Обзор функции "Storage Replica"

Реплику хранилища в Windows Server можно использовать для репликации томов между серверами или кластерами для аварийного восстановления. Вы также можете использовать его для создания межсайтовых кластеров отказоустойчивости, охватывающих два участка, при этом все узлы остаются синхронизированными.

Реплика хранилища поддерживает синхронную и асинхронную репликацию:

• Synchronous replication mirrors data within a low-latency network site with crash-consistent volumes to ensure zero data loss at the file system level during a failure.
• Asynchronous replication mirrors data across sites beyond metropolitan ranges over network links with higher latencies, but without a guarantee that both sites have identical copies of the data at the time of a potential failure.

Почему стоит использовать реплику хранилища?

Storage Replica предоставляет возможности для аварийного восстановления и повышения готовности в Windows Server. Storage Replica в Windows Server обеспечивает гарантию отсутствия потери данных и возможность синхронно защищать данные на разных стойках, этажах, зданиях, кампусах, районах и городах. После аварии все данные существуют в другом месте без возможности потери. The same applies before a disaster. Реплика хранилища позволяет переключать рабочие нагрузки в безопасные расположения без потери данных перед катастрофой при наличии нескольких минут предупреждения.

Используйте реплику хранилища для более эффективного использования нескольких центров обработки данных. Растягивая или реплицируя кластеры, вы можете запускать рабочие нагрузки в нескольких центрах обработки данных для быстрого доступа к данным пользователям и приложениям близкого взаимодействия. Вы также получаете более эффективное распределение нагрузки и использование вычислительных ресурсов. Если катастрофа выводит из строя один центр обработки данных, можно временно переместить типичные рабочие нагрузки на другую площадку.

При реализации Storage Replica вы можете вывести из эксплуатации существующие системы репликации файлов, такие как репликация DFS, которые использовались как недорогие решения для аварийного восстановления. Хотя репликация DFS хорошо работает над сетями с низкой пропускной способностью, ее задержка высока. Задержка в этом сценарии часто измеряется в часах или днях. Высокая задержка обусловлена требованием закрытия файлов и их искусственными ограничениями, которые предназначены для предотвращения перегрузки сети. Из-за этих характеристик проектирования самые новые и востребованные файлы в реплике системы репликации DFS имеют наименьшую вероятность репликации.

Репликация хранилища выполняется ниже уровня файла и не имеет этих ограничений.

Средство Storage Replica также поддерживает асинхронную репликацию для более широких диапазонов и сетей с более высокой задержкой. Поскольку продукт не основан на контрольной точке, а вместо этого постоянно реплицируется, дельта изменений, как правило, значительно ниже, чем у продуктов, основанных на моментальных снимках.

Storage Replica работает на уровне раздела и поэтому реплицирует все моментальные снимки службы теневого копирования томов (VSS), созданные с помощью Windows Server или программного обеспечения резервного копирования. С помощью моментальных снимков VSS можно получать снимки данных, согласованные с приложением, для восстановления на определенный момент времени, особенно для неструктурированных пользовательских данных, которые реплицируются асинхронно.

Supported configurations

Реплику хранилища можно развернуть в растянутом кластере, между кластерами и в конфигурации сервер-сервер.

Репликация растянутого кластера

Используйте репликацию растянутого кластера для репликации данных между компьютерами и хранилищем в одном кластере. В этом сценарии некоторые узлы совместно используют набор асимметричного хранилища, а некоторые узлы используют другой набор хранилища. Затем они синхронно или асинхронно реплицируются с учетом особенностей сайта.

В репликации растянутого кластера Storage Replica можно использовать дисковые пространства с общим хранилищем Serial Attached SCSI (SAS), логическими единицами хранения (LUN) на базе Storage Area Network (SAN) и подключенными к iSCSI LUN.

Вы управляете конфигурацией растянутого кластера с помощью PowerShell и графического средства диспетчера отказоустойчивости кластеров. Сценарий поддерживает автоматическое переключение нагрузки при сбоях.

