Im Test: S2D Micro-Cluster mit Storage Spaces Direct von Thomas-Krenn

Thomas-Krenn bietet einen 2-Knoten-Verbund mit Windows Server 2019 DC an, der für hyper­konver­gente Infra­struk­turen mit Storage Spaces Direct (S2D) zerti­fiziert ist. Diese Konfi­guration bietet Hoch­verfüg­barkeit für virtu­elle Maschinen mit Hyper-V sowie Software-definierten Speicher auf Basis der internen Server-Laufwerke.*

Storage Spaces Direct als Feature von Windows Server 2016 und 2019 Datacenter ergänzt Hyper-V-Cluster um die Möglichkeit, eine hyper­konvergente Infrastruktur einzurichten. Dabei werden lokale Datenträger (NVMe, SSDs oder HDDs) zu einem Pool aggregiert, um darauf hochverfügbare Volumes zu erstellen.

Der S2D Micro-Cluster von Thomas-Krenn eignet sich besonders, um hoch­verfügbare Systeme für kleine Firmen und Außenstellen bereitzustellen. Dafür verwende ich Nested Resiliency Volumes, die mehrere gleichzeitige Fehler verkraften.

Hardware-Ausstattung der Server-Knoten

Die von mir getesteten Knoten beruhen auf dem Mainboard Supermicro X11SDV-8C+-TLN2F und verfügen in der Basic-Ausstattung über je 64 GB DDR4 RAM. Als CPU kommt eine Intel Xeon D-2141I mit 2.20 GHz und 8 Kernen (16 LP) zum Einsatz. Redundante Netzteile besitzen die Server nicht.

Elementar für einen S2D-Cluster ist die Netzwerk-Hardware. Hier ist Intels X722 RDMA (iWARP) Dual-Port NIC auf dem Board verbaut sowie zusätzlich eine PCIe X550 Dual-Port. Sie bieten jeweils 10 Gbit Durchsatzleistung. Die RDMA-NIC erlaubt eine einfache Konfiguration für den SMB-Traffic zwischen den Knoten, hohe Durchsätze bei niedrigen Latenzen und belastet die CPU-Kerne nur geringfügig. Das kommt dann den virtuellen Maschinen zugute.

Schließlich noch ein Blick auf die lokale Datenträger­ausstattung der einzelnen Nodes: Windows Server bootet von einer Intel D3-S4610 240 GB SSD, und für den hybriden Pool kommen zwei Enterprise Intel D3-S4610 mit 480 GB als Cache-Datenträger sowie vier Enterprise SATA-HDDs HGST Ultrastar 2 TB 7200 RPM zum Einsatz.

Auf Grundlage der Western Digital HGST-Platten wird der Kapazitäts­speicher gebildet. Die Endurance (hier 3 PBW) des vorgelagerten Zwischen­speichers auf Basis der Intel SSDs ist dabei wichtig, weil dieser für die HDDs permanent Schreib- und Lesezugriffe puffert.

Insgesamt basiert der S2D Micro-Cluster somit auf der minimal erforderlichen Ausstattung für eine S2D-Konfiguration. Die beiden Cache-Datenträger sind im Verhältnis 1:2 an die HDDs gebunden. Somit ist auch hier für Redundanz bei einem Ausfall gesorgt.

Cluster im Azure Stack HCI Katalog

Azure Stack HCI ist Microsofts Zertifizierungs­programm für Windows Server 2019 und Storage Spaces Direct (S2D). Dabei werden auch das kosten­lose Windows Admin Center (WAC) und eine hybride Konfi­guration mit Azure berück­sichtigt.

Thomas-Krenn hat seinen S2D Micro-Cluster (Fault Domain: 2 Nodes) dem Validierungs­programm unterzogen und den Test erfolgreich bestanden.

Die Knoten wurden daher in den Azure Stack HCI Katalog aufgenommen.

Dadurch ist eine Ausstattung gewährleistet, die den Anforderungen an eine Hyper-converged Infrastructure mit Hyper-V und Storage Spaces Direct genügt.

Nested 2-Way-Mirror Resiliency

Da ich den Cluster mit der höchsten Verfügbarkeit für eine kleine Außenstelle in Europa ohne 19“-Rack nutzen möchte, konfiguriere ich hier zur Evaluierung die Nested Resiliency im 2-Way-Mirror.

