Программно-определяемое хранилище для виртуализированных рабочих нагрузок

Хранение

Область применения: Windows Server 2019, Windows Server 2016, Windows Server (Semi-Annual Channel)

Хранилище в Windows Server предоставляет новые и улучшенные возможности для клиентов программно-определяемых центров обработки данных, использующих виртуализированные рабочие нагрузки. Windows Server также обеспечивает расширенную поддержку для корпоративных клиентов, использующих файловые серверы с существующими рабочими нагрузками.

 

Программно-определяемое хранилище для виртуализированных рабочих нагрузок

Локальные дисковые пространства

Непосредственно подключенное локальное хранилище, включая устройства SATA и NVME, для оптимизации использования диска после добавления новых физических дисков и ускорения восстановления виртуального диска. Также см. раздел Дисковые пространства, чтобы найти информацию об общих SAS и изолированных дисковых пространствах.

Реплика хранилища

Не зависящее от хранилища, синхронную репликацию между кластерами или серверами для аварийной подготовки и восстановления, а также для растяжения отказоустойчивого кластера между сайтами для обеспечения высокой доступности. Синхронная репликация позволяет зеркально отображать данные на физических сайтах с отказоустойчивыми томами, что полностью предотвращает потерю данных на уровне файловой системы.

Качество обслуживания хранилища (QoS)

Централизованное отслеживание и управление производительностью хранилища для виртуальных машин с помощью Hyper-V и ролей масштабируемый файловый сервер автоматически повышает георавномерность ресурсов хранилища между несколькими виртуальными машинами с помощью одного кластера файлового сервера.

Дедупликация данных

Оптимизирует свободное место на томе, изучая данные на томе для дублирования. По завершении проверки дублирующиеся части набора данных тома сохраняются один раз и (при необходимости) сжимаются для дополнительной экономии. Дедупликация оптимизирует избыточные данные, не нарушая достоверность или целостность данных.

Файловые системы, протоколы и т. д.

ReFS

Устойчивая файловая система, которая позволяет максимально увеличить доступность данных, масштабируется для очень больших наборов данных в различных рабочих нагрузках и обеспечивает целостность данных с помощью устойчивости к повреждению (независимо от сбоев программного обеспечения или оборудования).

Протокол SMB (Server Message Block)

Протокол общего доступа к файлам сети, позволяющий приложениям на компьютере читать и записывать файлы, а затем запрашивать службы от серверных программ в компьютерной сети. Протокол SMB может использоваться поверх протокола TCP/IP или других сетевых протоколов. С помощью протокола SMB приложение (или использующий его пользователь) может получать доступ к файлам и другим ресурсам удаленного сервера. Это позволяет приложениям читать, создавать и обновлять файлы на удаленном сервере. Этот протокол может также обмениваться данными с любой серверной программой, которая настроена на получение клиентских запросов SMB.

Память класса хранения

Обеспечивает производительность, аналогичную объему памяти компьютера (действительно быстро), но с сохранением данных на обычных дисках хранения. Система Windows работает с памятью класса хранилища так же, как обычными дисками (только более быстрыми), но есть ряд отличий в управлении работоспособностью устройств.

Шифрование диска BitLocker

Хранит данные на томах в зашифрованном формате, даже если компьютер подделан или если операционная система не запущена. Это позволяет обеспечить защиту от атак по сети, атак, совершаемых путем отключения или обхода установленной операционной системы, а также путем извлечения жесткого диска для получения прямого доступа к данным.

NTFS

Основная файловая система для последних версий Windows и Windows Server — предоставляет полный набор функций, включая дескрипторы безопасности, шифрование, дисковые квоты и метаданные с богатыми возможностями, которые можно использовать совместно с общими томами кластера (CSV) для обеспечения постоянной доступные тома, доступ к которым возможен одновременно из нескольких узлов отказоустойчивого кластера.

Следует ли обновить пул?

После обновления до Windows 10 рекомендуем обновить существующие пулы. Так вы сможете оптимизировать использование диска и удалять диски из пула, не нарушая защиту пула от сбоя диска.

Примечание

Обновленные пулы несовместимы с предыдущими версиями Windows.

Когда следует оптимизировать использование диска?

Оптимизировать использование диска следует при добавлении новых дисков в существующий пул. При этом некоторые данные будут перемещены на новый диск, чтобы оптимизировать использование емкости пула. Это стандартное действие при добавлении нового диска в обновленный пул в Windows 10: флажок Optimize to spread existing data across all drives будет установлен по умолчанию. Однако если вы сняли этот флажок или добавили диски до обновления пула, вам нужно вручную оптимизировать использование диска. Для этого в поле поиска на панели задач введите дисковые пространства, выберите Дисковые пространства из списка результатов поиска, а затем щелкните Optimize drive usage.