На следующем рисунке показана репликация хранилища в растянутом кластере с помощью реплики хранилища:

Схема

Cluster-to-cluster replication

In cluster-to-cluster replication, one cluster synchronously or asynchronously replicates with another cluster.

В кластерной репликации в Storage Replica можно использовать локальные дисковые пространства, дисковые пространства с общим SAS-хранилищем, LUN хранилищ SAN и LUN, подключенные через iSCSI.

Вы управляете конфигурацией кластера в кластере с помощью Windows Admin Center и PowerShell. Для конфигурации требуется ручное вмешательство для переключения при отказе.

На следующем рисунке показана репликация хранилища между кластерами с помощью реплики хранилища:

Server-to-server replication

Server-to-server replication is synchronous and asynchronous replication between two standalone servers.

В этом сценарии можно использовать дисковые пространства с общим хранилищем SAS, SAN LUN, подключенными к iSCSI LUN и локальными дисками.

Вы управляете конфигурацией сервер-сервер с помощью Windows Admin Center и PowerShell. Для конфигурации требуется ручное вмешательство для переключения при отказе.

На следующем рисунке показана репликация хранилища между серверами с помощью реплики хранилища:

Note

Вы также можете настроить самостоятельную репликацию между серверами с помощью четырех отдельных томов на одном компьютере. Однако эта статья не охватывает этот сценарий.

Возможности реплики хранилища

Реплика хранилища в Windows Server предоставляет следующие возможности:

• нулевая потеря данных и репликация на уровне блоков. При синхронной репликации нет возможности потери данных. При блочной репликации блокировка файлов невозможна.

• Удобное развертывание и управление. Репликация данных в хранилище разработана для простоты использования. Windows Admin Center можно использовать для создания партнерства репликации между двумя серверами. Используйте интуитивно понятный мастер в знакомом средстве диспетчера отказоустойчивости кластеров для развертывания растянутых кластеров.

• Гость и хозяин. Все возможности реплики хранилища можно использовать и в виртуализированных гостевых развертываниях, и в развертываниях на основе узла. Гости могут реплицировать тома данных, даже если они работают на платформах виртуализации, отличных от Windows, или в общедоступных облаках, если Windows Server находится в гостевой среде.

• SMB 3-based. Реплика хранилища использует проверенную и зрелую технологию блока сообщений сервера (SMB) 3, впервые выпущенную в Windows Server 2012. Все расширенные характеристики SMB, включая многоканальную поддержку и поддержку SMB Direct на сетевых картах RoCE, iWARP и InfiniBand RDMA, доступны для репликации хранилища.

• Security. В отличие от многих продуктов поставщиков, Storage Replica имеет технологии безопасности на уровне отрасли. Она включает в себя подписывание пакетов, полное шифрование данных AES-128-GCM, поддержку ускорения шифрования Intel AES-NI и защиту от атак типа «человек посередине» с помощью преаутентификации. Реплика хранилища использует Kerberos AES256 для проверки подлинности между узлами.

• Высокопроизводительная начальная синхронизация. Реплика хранилища поддерживает засеваемую начальную синхронизацию, когда подмножество данных уже существует на целевом узле из старых копий, резервных копий или пересланных дисков. Начальная репликация копирует только различные блоки, потенциально сокращая время начальной синхронизации и предотвращая использование ограниченной пропускной способности данных. Блочное вычисление контрольной суммы и агрегирование в реплике хранилища означает, что начальная производительность синхронизации ограничена только скоростью хранилища и сети.

• Consistency groups. Порядок записи гарантирует, что такие приложения, как SQL Server, могут одновременно записывать данные в несколько реплицированных томов, и эти данные записываются на целевом сервере в строгом порядке.

• User delegation. Пользователи могут предоставлять разрешения на управление репликацией, не являясь членом встроенной группы администраторов на реплицированных узлах. Преимущество заключается в том, что их доступ к несвязанным областям ограничен.