Die Netto-Kapazität wird dabei reduziert und die Toleranz gegenüber Fehlern erhöht. Auch Remote-Wartungsfenster sind verlässlicher durchführbar. Zu Beginn muss dafür die entsprechende Ebene konfiguriert werden, und zwar ein Tier für einen Nested 2-Way-Mirror mit PowerShell. Dieser beruht auf HDDs als MediaType für die Kapazität:

New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName S2D* - FriendlyName Nested2wMirror `
-ResiliencySettingName Mirror -MediaType HDD - NumberofDataCopies 4

Volumes lassen sich anschließend zurzeit nur über PowerShell einrichten. Im Gegensatz dazu kann man übliche 2-Way-Mirror auch über das Admin Center anlegen.

New-Volume -FriendlyName VolumeA -StorageTierFriendlyNames Nested2wMirror `
-StorageTierSizes 1TB

Nachdem die Volumes erstellt wurden, macht es Sinn, sich den Footprint auf den physischen Laufwerken anzusehen. Dieser basiert auf einer 4-fachen Redundanz (25 Prozent Effizienz). Die Daten-Slabs werden somit einmal geschrieben und zusätzlich kommen 3 weitere Kopien hinzu.

Durch diese Ausführung dürfen später ein Knoten (Wartung oder Hardware-Problem) und zusätzlich ein Laufwerk oder zwei Laufwerke gleichzeitig ausfallen.

Sie sollten auch die Reserve­kapazität im Auge behalten, damit bei möglichen Laufwerks­ausfällen automatisch die Daten auf freie Speicherplätze verteilt werden können. Im Windows Admin Center wird die Pool-Verteilung grafisch dargestellt.

Auch bei der späteren Zuteilung von vRAM an die virtuellen Maschinen sollte man berücksichtigen, dass der Nachbarknoten bei einem Ausfall oder in Wartungs­fenstern die Workloads übernehmen soll und dafür genügend Reserven haben muss.

Thomas-Krenn-Erweiterung für Windows Admin Center

Das Windows Admin Center (WAC) liefert aus der Box eine Reihe von Metriken und bietet zudem einige Funktionen für das S2D-Management. OEMs steht es aber offen, den Funktions­umfang des WAC über ihre eigenen Extensionen zu erweitern.

Thomas-Krenn macht von dieser Möglichkeit Gebrauch. Die beiden Server werden hier übersichtlich dargestellt und mit einem Klick auf einzelne Komponenten liefert die grafische Oberfläche dazu detaillierte Informationen.

Sie können zum Beispiel einzelne Kapazitäts­laufwerke anklicken und bekommen dann das Modell, die Seriennummer, den Status und die Auslastung pro Drive. Probleme lassen sich so gut erkennen und mit einem Klick näher betrachten. Die Erweiterung für den S2D Micro-Cluster von Thomas-Krenn erhalten Sie über den Standard-Feed im Windows Admin Center.

Lieferumfang

Die Appliances werden inklusive vorinstalliertem Windows Server 2019 Datacenter ausgeliefert. Zusätzlich lässt sich bestimmen, ob man nur einen Switch oder zwei für eine redundante Netzwerk­konfiguration benötigt. Meine Basis­ausstattung beinhaltet den Netgear ProSafe XS716T 10Gb 16-Port-Switch.

Optional kann dann die S2D-Konfiguration nach Best Practices als Consulting-Dienstleistung per Remote-Session mit der Hardware gekauft werden. Informationen dazu liefert der Konfigurator, über den sich der S2D Micro-Cluster bestellen lässt.

Fazit

Seit Windows Server 2016 ist es möglich, Compute, Storage und Network auf den Knoten eines Clusters zu virtualisieren und so eine hyper­konvergente Infrastruktur aufzubauen. Der S2D Micro-Cluster von Thomas-Krenn bietet dafür eine maßgeschneiderte Hardware-Konfiguration sowie ein Management-Werkzeug als WAC-Erweiterung.

Die bevorzugte Zielgruppe für den S2D Micro-Cluster sind kleine Unternehmen und Außenstellen, wo der 2-Knoten-Verbund ausreichende Rechenleistung für gängige Anwendungen sowie hochverfügbaren Speicher auf Basis kostengünstiger Enterprise SATA-Datenträger bereitstellt. Für die erforderliche Netzwerk-Performance stattet Thomas-Krenn die Server sinnvollerweise mit RDMA iWarp-NICs aus.

*Dieser Text ist ein bezahlter Beitrag von Thomas-Krenn.