Odporność zagnieżdżona dla Bezpośrednie miejsca do magazynowania

  • Artykuł

Dotyczy: Azure Stack HCI, wersje 22H2 i 21H2; Windows Server 2022 i Windows Server 2019

Zagnieżdżone odporność to możliwość Bezpośrednie miejsca do magazynowania w usługach Azure Stack HCI i Windows Server. Dzięki temu klaster z dwoma serwerami może wytrzymać wiele awarii sprzętowych w tym samym czasie bez utraty dostępności magazynu, dzięki czemu użytkownicy, aplikacje i maszyny wirtualne będą nadal działać bez zakłóceń. W tym artykule wyjaśniono, jak działa zagnieżdżona odporność, zawiera instrukcje krok po kroku umożliwiające rozpoczęcie pracy i odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania.

Zanim rozpoczniesz

Rozważ zagnieżdżone odporność, jeśli:

  • Klaster uruchamia jeden z następujących systemów operacyjnych: Azure Stack HCI, wersja 21H2, Azure Stack HCI, wersja 20H2, Windows Server 2022 lub Windows Server 2019; I
  • Klaster ma dokładnie dwa węzły serwera.

Nie można użyć odporności zagnieżdżonej, jeśli:

  • Klaster działa Windows Server 2016; lub
  • Klaster ma tylko jeden węzeł serwera lub ma co najmniej trzy węzły serwera.

Dlaczego zagnieżdżona odporność

Woluminy korzystające z odporności zagnieżdżonej mogą pozostać w trybie online i dostępne, nawet jeśli wiele awarii sprzętowych wystąpi w tym samym czasie, w przeciwieństwie do klasycznej odporności dublowania dwukierunkowego . Jeśli na przykład dwa dyski kończą się niepowodzeniem w tym samym czasie lub jeśli serwer ulegnie awarii, woluminy używające zagnieżdżonej odporności pozostają w trybie online i są dostępne. W przypadku infrastruktury hiperkonwergentnej zwiększa to czas pracy aplikacji i maszyn wirtualnych; w przypadku obciążeń serwera plików oznacza to, że użytkownicy mają nieprzerwany dostęp do swoich plików.

Diagram przedstawiający dostępność magazynu.

Kompromis polega na tym, że zagnieżdżone odporność ma niższą wydajność niż klasyczne dublowanie dwukierunkowe, co oznacza, że uzyskujesz nieco mniej miejsca do użycia. Aby uzyskać szczegółowe informacje, zobacz sekcję Wydajność pojemności poniżej.

Jak to działa

W tej sekcji przedstawiono tło odporności zagnieżdżonej dla Bezpośrednie miejsca do magazynowania i opisano dwie nowe opcje odporności i ich wydajność.

Inspiracja: RAID 5+1

RAID 5+1 to ustanowiona forma odporności magazynu rozproszonego, która zapewnia przydatne tło do zrozumienia odporności zagnieżdżonej. W systemie RAID 5+1 w ramach każdego serwera lokalna odporność jest zapewniana przez macierz RAID-5 lub pojedynczą parzystość, aby chronić przed utratą dowolnego dysku pojedynczego. Następnie dodatkowa odporność jest zapewniana przez dublowanie raid-1 lub dublowanie dwukierunkowe między dwoma serwerami w celu ochrony przed utratą jednego z serwerów.

Diagram przedstawiający macierz RAID 5+1.

Opcje odporności

Bezpośrednie miejsca do magazynowania w usłudze Azure Stack HCI i Systemie Windows Server oferuje dwie opcje odporności zaimplementowane w oprogramowaniu bez konieczności używania wyspecjalizowanego sprzętu RAID:

  • Zagnieżdżone dublowanie dwukierunkowe. W ramach każdego serwera lokalna odporność jest zapewniana przez dublowanie dwukierunkowe, a następnie dalszą odporność jest zapewniana przez dublowanie dwukierunkowe między dwoma serwerami. Jest to zasadniczo dublowanie czterokierunkowe, z dwoma kopiami na każdym serwerze, które znajdują się na różnych dyskach fizycznych. Dublowanie dwukierunkowe zapewnia bezkompromisową wydajność: zapisy przechodzą do wszystkich kopii i odczytów pochodzą z dowolnej kopii.

    Diagram przedstawiający zagnieżdżone dublowanie dwukierunkowe.