• Network constraint. Реплику хранилища можно ограничить отдельными сетями по серверам и реплицированным томам, чтобы обеспечить пропускную способность приложений, резервного копирования и программного обеспечения для управления.

• Thin provisioning. Тонкое выделение ресурсов в дисковых пространствах и устройствах SAN поддерживается для обеспечения почти мгновенного времени начальной репликации в большинстве случаев. После инициации начальной репликации невозможно уменьшить или обрезать том.

• Compression. Реплика хранилища обеспечивает сжатие данных, передаваемых по сети между исходными и целевыми серверами. The Storage Replica Compression for Data Transfer feature is supported only in Windows Server Datacenter: Azure Edition beginning with OS build 20348.1070 and later (KB5017381).

Реплика хранилища включает следующие функции:

Feature	Details
Type	Host-based
Synchronous	Yes
Asynchronous	Yes
Storage hardware-agnostic	Yes
Replication unit	Volume (Partition)
Создание растянутого кластера Windows Server	Yes
Межсерверная репликация	Yes
Межкластерная репликация	Yes
Transport	SMB3
Network	TCP/IP или RDMA
Поддержка ограничения сети	Yes
Network compression	Yes**
RDMA*	iWARP, InfiniBand, RoCE v2
Требования к брандмауэру сетевого порта репликации	Один порт IANA (TCP 445 или TCP 5445)
Multipath/Multichannel	Да (SMB 3)
Kerberos support	Да (SMB 3)
Шифрование и подписывание по каналу передачи данных	Да (SMB 3)
Разрешена отработка отказа для каждого тома	Yes
Поддержка хранилища с тонким выделением ресурсов	Yes
Встроенный пользовательский интерфейс управления	PowerShell, Диспетчер отказоустойчивых кластеров

* Может потребоваться дополнительное оборудование и проводка для больших расстояний.

** При использовании Windows Server Datacenter: издание Azure, начиная с версии ОС 20348.1070.

Требования для репликации хранилища

• Лес доменных служб Active Directory.

• Дисковые пространства с Serial Attached SCSI (SAS) в конфигурации "просто набор дисков" (JBOD), Storage Spaces Direct, сеть хранения данных Fibre Channel (FC SAN), общий виртуальный жесткий диск версии 2 (VHDX), целевой объект iSCSI, или локальное хранилище SAS, SCSI или Serial Advanced Technology Attachment (SATA). Для дисков журналов репликации рекомендуется использовать твердотельные диски (SSD) или более быстрые. Рекомендуется использовать хранилище журналов, которое быстрее, чем хранилище данных. Тома журнальных файлов никогда не должны использоваться для других рабочих нагрузок.

• По крайней мере одно подключение Ethernet/TCP на каждом сервере для синхронной репликации, но рекомендуется использовать удаленный прямой доступ к памяти (RDMA).

• По крайней мере 2 ГБ ОЗУ и два ядра на сервер.

• Сеть между серверами с достаточной пропускной способностью для обработки рабочей нагрузки на запись (I/O) и средней общей задержки 5 мс или меньше для синхронной репликации. Асинхронная репликация не имеет рекомендации по задержке.

• Центр обработки данных Windows Server или Windows Server Standard. Реплика хранилища, запущенная в Windows Server Standard, имеет следующие ограничения:

  • Необходимо использовать Windows Server 2019 или более поздней версии.
  • Реплика хранилища реплицирует один том вместо неограниченного количества томов.
  • Тома могут иметь размер до 2 ТБ в отличие от неограниченного размера.

Background

Этот раздел содержит сведения о высокоуровневой отраслевой терминологии, синхронной и асинхронной репликации, а также основных вариантах поведения.

