Storage Spaces Direct: Cluster mit 3 Knoten, Multi-Resilient Virtual Disks

    Storage Spaces Direct mit 3 KnotenMicrosoft unter­stützt seit Windows Server 2016 TP5 Data­center die Bildung eines 3-Knoten-Clusters mit Storage Spaces Direct (S2D). Das Soft­ware-defined Storage kann zudem Spiege­lung und Parity-Layout in einer Multi-Resilient-Konfigu­ration von Virtual Disks kombinieren.

    Storage Spaces Direct lassen sich grundsätzlich auf zwei Arten implementieren, entweder in einem eigenen Storage-Tier ("disaggregiert") oder einem hyperkonvergenten Design (siehe dazu meinen Beitrag Storage Spaces Direct: Hyper-converged Infrastructure mit Windows Server 2016 einrichten).

    Bei der zweiten Variante stellen Hyper-V-Hosts lokalen Festspeicher (eine Kombinationen aus HDD, SSD und NVMe) in einem Failover-Cluster bereit. Der virtuelle Software Storage Bus (SSB) macht diesen lokalen Speicher für alle Knoten sichtbar und zugänglich. Das klassische SAN, welches den Knoten eines Clusters als zentraler Speicher dient, würde dann entfallen.

    3 Knoten Minimum bei Mirror Virtual Disks

    Aktuell lassen sich also Storage Spaces Direct in einem 3-Knoten-Verbund konfigurieren, jedoch nur mit gespiegelter Fehlertoleranz und nicht im Parity-Layout. Dafür werden weiterhin mindestens 4 Knoten vorausgesetzt.

    Storage Spaces Direct im 3-Knoten Clusterverbund

    Die 2-Wege Spiegelung bietet Toleranz gegenüber dem Ausfall eines Knotens oder einer Disk und ein 3-Wege Spiegel gegenüber zwei Knoten oder zwei Disks. Der Mirrored Mode gewährleistet für Workloads wie Hyper-V speziell auch beim Tiering eine ordentliche Performance und Fehlertoleranz. Die Datenblöcke werden über mehrere Disks verteilt und eine Kopie wird einmal (2-Wege Spiegelung) oder zweimal (3-Wege Spiegelung) geschrieben.

    Mindestens 4 Knoten bei Parity oder Multi-Resilient Virtual Disks

    Um Storage Spaces Direct mit Virtual Disks im Parity-Layout oder mit Multi-Resiliency zu nutzen, sind mindestens 4 Knoten erforderlich. Generell werden bei Parity die Datenblöcke über alle physischen Datenträger geschrieben und die Paritäts­informationen zusätzlich ein -oder zwei Mal abgelegt.

    Das Resultat ist eine geringere Schreibleistung, jedoch eine höhere Effizienz bei der Nutzung der Kapazität. Dieses Layout dient derzeit überwiegend für Backups und ist für die Ablage virtueller Maschinen nicht empfehlenswert.

    Einen Schritt weiter geht Multi-Resilient bei der Konfiguration von Virtual Disks. Hierbei ist es möglich, Virtual Disks mit zwei Ebenen zu erstellen, zum einen für die Spiegelung und zusätzlich eine im Parity-Entwurf.

    Ein PowerShell-Beispiel sieht wie folgt aus:

    New-Volume -StoragePoolFriendlyName "S2D*" `
    -FriendlyName <VirtualDiskName> `
    -FileSystem CSVFS_ReFS -StorageTierfriendlyNames Performance, Capacity `
    -StorageTierSizes 100GB, 900GB

    Virtual Disk mit zwei Tiers, Quelle: Microsoft

    Folglich lassen sich die Vorteile beider Modi auch für Hyper-V Workloads nutzen. Die Daten des zwingend eingesetzten ReFS (Resilient File System) werden immer zur performanten gespiegelten Ebene geschrieben (hot) und bei Kapazitäts­auslastung durch Data Rotation automatisch (Real-time tiering) zur Parity-Ebene verschoben (cold). Folgende Tabelle dient der Orientierung bei der Layout-Wahl:

    Storage Spaces Typen und Einsatzszenarien 
     MirrorParityMulti-Resilient
    Optimiert für Leistung Kapazität Balance Leistung & Kapazität
    Anwendungsfall Alle Daten sind hot Alle Daten sind cold Mix aus hot & cold
    Effizienz Geringste (33%) Höchste (50 %+) Verschieden (~ 50%)
    Dateisystem ReFS oder NTFS ReFS oder NTFS Nur ReFS
    Knoten Minimum 3+ 4+ 4+

    Drei Medientypen für den physikalischen Speicher

    Storage Spaces Direct in Windows Server 2016 bietet die Möglichkeit, NVMe Flash, SATA SSD und SATA HDD gemeinsam für die Speicherung von Daten einzusetzen. In Storage Spaces Direct werden grundsätzlich folgende Konfigurationen berücksichtigt:

    • SSD + HDD
    • NVMe + HDD
    • NVMe + SSD
    • SSD + SSD
    • NVMe + SSD + HDD

    In dieser Kombination aus den drei Technologien werden die NVM-Express-Speicher für das Caching genutzt, dank Storage Bus Cache (SBC), SSDs für die heißen Daten und günstige HDDs für die Ablage der kalten Datenblöcke. Die Ebenen werden in Storage Spaces Direct automatisch konfiguriert.

    Storage Spaces Direct mit 3 verschiedenen physikalischen Speichermedien

    Im obigen Beispiel werden SSDs gespiegelt und die HDDs im Parity-Layout genutzt (Multi-Resilient).

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