  • Parzystość przyspieszona przez dublowanie. Połącz dublowanie dwukierunkowe z poprzedniego obrazu z zagnieżdżonym parzystością. Na każdym serwerze lokalna odporność większości danych jest dostarczana przez arytmetyczną parzystość jedno bitową, z wyjątkiem nowych ostatnich zapisów, które używają dublowania dwukierunkowego. Następnie dodatkowa odporność na wszystkie dane jest dostarczana przez dwukierunkowe dublowanie między serwerami. Nowe zapisy na woluminie przechodzą do części dublowania z dwoma kopiami na oddzielnych dyskach fizycznych na każdym serwerze. W ramach dublowania woluminu wypełnia się na każdym serwerze najstarsze dane są konwertowane i zapisywane w części parzystości w tle. W związku z tym każdy serwer ma dane dla woluminu w dwukierunkowym dublowania lub w jednej strukturze parzystości. Jest to podobne do sposobu działania parzystości przyspieszanej przez dublowanie — z różnicą, że parzystość przyspieszana przez dublowanie wymaga czterech serwerów w klastrze i puli magazynów oraz używa innego algorytmu parzystości.

    Diagram przedstawiający zagnieżdżoną parzystość przyspieszaną przez dublowanie.

Wydajność pojemności

Wydajność pojemności jest współczynnikiem miejsca do wykorzystania w woluminie. Opisuje ona obciążenie pojemności związane z odpornością i zależy od wybranej opcji odporności. W prostym przykładzie przechowywanie danych bez odporności wynosi 100% wydajności (1 TB danych zajmuje 1 TB pojemności magazynu fizycznego), a dublowanie dwukierunkowe to 50% wydajności (1 TB danych zajmuje 2 TB pojemności magazynu fizycznego).

  • Zagnieżdżone dublowanie dwukierunkowe zapisuje cztery kopie wszystkiego. Oznacza to, że do przechowywania 1 TB danych potrzebne jest 4 TB pojemności magazynu fizycznego. Chociaż jego prostota jest atrakcyjna, zagnieżdżona wydajność dublowania dwukierunkowego wynosi 25% jest najniższą opcją odporności w Bezpośrednie miejsca do magazynowania.

  • Zagnieżdżone parzystość przyspieszane przez dublowanie osiąga większą wydajność, około 35%-40%, która zależy od dwóch czynników: liczby dysków pojemności na każdym serwerze oraz kombinacji dublowania i parzystości określonej dla woluminu. Ta tabela zawiera wyszukiwanie typowych konfiguracji:

    Dyski pojemności na serwer Dublowanie w 10% Dublowanie w 20% Dublowanie w 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%

    Poniżej przedstawiono przykład pełnej matematyki. Załóżmy, że mamy sześć dysków pojemności na każdym z dwóch serwerów i chcemy utworzyć jeden wolumin o pojemności 100 GB składający się z 10 GB dublowania i 90 GB parzystości. Dublowanie dwukierunkowe serwera jest wydajne o 50,0%, co oznacza, że 10 GB danych dublowania zajmuje 20 GB do przechowywania na każdym serwerze. Dublowane na obu serwerach łączny rozmiar wynosi 40 GB. W tym przypadku pojedyncza parzystość serwera jest 5/6 = 83,3% wydajna, co oznacza, że 90 GB danych parzystości zajmuje 108 GB do przechowywania na każdym serwerze. Dublowane na obu serwerach łączny rozmiar wynosi 216 GB. Całkowity ślad wynosi zatem [(10 GB / 50,0%) + (90 GB / 83,3%)] × 2 = 256 GB, co daje 39,1% ogólnej wydajności.

    Zwróć uwagę, że wydajność klasycznego dublowania dwukierunkowego (około 50%) i zagnieżdżonego parzystości przyspieszanej przez dublowanie (do 40%) nie różni się bardzo. W zależności od wymagań nieco niższa wydajność pojemności może być warta znacznego wzrostu dostępności magazynu. Wybierasz odporność na wolumin, aby można było mieszać zagnieżdżone woluminy odporności i klasyczne woluminy dublowane dwukierunkowe w tym samym klastrze.

    Diagram przedstawiający kompromis między dublowaniem dwukierunkowym i zagnieżdżonym parzystością przyspieszoną dublowaniem.

Tworzenie zagnieżdżonych woluminów odporności

Za pomocą znanych poleceń cmdlet magazynu w programie PowerShell można tworzyć woluminy z zagnieżdżonym odpornością, zgodnie z opisem w poniższej sekcji.