Высокоуровневые отраслевые термины

Disaster recovery refers to a contingency plan for recovering from site catastrophes so that the business continues to operate. Восстановление данных после аварии означает, что несколько копий производственных данных хранятся в отдельном физическом месте. Примером является растянутый кластер, где половина узлов находится на одном сайте и половина находятся в другом. Готовность к бедствиям относится к плану чрезвычайных ситуаций для предварительного перемещения рабочих нагрузок в другое место перед предстоящим бедствием, например ураганом.

соглашения об уровне обслуживания определяют доступность приложений организации и их устойчивость к простоям и потере данных при запланированных и незапланированных сбоях. Целевой момент восстановления (RTO) определяет, как долго бизнес может терпеть общую недоступность данных. Объект восстановления данных (RPO) определяет, сколько данных может быть потеряно бизнесом без критических последствий.

Synchronous replication

Synchronous replication guarantees that the application writes data to two locations at once before it completes the I/O operation. Эта репликация более подходит для критически важных данных, так как она требует инвестиций в сеть и хранилище, и она рискует снизить производительность приложения путем выполнения операций записи в двух расположениях.

Когда приложение выполняет запись в исходном копировании данных, исходное хранилище не сразу подтверждает операции ввода-вывода. Вместо этого эти изменения данных реплицируются на удаленную копию назначения и возвращают подтверждение. Только после этого приложение получает подтверждение ввода-вывода. Эта последовательность обеспечивает постоянную синхронизацию удаленного сайта с исходным сайтом, в результате расширяя объемы ввода-вывода хранилища в сети. Если происходит сбой исходного сайта, приложения могут переключиться на удаленный сайт и продолжить работу с гарантией отсутствия потери данных.

Mode	Diagram	Steps
Synchronous Ноль потери данных RPO		1. Приложение записывает данные. 2. Данные журнала записываются и данные реплицируются на удаленный сайт. 3. Данные журнала записываются на удаленном сайте. 4. Подтверждение получено с удаленного сайта. 5. Запись данных приложения подтверждена. Данные сбрасываются на том, для журналов всегда используется сквозная запись.

Asynchronous replication

Asynchronous replication means that when the application writes data, the data replicates to the remote site without immediate acknowledgment guarantees. Этот режим позволяет ускорить время отклика в приложении и решение аварийного восстановления, которое работает географически.

Когда приложение записывает данные, подсистема репликации фиксирует запись и немедленно подтверждает его приложению. Полученные данные затем копируются в удаленное расположение. Удаленный узел обрабатывает копию данных и постепенно подтверждает получение данных обратно источнику. Так как производительность репликации больше не находится в пути ввода-вывода приложения, скорость отклика и расстояния удаленного сайта менее важны. Существует риск потери данных, если исходные данные потеряны, а целевая копия данных по-прежнему находится в буферном режиме, не покидая источник.

Асинхронная репликация с более высоким, чем нулевым, RPO менее подходит для решений высокой доступности, таких как отказоустойчивые кластеры, поскольку они предназначены для обеспечения непрерывной работы с избыточностью и без потери данных.

Mode	Diagram	Steps
Asynchronous Практически нулевая потеря данных (зависит от нескольких факторов) RPO		1. Приложение записывает данные. 2. Данные журнала записываются. 3. Запись данных приложения подтверждается. 4. Данные реплицируются на удаленный сайт. 5. Данные журнала записываются на удаленном сайте. 6. Подтверждение получено с удаленного сайта. Данные сбрасываются на том, для журналов всегда используется сквозная запись.

Ключевые точки оценки и поведение

• Пропускная способность и задержка при использовании самого быстрого хранилища. В синхронной репликации существуют физические ограничения. Так как реплика хранилища реализует механизм фильтрации операций ввода-вывода с помощью журналов и требует обхода сети, синхронная репликация, скорее всего, замедляет запись приложений. Используя сети с низкой задержкой, сети с высокой пропускной способностью и подсистемы дисков высокой производительности для журналов, вы сводите к минимуму накладные расходы на производительность.