Как удалить диск из пула?

Если вы создали пул в Windows 10 или обновили существующий пул, вы сможете удалить из него диск. Данные с этого диска будут перемещены на другие диски в пуле, и вы сможете использовать его для других целей.

1. В поле поиска на панели задач введите дисковые пространства и выберите пункт Дисковые пространства из списка результатов поиска.
2. Выберите Изменить параметры > Физические диски, чтобы просмотреть все диски в пуле.
3. Найдите нужный диск и выберите Prepare for removal > Prepare for removal. Не отключайте компьютер, пока диск не будет готов к удалению. Это может занять несколько часов, в зависимости от количества сохраненных на нем данных.
4. Необязательно: чтобы ускорить подготовку диска, запретите перевод компьютера в спящий режим. В поле поиска на панели задач введите Параметры питания и спящего режима, а затем выберите Параметры питания и спящего режима. В разделе При питании от сети переходить в спящий режим через выберите Никогда.
5. Когда статус диска изменится на Ready to remove, выберите Удалить > Удалить диск. Теперь вы можете отключить диск от компьютера.

Примечание

Если у вас возникают проблемы при попытке подготовить диск к удалению, возможно, в пуле недостаточно свободного пространства для хранения всех данных с диска, который вы хотите удалить. Добавьте в пул новый диск такого же размера, как и диск, который вы собираетесь удалить, и повторите попытку.

 

Рис. 1. Рабочий процесс дисковых пространств

Примечание

В этом разделе приводятся примеры командлетов Windows PowerShell, которые можно использовать для автоматизации некоторых описанных процедур. Дополнительные сведения см. в статье PowerShell.

Предварительные условия

Чтобы использовать дисковые пространства на изолированном сервере под управлением Windows Server 2012, убедитесь, что физические диски, которые вы хотите использовать, соответствуют следующим предварительным требованиям.

Важно!

Сведения о развертывании дисковых пространств в отказоустойчивом кластере см. в статье развертывание кластера дисковых пространств в Windows Server 2012 R2. Развертывание отказоустойчивого кластера имеет другие предварительные требования, такие как поддерживаемые типы дисковых шин, Поддерживаемые типы устойчивости и необходимое минимальное количество дисков.

Область	Требование	Заметки
Типы дисковых шин	— Последовательный подключенный SCSI (SAS) — Последовательное приложение для работы с последовательными технологиями (SATA) — Контроллеры iSCSI и Fibre Channel.	Также можно использовать USB-диски. Однако неоптимально использовать USB-накопители в серверной среде. Дисковые пространства поддерживаются на контроллерах iSCSI и Fibre Channel (FC) при условии, что виртуальные диски, созданные на их основе, являются неустойчивыми (просто с любым числом столбцов).
Конфигурация дисков	— Физические диски должны иметь объем не менее 4 ГБ. — Диски должны быть пустыми и не отформатированы.Не создавайте тома.
Замечания по поводу адаптера шины	— Рекомендуются простые адаптеры шины (HBA), не поддерживающие функциональность RAID. — Если поддержка RAID, HBA должна находиться в режиме, отличном от RAID, при этом все функции RAID отключены. -Адаптеры не должны быть абстрактными для физических дисков, кэширования данных или скрытия всех подключенных устройств. Это относится и к службам, предоставляемым подключенными устройствами JBOD.	Дисковые пространства совместимы только с адаптерами шины, в которых можно полностью отключить все функции RAID.
Массивы JBOD	— Корпусы JBOD являются необязательными. — Рекомендуется использовать вложенные дисковые пространства, перечисленные в каталоге Windows Server. Если вы используете корпус JBOD, уточните у поставщика хранилища, что корпус поддерживает дисковые пространства, чтобы обеспечить полную функциональность. — Чтобы определить, поддерживает ли корпус JBOD идентификацию корпуса и разъема, выполните следующий командлет Windows PowerShell: Get-PhysicalDisk \|? {$_.BusType –eq "SAS"} \| fc Если поля енклосуренумбер и слотнумбер содержат значения, то корпус поддерживает эти функции.

 

Для планирования числа физических дисков и нужного типа устойчивости для автономной серверной среды используйте следующие рекомендации.