Krok 1. Tworzenie szablonów warstw magazynowania (tylko system Windows Server 2019)

System Windows Server 2019 wymaga utworzenia nowych szablonów warstwy magazynowania przy użyciu polecenia cmdlet przed utworzeniem New-StorageTier woluminów. Wystarczy to zrobić raz, a następnie każdy utworzony wolumin może odwoływać się do tych szablonów.

Uwaga

Jeśli korzystasz z systemu Windows Server 2022, Azure Stack HCI 21H2 lub Azure Stack HCI 20H2, możesz pominąć ten krok.

-MediaType Określ wybrane dyski pojemności i opcjonalnie-FriendlyName. Nie modyfikuj innych parametrów.

Jeśli na przykład dyski pojemności są dyskami twardymi (HDD), uruchom program PowerShell jako administrator i uruchom następujące polecenia cmdlet.

Aby utworzyć warstwę NestedMirror:

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

Aby utworzyć warstwę NestedParity:

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

Jeśli dyski pojemności są dyskami półprzewodnikowymi (SSD), ustaw wartość -MediaTypeSSD zamiast tego i zmień wartość na -FriendlyName*OnSSD. Nie modyfikuj innych parametrów.

Porada

Sprawdź, czy Get-StorageTier warstwy zostały pomyślnie utworzone.

Krok 2. Tworzenie zagnieżdżonych woluminów

Utwórz nowe woluminy przy użyciu New-Volume polecenia cmdlet .

  • Zagnieżdżone dublowanie dwukierunkowe

    Aby użyć dublowania dwukierunkowego, odwołaj się do szablonu NestedMirror warstwy i określ rozmiar. Na przykład:

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

    Jeśli dyski pojemności są dyskami półprzewodnikowymi (SSD), zmień wartość -StorageTierFriendlyNames na *OnSSD.

  • Parzystość przyspieszona przez dublowanie zagnieżdżone

    Aby użyć zagnieżdżonej parzystości przyspieszonej przez dublowanie, odwołaj się zarówno do NestedMirror szablonów warstw, jak i NestedParity określ dwa rozmiary, jeden dla każdej części woluminu (najpierw dublowanie drugie, parzystość). Aby na przykład utworzyć jeden wolumin 500 GB, który jest zagnieżdżony w 20% dublowany dwukierunkowo i 80% zagnieżdżonych parzystości, uruchom polecenie:

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

    Jeśli dyski pojemności są dyskami półprzewodnikowymi (SSD), zmień wartość -StorageTierFriendlyNames na *OnSSD.

Krok 3. Kontynuuj w Windows Admin Center

Woluminy korzystające z odporności zagnieżdżonej są wyświetlane w Windows Admin Center z wyraźnym etykietowaniem, jak na poniższym zrzucie ekranu. Po utworzeniu można zarządzać nimi i monitorować je przy użyciu Windows Admin Center tak samo jak w przypadku każdego innego woluminu w Bezpośrednie miejsca do magazynowania.

Zarządzanie woluminami w Windows Admin Center.

Opcjonalnie: Rozszerzanie na dyski pamięci podręcznej

W przypadku ustawień domyślnych zagnieżdżona odporność chroni przed utratą wielu dysków pojemności w tym samym czasie lub jednego serwera i jednego dysku pojemności w tym samym czasie. Aby rozszerzyć tę ochronę na dyski pamięci podręcznej, istnieje inna kwestia: ponieważ dyski pamięci podręcznej często zapewniają buforowanie odczytu i zapisu dla wielu dysków pojemności, jedynym sposobem zapewnienia, że można tolerować utratę dysku pamięci podręcznej, gdy drugi serwer nie działa, to nie buforować zapisów, ale ma to wpływ na wydajność.

Aby rozwiązać ten scenariusz, Bezpośrednie miejsca do magazynowania oferuje opcję automatycznego wyłączania buforowania zapisu, gdy jeden serwer w klastrze z dwoma serwerami nie działa, a następnie ponownie włącz buforowanie zapisu po utworzeniu kopii zapasowej serwera. Aby umożliwić rutynowe ponowne uruchamianie bez wpływu na wydajność, buforowanie zapisu nie jest wyłączone, dopóki serwer nie zostanie wyłączony przez 30 minut. Po wyłączeniu buforowania zapisu zawartość pamięci podręcznej zapisu jest zapisywana na urządzeniach pojemności. Po tym serwer może tolerować urządzenie pamięci podręcznej, które nie powiodło się na serwerze online, chociaż odczyty z pamięci podręcznej mogą być opóźnione lub kończą się niepowodzeniem w przypadku awarii urządzenia pamięci podręcznej.