• Конечный том недоступен при репликации в Windows Server 2016. При настройке репликации конечный том отсоединяется, что делает его недоступным для операций чтения или записи пользователями. Его буква дисковода может отображаться в общих пользовательских интерфейсах, таких как Проводник, но приложение на самом деле не может получить доступ к диску. Технологии репликации на уровне блоков несовместимы с предоставлением доступа к монтированной файловой системе целевого объекта в томе. Новая технология файловой системы (NTFS) и файловая система ReFS (отказоустойчивая) не поддерживают пользователей, записывающих данные на том, пока блоки под ними изменяются.

  Командлет Test-Failover дебютировал в Windows Server версии 1709 и также был включен в Windows Server 2019. Теперь командлет поддерживает временное монтирование моментального снимка тома в режимах чтения и записи для резервных копий, тестирования и т. д. Дополнительные сведения см. в FAQ по Storage Replica .

• Реализация асинхронной репликации Microsoft отличается от остальных. Большинство отраслевых реализаций асинхронной репликации зависят от репликации на основе моментальных снимков, при которой периодически дифференциальные данные перемещаются на другой узел и сливаются. Асинхронная репликация хранилища работает так же, как синхронная репликация, за исключением того, что она устраняет требование сериализованного синхронного подтверждения от получателя. Реплика хранилища теоретически имеет более низкую RPO, так как она постоянно реплицируется. Однако это также означает, что она использует гарантии согласованности внутренних приложений, а не использование моментальных снимков для принудительной согласованности в файлах приложений. Реплика хранилища гарантирует согласованность сбоев во всех режимах репликации.

• Многие клиенты используют репликацию DFS в качестве решения аварийного восстановления, даже если это часто нецелесообразно для этого сценария. Репликация DFS не может реплицировать открытые файлы и предназначена для минимизации использования пропускной способности, что происходит за счет производительности и приводит к значительным различиям в точках восстановления. Реплика хранилища может позволить исключить репликацию DFS из некоторых из этих задач аварийного восстановления.

• Реплика хранилища не является решением резервного копирования. Некоторые ИТ-среды развертывают системы репликации в качестве решений резервного копирования из-за их нулевых параметров потери данных по сравнению с ежедневными резервными копиями. Независимо от типа изменений, Storage Replica реплицирует все изменения во все блоки данных на томе. Если пользователь удаляет все данные из тома, реплика хранилища мгновенно реплицирует удаление в другой том, безвозвратно удалив данные с обоих серверов. Не используйте реплику хранилища в качестве замены для решения резервного копирования на определенный момент времени.

• Реплика хранилища не является репликой Hyper-V или группами доступности Always On SQL Server. Storage Replica — это универсальный механизм, не зависящий от типа хранилища. По определению, он не может адаптировать своё поведение так же идеально, как репликация на уровне приложения. Проектирование и назначение Storage Replica может вызвать возникновение некоторых недостатков в функциях, которые побуждают вас развертывать или продолжать использовать конкретные технологии репликации приложений.

Note

You can view a list of known issues and expected behaviors and review the Storage Replica FAQ.

Терминология системы репликации хранилища

В статьях о Storage Replica часто используются следующие термины:

• The source is a computer's volume that allows local writes and replicates outbound. Also known as primary.

• The destination is a computer's volume that doesn't allow local writes and replicates inbound. Also known as secondary.

• A replication partnership is the synchronization relationship between a source and destination computer for one or more volumes and uses a single log.

• A replication group is the organization of volumes and their replication configuration within a partnership, on a per-server basis. Группа может содержать один или несколько томов.

Новые возможности реплики хранилища

Список новых функций в Storage Replica в Windows Server 2019 смотрите в статье Что нового в хранилище.

Related content

• репликация кластера Stretch с помощью общего хранилища
• репликация хранилища между серверами
• Репликация хранилища от кластера к кластеру
• Известные проблемы реплики хранилища
• Часто задаваемые вопросы о репликах хранилища
• Локальные дисковые пространства
• Поддержка Windows IT Pro