Тип устойчивости	Требования к диску	Время использования
Простая — Перераспределяет данные между физическими дисками; — Увеличивает емкость диска и повышает пропускную способность — Без устойчивости (не защищается от сбоев диска);	Требуется по крайней мере один физический диск.	Не используйте его для размещения невосстановимых данных. Простые пробелы не защищаются от сбоев диска. Используйте для размещения временных или легко восстановимых данных за небольшую стоимость. Подходит для высокопроизводительных рабочих нагрузок, в которых устойчивость не требуется или уже предоставлена приложением.
Зеркальное отображение — Хранит две или три копии данных в наборе физических дисков; — Повышает надежность, но сокращает емкость. При каждой записи возникает дублирование. В зеркальном дисковом пространстве данные также распределяются по нескольким физическим дискам. — Повышенная пропускная способность данных и более низкая задержка доступа, чем четность — Использует "грязное" Отслеживание региона (DRT) для отслеживания изменений дисков в пуле. Когда система возобновляет работу после незапланированного выключения, и восстанавливается доступ к пространствам, DRT осуществляет согласование дисков в пуле друг с другом.	Требует по крайней мере два физических диска для защиты от одного отказа диска. Требует по крайней мере пять физических дисков для защиты от двух одновременных отказов дисков.	Рекомендуется использовать в большинстве сред. Например, зеркальные пространства подходят для файлового ресурса общего назначения или библиотеки виртуальных жестких дисков.
Суммы — Данные и сведения о четности на физических дисках — Повышает надежность при сравнении с простым пространством, но несколько снижает емкость — Повышение устойчивости посредством ведения журнала. Это помогает предотвратить повреждение данных при возникновении незапланированных выключений.	Требует по крайней мере три физических диска для защиты от одного отказа диска.	Рекомендуется использовать для строго последовательных рабочих нагрузок, таких как архивация или резервное копирование.

Шаг 3. Создание тома

Затем в виртуальном диске нужно создать том. Можно назначить необязательную букву диска или папку, а затем отформатировать том с помощью файловой системы.

1. Если мастер создания тома еще не открыт, на странице Пулы носителей в Диспетчер сервера в разделе Виртуальные диски щелкните правой кнопкой мыши нужный виртуальный диск и выберите пункт создать том.

Откроется мастер создания томов.

1. На странице перед началом выполнения нажмите кнопку Далее.
2. На странице Выбор сервера и диска выполните следующие действия, а затем нажмите кнопку Далее.

a. В области сервер выберите сервер, на котором нужно создать том.

b. В области диск выберите виртуальный диск, на котором нужно создать том.

1. На странице Укажите размер тома введите размер тома, укажите единицы (МБ, ГБ или ТБ), а затем нажмите кнопку Далее.
2. На странице назначить букве диска или папке настройте нужный параметр, а затем нажмите кнопку Далее.
3. На странице Выбор параметров файловой системы выполните следующие действия, а затем нажмите кнопку Далее.

 . В списке Файловая система выберите NTFS или ReFS.

a. В списке Размер кластера оставьте значение По умолчанию или задайте размер кластера.

Примечание

Дополнительные сведения о размере единицы распределения см. в разделе Размер кластера по умолчанию для NTFS, FAT и exFAT.

b. Также можно в поле Метка тома ввести метку для тома, например HR Data.

1. На странице Подтверждение выбора Проверьте правильность параметров и нажмите кнопку создать.
2. На странице Просмотр результатов убедитесь, что все задачи завершены, а затем нажмите кнопку Закрыть.
3. Чтобы убедиться, что том был создан, в диспетчер сервера выберите страницу тома. Том будет указан в разделе сервера, где он был создан. Создание тома также можно проверить в проводнике Windows.