Uwaga

W przypadku całego systemu fizycznego pamięci podręcznej (pojedynczego typu nośnika) nie trzeba uwzględniać automatycznego wyłączania buforowania zapisu, gdy jeden serwer w klastrze z dwoma serwerami nie działa. Należy wziąć pod uwagę tylko pamięć podręczną warstwy magistrali magazynu (SBL), która jest wymagana tylko wtedy, gdy używasz dysków HDD.

(Opcjonalnie) Aby automatycznie wyłączyć buforowanie zapisu, gdy jeden serwer w klastrze z dwoma serwerami nie działa, uruchom program PowerShell jako administrator i uruchom polecenie:

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

Po ustawieniu wartości True zachowanie pamięci podręcznej to:

Sytuacji Zachowanie pamięci podręcznej Czy można tolerować utratę dysku pamięci podręcznej?
Oba serwery są w górę Odczyty i zapisy w pamięci podręcznej, pełna wydajność Tak
Serwer w dół, pierwsze 30 minut Odczyty i zapisy w pamięci podręcznej, pełna wydajność Nie (tymczasowo)
Po pierwszych 30 minutach Tylko odczyty pamięci podręcznej, wydajność, której dotyczy problem Tak (po zapisaniu pamięci podręcznej na dyskach pojemności)

Często zadawane pytania

Znajdź odpowiedzi na często zadawane pytania dotyczące odporności zagnieżdżonej.

Czy mogę przekonwertować istniejący wolumin między dwukierunkową odpornością dublowania i zagnieżdżonym?

Nie, woluminy nie mogą być konwertowane między typami odporności. W przypadku nowych wdrożeń w usłudze Azure Stack HCI, Windows Server 2022 lub Windows Server 2019 zdecyduj przed upływem czasu, który typ odporności najlepiej odpowiada Twoim potrzebom. Jeśli przeprowadzasz uaktualnienie z Windows Server 2016, możesz utworzyć nowe woluminy z zagnieżdżonym odpornością, zmigrować dane, a następnie usunąć starsze woluminy.

Czy można używać odporności zagnieżdżonej z wieloma typami dysków pojemności?

Tak, należy odpowiednio określić -MediaType każdą warstwę w kroku 1 powyżej. Na przykład w przypadku dysków NVMe, SSD i HDD w tym samym klastrze urządzenie NVMe zapewnia pamięć podręczną, podczas gdy dwa ostatnie zapewniają pojemność: ustaw NestedMirror warstwę na -MediaType SSD i NestedParity warstwę na -MediaType HDD. W takim przypadku wydajność wydajności parzystości zależy tylko od liczby dysków HDD i potrzebujesz co najmniej 4 z nich na serwer.

Czy mogę używać odporności zagnieżdżonej z co najmniej trzema serwerami?

Nie, używaj odporności zagnieżdżonej tylko wtedy, gdy klaster ma dokładnie dwa serwery.

Ile dysków muszę używać odporności zagnieżdżonej?

Minimalna liczba dysków wymaganych do Bezpośrednie miejsca do magazynowania to cztery dyski pojemności na węzeł serwera oraz dwa dyski pamięci podręcznej na węzeł serwera (jeśli istnieje). Nie zmienia się to od Windows Server 2016. Nie ma innego wymogu odporności zagnieżdżonej, a zalecenie dotyczące pojemności rezerwowej również nie zmienia się.

Czy zagnieżdżone odporność zmienia sposób działania wymiany dysku?

Nie.

Czy zagnieżdżone odporność zmienia sposób działania zamiany węzła serwera?

Nie. Aby zastąpić węzeł serwera i jego dyski, wykonaj następującą kolejność:

  1. Wycofywanie dysków na serwerze wychodzącym
  2. Dodaj nowy serwer ze swoimi dyskami do klastra
  3. Pula magazynów zostanie ponownie zrównoważyna
  4. Usuwanie serwera wychodzącego i jego dysków

Aby uzyskać szczegółowe informacje, zobacz artykuł Usuwanie serwerów .

Następne kroki