcache naar capaciteitsapparaten geschreven. Hierna kan de server een mislukt cacheapparaat op de onlineserver tolereren, hoewel leesbewerkingen uit de cache mogelijk worden vertraagd of mislukken als een cacheapparaat mislukt.

Note

Voor een fysiek systeem met alle caches (één mediatype) hoeft u niet te overwegen om schrijfcaching automatisch uit te schakelen wanneer één server in een cluster met twee servers uitvalt. U moet dit alleen overwegen met de SBL-cache (Storage Bus Layer), die alleen vereist is als u HDD's gebruikt.

(Optioneel) Als u schrijfcaching automatisch wilt uitschakelen wanneer één server in een cluster met twee servers offline is, start u PowerShell als beheerder en voert u het volgende uit:

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

Zodra deze is ingesteld op Waar, is het cachegedrag:

Situation	Cachegedrag	Kan verlies van een cacheschijf worden getolereerd?
Beide servers actief	Lees- en schrijfbewerkingen in cache, volledige prestaties	Yes
Server offline, eerste 30 minuten	Lees- en schrijfbewerkingen in cache, volledige prestaties	Nee (tijdelijk)
Na de eerste 30 minuten	Alleen lezen van cache, prestatie geschaad	Ja (nadat de cache is weggeschreven naar capacitieve schijven)

Veelgestelde vragen

Vind antwoorden op veelgestelde vragen over geneste veerkracht.

Kan ik een bestaand volume converteren tussen tweerichtingsspiegel en geneste weerbaarheid?

Nee, volumes kunnen niet tussen verschillende resilience-opties worden omgezet. Voor nieuwe implementaties in Azure Local, Windows Server 2022 of Windows Server 2019 bepaalt u op voorhand welk tolerantietype het beste bij uw behoeften past. Als u een upgrade uitvoert van Windows Server 2016, kunt u nieuwe volumes maken met geneste tolerantie, uw gegevens migreren en vervolgens de oudere volumes verwijderen.

Kan ik geneste veerkracht gebruiken met meerdere typen capaciteitsschijven?

Ja, specificeer het -MediaType van elk niveau overeenkomstig tijdens stap 1 hierboven. Met NVMe, SSD en HDD in hetzelfde cluster biedt de NVMe bijvoorbeeld cache terwijl de laatste twee capaciteit bieden: stel de NestedMirror laag -MediaType SSD in op en de NestedParity laag op -MediaType HDD. In dit geval is de efficiëntie van de pariteitscapaciteit afhankelijk van het aantal HDD-schijven en hebt u ten minste 4 schijven per server nodig.

Kan ik geneste redundantie gebruiken met drie of meer servers?

Nee, gebruik alleen geneste tolerantie als uw cluster precies twee servers heeft.

Hoeveel stations moet ik geneste tolerantie gebruiken?

Het minimale aantal vereiste stations voor Opslagruimten Direct is vier capaciteitsstations per serverknooppunt, plus twee cachestations per serverknooppunt (indien van toepassing). Dit is ongewijzigd ten laste van Windows Server 2016. Er is geen andere vereiste voor geneste tolerantie en de aanbeveling voor reservecapaciteit is ook ongewijzigd.

Verandert geneste veerkracht hoe de schijfvervanging werkt?

No.

Heeft geneste veerkracht invloed op de werkwijze van het vervangen van serverknooppunten?

No. Als u een serverknooppunt en de bijbehorende stations wilt vervangen, volgt u deze volgorde:

1. De schijven op de uitgaande server deactiveren.
2. De nieuwe server, met de schijven, toevoegen aan het cluster
3. De opslaggroep wordt opnieuw in balans gebracht
4. De uitgaande server en de bijbehorende schijven verwijderen

Zie het artikel Servers verwijderen voor meer informatie.

Volgende stappen

• Overzicht van Storage Spaces Direct
• Fouttolerantie in Opslagruimten Direct begrijpen
• Volumes plannen in Opslagruimten Direct
• Volumes maken in Storage Spaces Direct