Основные преимущества

	Простоты. Создать кластер локальных дисковых пространств на основе стандартных серверов с ОС Windows Server 2016 можно меньше чем за 15 минут. Пользователи System Center могут выполнить развертывание, установив один флажок.
	Непревзойденная производительность. Как при использовании только флэш-памяти, так и при использовании гибридных носителей локальные дисковые пространства позволяют обеспечить скорость ввода-вывода более 150 000 операций в секунду в смешанном режиме и более 4000 операций в секунду в произвольном режиме на сервер со стабильно низкой задержкой. Это достигается благодаря архитектуре со встроенной низкоуровневой оболочкой, встроенному кэшу чтения и записи и поддержке передовых дисков NVMe, подключаемых непосредственно к шине PCIe.
	Отказоустойчивость. Встроенные средства отказоустойчивости обрабатывают сбои дисков, серверов или компонентов, обеспечивая непрерывную доступность. В более масштабных развертываниях можно также настроить отказоустойчивость шасси и стоек. При сбое оборудования просто отключите его: программное обеспечение восстановит работоспособность самостоятельно, без выполнения сложных действий по управлению.
	Эффективность ресурсов. Помехоустойчивое кодирование повышает экономичность хранения в 2,4 раза, а уникальные инновации, такие как локальные коды реконструкции и уровни ReFS в режиме реального времени, позволяют распространить эти преимущества на жесткие диски и смешанные (холодные и горячие) рабочие нагрузки. При этом снижается загрузка ЦП, и ресурсы высвобождаются для наиболее важной задачи — выполнения виртуальных машин.
	Управляемость. Используйте средства управления качеством обслуживания хранилища, чтобы контролировать работу наиболее загруженных виртуальных машин с помощью минимальных и максимальных значений скорости ввода-вывода на виртуальную машину. Служба работоспособности предоставляет встроенные возможности непрерывного мониторинга и оповещения, а новые интерфейсы API позволяют легко собирать расширенные метрики производительности и емкости в масштабе всего кластера.
	Масштабируемость. Поддерживается масштабирование до 16 серверов и более чем 400 дисков, что позволяет получать объем хранилища в 1 петабайт (1000 терабайт) на кластер. Чтобы осуществить масштабирование, просто добавьте диски или серверы. Локальные дисковые пространства автоматически подключат новые диски и начнут использовать их. Эффективность и производительность хранилища повышают предсказуемость при масштабировании.

Варианты развертывания

Локальные дисковые пространства предусматривают два разных варианта развертывания:

конвергентное;

Хранение и вычисление в отдельных кластерах. При конвергентном развертывании, также известном как дезагрегированное, масштабируемый файловый сервер (SoFS) размещается поверх локальных дисковых пространств для предоставления подключенного к сети хранилища посредством общих папок SMB3. Это позволяет масштабировать вычислительные ресурсы и рабочие нагрузки независимо от кластера хранилища, особенно в масштабных развертываниях, например Hyper-V IaaS (инфраструктура как услуга), для поставщиков услуг и крупных предприятий.

Гиперконвергентные

Один кластер для вычислений и хранения. При гиперконвергентном развертывании виртуальные машины Hyper-V или базы данных SQL Server работают непосредственно на серверах, предоставляющих хранилище, и сохраняют файлы в локальных томах. Это устраняет необходимость в настройке доступа к файловым серверам и разрешений. Кроме того, снижается стоимость оборудования при развертывании на малых и средних предприятиях, а также в удаленных офисах и филиалах. См. раздел Deploy Локальные дисковые пространства.

Принцип работы

Локальные дисковые пространства являются развитием дисковых пространств, впервые представленных в Windows Server 2012. В них используется множество существующих возможностей Windows Server, таких как отказоустойчивая кластеризация, файловая система CSV, протокол SMB3 и, конечно, дисковые пространства. В них также были реализованы новые технологии, в первую очередь шина Software Storage Bus.

Ниже представлен обзор стека локальных дисковых пространств.

Сетевое оборудование. Для обмена данными между серверами локальные дисковые пространства используют протокол SMB3, включая SMB Direct и SMB Multichannel, работающий через Ethernet. Мы настоятельно рекомендуем использовать Ethernet со скоростью передачи данных более 10 Гбит/с и удаленным доступом к памяти (RDMA) — iWARP или RoCE.

Оборудование хранилища. От 2 до 16 серверов с локально подключенными дисками SATA, SAS или NVMe. Каждый сервер должен иметь по крайней мере 2 твердотельных накопителя и 4 дополнительных диска. Устройства SATA и SAS должны располагаться за адаптером шины (HBA) и расширителем SAS. Мы настоятельно рекомендуем использовать тщательно спроектированные и протестированные платформы от наших партнеров (ожидаются в ближайшее время).

Отказоустойчивая кластеризация. Встроенная функция кластеризации Windows Server используется для подключения серверов.

Шина хранилища программного обеспечения. Шина Software Storage Bus — это новая технология, представленная в локальных дисковых пространствах. Она охватывает весь кластер и создает программно-определяемую структуру хранения, в которой каждый сервер имеет доступ к локальным дискам любого другого сервера. Это можно рассматривать как замену дорогостоящим и ограниченным в своих возможностях подключениям Fibre Channel или Shared SAS.

Кэш уровня шины хранилища. Шина хранилища программного обеспечения динамически привязывает самые быстрые диски (например, SSD) к более медленным дискам (например, к жестким дисковам), чтобы обеспечить кэширование операций чтения и записи на стороне сервера, что ускоряет ввод-вывод и повышает пропускную способность.

