Обзор Storage Spaces Direct

В Windows Server 2016 была впервые добавлена новая возможность организации дискового пространства для много-узловых отказоустойчивых систем: Storage Spaces Direct. Пришло время познакомиться с технологией поближе.

Storage Spaces Direct использует стандартные серверы с локально подключенными накопителями для создания высоко доступного, легко масштабируемого программно-определенного хранилища вместо традиционных массивов SAN и NAS. Такая конвергентная (Converged) или гипер-конвергентная (Hyper-converged) архитектура радикальным образом упрощает приобретение и развертывание решений; в то же время такие возможности как кэширование, многоуровневое хранилище и очищающее кодирование, вместе с новейшим оборудованием, таким как сеть RDMA и накопители NVMe обеспечивают непревзойденные эффективность и производительность. 

Storage Spaces Direct входит в состав Windows Server 2016 и Windows Server 2019 в редакции Datacenter.

Опции развертывания.

Storage Spaces Direct разработан для двух независимых опций развертывания:

Конвергентное (Converged) решение.

Конвергентное (Converged) решение – хранилище и вычислительные мощности разнесены в отдельные кластеры. Опция конвергентного развертывания, также известного как «разделенное», предоставляет уровень Scale-out File Server (SoFS) поверх уровня Storage Spaces Direct, для предоставления подключенного к сети хранилища (NAS) через общие ресурсы SMB3. Это позволяет масштабировать вычислительные/рабочие нагрузки независимо от кластера хранилища. В основном подобные решения предназначены для высоко масштабируемых развертываний таких как инфраструктура Hyper-V в качестве сервиса (IaaS) для провайдеров услуг и корпоративных окружений.

Гипер-конвергентное (Hyper-Converged) решение.

Гипер-конвергентное (Hyper-Converged) решение – один кластер для вычисления и хранилища. Опция гипер-конвергентного развертывания запускает виртуальные машины Hyper-V или базы данных SQL напрямую на узлах, которые предоставляют хранилище, сохраняя файлы на локальных томах. Это устраняет необходимость настраивать доступы и права файлового сервера, а также сокращает стоимость для клиентов от малого до среднего бизнеса или для развертываний в удаленных офисах и филиалах. 

Принцип работы Storage Spaces Direct.

Storage Spaces Direct – это развитие Storage Spaces, впервые появившегося в Windows Server 2012. Он усиливает множество компонентов Windows Server, таких как отказоустойчивую кластеризацию (Failover Clustering), файловую систему Cluster Shared Volume (CSV), Server Message Block 3 (SMB3) и конечно же Storage Spaces. Также Storage Spaces Direct представляет новую технологию, известную как программная шина хранилища (Software Storage Bus).

Сетевое оборудование (Networking Hardware). Storage Spaces Direct использует SMB3, в том числе SMB Direct и SMB Multichannel over Ethernet для коммуникаций между серверами. Рекомендуется использовать 10+ GbE с удаленным доступом к памяти (RDMA), iWARP или RoCE.

Оборудование хранилища (Storage Hardware). От 2 до 16 серверов с локально подключенными накопителями SATA, SAS или NVMe. Каждый сервер должен иметь как минимум 2 твердотельных накопителя (SSD) и как минимум 4 дополнительных накопителя. Настоятельно рекомендуется использовать оборудование от партнеров поддерживающих данную технологию.

Отказоустойчивая кластеризация (Failover Clustering). Встроенный компонент кластеризации Windows Server используется для объединения серверов.

Программная шина хранилища (Software Storage Bus). Программная шина хранилища — это новинка в Storage Spaces Direct. Она объединяет кластер и связывает программно-определенное хранилище таким образом, чтобы все серверы могли видеть все локальные накопители каждого из серверов. Данная технология позиционируется в качестве замены для более дорогих и строгих решений общего хранилища на базе Faber Channel или SAS.

Кэш уровня шины хранилища (Storage Bus Layer Cache). Программная шина хранилища связывает наиболее быстрые, из представленных накопителей (такие как SSD) c более медленными (такими как HDD), для предоставления на стороне сервера кэширования чтения/записи которое увеличивает ввод/вывод и ускоряет пропускную способность.

Пул хранилища (Storage Pool). Коллекция накопителей, которые формируют базу Storage Spaces называется пулом хранилища. Пул хранилища (Storage Pool) автоматически создается и все подходящие накопители автоматически обнаруживаются и добавляются в него. Настоятельно рекомендуется использовать один пул на кластер с параметрами по умолчанию.

Storage Spaces. Storage Spaces предоставляет механизм обработки отказов виртуальных дисков при помощи зеркалирования, очищающего кодирования (Erase Coding) или обоих сразу. Storage Spaces можно представить как распределенный программно-определенный RAID использующий накопители в пуле. В Storage Spaces Direct виртуальные диски обычно используют устойчивость к одновременному выходу из строя 2 накопителей или серверов (то есть тройное зеркалирование, в котором каждая копия данных находится на разных серверах). Также доступны отказоустойчивость на уровне шасси (Chassis) и стоек (Rack).

Resilient File System (ReFS). ReFS – это основная файловая система предназначенная и разработанная специально для виртуализации. Она включает в себя существенное ускорение операций VHDX, таких как создание, расширение и объединение контрольных точек, встроенную проверку контрольных сумм для обнаружения и исправления ошибок на битовом уровне. Также ReFS представляет разбиение на уровни в реальном времени, которое перемешивает данные между так называемыми «горячим» и «холодным» уровнями хранилища в зависимости от использования.

Cluster Shared Volumes (CSV). Файловая система CSV объединяет все тома в единое пространство имен доступное всем серверам таким образом, что каждый сервер видит каждый том, как будто он смонтирован локально.

Scale-Out File Server (SOFS). Это финальный уровень, он является обязательным при развертывании конвергентного решения. Он предоставляет удаленный доступ к файлам при помощи протокола доступа SMB3 для клиентов, таких как другие кластеры с Hyper-V. Эффективно переключая Storage Spaces Direct в Network Attached Storage (NAS).

PS> Я начал готовить веб-касты по технологии Storage Spaces Direct больше года назад еще на базе Windows Server 2016, несколько раз рассказывал о технологии на вебинарах и вот теперь, уже на базе Windows Server 2019 процесс записи сдвинулся с мертвой точки – самое ближайшее время опубликую первый веб-каст: «Развертывание Storage Spaces Direct в Windows Server 2019».