Пул носителей. Набор дисков, которые образуют основу для дисковых пространств, называется пулом носителей. Он создается автоматически, и все подходящие диски обнаруживаются и добавляются в него также автоматически. Мы настоятельно рекомендуем использовать один пул носителей в каждом кластере с параметрами по умолчанию. Прочитайте раздел Глубокое погружение в пул носителей, чтобы узнать больше.

Дисковые пространства. Дисковые пространства обеспечивают отказоустойчивость виртуальных накопителей с помощью зеркалирования, помехоустойчивого кодирования или обеих этих технологий. Их можно представить как распределенный программно-определяемый массив RAID на основе дисков в пуле. В локальных дисковых пространствах виртуальные диски обычно устойчивы к одновременному сбою двух дисков или серверов (то есть применяется трехстороннее зеркалирование, при котором каждая копия данных размещается на отдельном сервере), хотя также доступна отказоустойчивость на уровне шасси или стоек.

Устойчивая файловая система (ReFS). ReFS — это файловая система с превосходными возможностями, предназначенная специально для виртуализации. Она позволяет существенно ускорить операции с файлами VHDX, такие как создание, расширение и объединение контрольных точек, а также имеет встроенные средства проверки контрольной суммы для обнаружения и исправления ошибок на уровне отдельных битов. В ней также реализовано переключение уровней в режиме реального времени, позволяющее переносить данные между "активными" и "пассивными" уровнями хранения в режиме реального времени в соответствии с интенсивностью использования.

Общие тома кластера. Файловая система CSV объединяет все тома ReFS в единое пространство имен, доступное с любого сервера, так что для каждого сервера все тома представляются как локально подключенные.

Масштабируемый файловый сервер. Этот последний уровень необходим только в конвергентных развертываниях. Он обеспечивает удаленный доступ к файлам со стороны клиентов, например другого кластера Hyper-V, через сеть по протоколу SMB3. Таким образом локальные дисковые пространства по сути превращаются в подключенное к сети хранилище (NAS).

Истории клиентов

Существует более 10 000 кластеров по всему миру, где работают Локальные дисковые пространства. Организации всех размеров, от малых предприятий, развертывающих всего два узла, до крупных предприятий и правительственных учреждений, развертывающих сотни узлов, зависят от Локальные дисковые пространства для критически важных приложений и инфраструктуры.

Средства управления

Для управления и (или) мониторинга Локальные дисковые пространства можно использовать следующие средства.

Имя	Графический или Командная строка?	Оплачивается или включается?
Windows Admin Center	Графической	Включено
Диспетчер сервера & диспетчер отказоустойчивости кластеров	Графической	Включено
Windows PowerShell	Командная строка	Включено
System Center Virtual Machine Manager (SCVMM) & Operations Manager (SCOM)	Графической	Платная

 

Хранение

Область применения: Windows Server 2019, Windows Server 2016, Windows Server (Semi-Annual Channel)

Хранилище в Windows Server предоставляет новые и улучшенные возможности для клиентов программно-определяемых центров обработки данных, использующих виртуализированные рабочие нагрузки. Windows Server также обеспечивает расширенную поддержку для корпоративных клиентов, использующих файловые серверы с существующими рабочими нагрузками.

 

Программно-определяемое хранилище для виртуализированных рабочих нагрузок

Локальные дисковые пространства

Непосредственно подключенное локальное хранилище, включая устройства SATA и NVME, для оптимизации использования диска после добавления новых физических дисков и ускорения восстановления виртуального диска. Также см. раздел Дисковые пространства, чтобы найти информацию об общих SAS и изолированных дисковых пространствах.

Реплика хранилища

Не зависящее от хранилища, синхронную репликацию между кластерами или серверами для аварийной подготовки и восстановления, а также для растяжения отказоустойчивого кластера между сайтами для обеспечения высокой доступности. Синхронная репликация позволяет зеркально отображать данные на физических сайтах с отказоустойчивыми томами, что полностью предотвращает потерю данных на уровне файловой системы.

Качество обслуживания хранилища (QoS)

Централизованное отслеживание и управление производительностью хранилища для виртуальных машин с помощью Hyper-V и ролей масштабируемый файловый сервер автоматически повышает георавномерность ресурсов хранилища между несколькими виртуальными машинами с помощью одного кластера файлового сервера.

Дедупликация данных

Оптимизирует свободное место на томе, изучая данные на томе для дублирования. По завершении проверки дублирующиеся части набора данных тома сохраняются один раз и (при необходимости) сжимаются для дополнительной экономии. Дедупликация оптимизирует избыточные данные, не нарушая достоверность или целостность данных.