Odolnost proti chybám a efektivita úložiště v clusterech Azure Stack HCI a Windows Server
Platí pro: Azure Stack HCI, verze 22H2 a 21H2; Windows Server 2022, Windows Server 2019
Tento článek vysvětluje dostupné možnosti odolnosti a popisuje požadavky na škálování, efektivitu úložiště a obecné výhody a kompromisy každé z nich.
Přehled
Prostory úložiště s přímým přístupem poskytují odolnost proti chybám, často označovanou jako odolnost vašich dat. Jeho implementace je podobná RAID, ale je distribuována napříč servery a provádí se softwarově.
Stejně jako u RAID existuje několik různých způsobů, jak to prostory úložiště můžou udělat, což může způsobovat různé kompromisy mezi odolností proti chybám, efektivitou úložiště a složitostí výpočetních prostředků. Tyto široce spadají do dvou kategorií: "zrcadlení" a "parita", druhá se někdy nazývá "mazací kódování".
Zrcadlení
Zrcadlení zajišťuje odolnost proti chybám tím, že uchovává více kopií všech dat. Nejvíce se podobá RAID-1. Jak jsou data pruhovaná a umístěna, není triviální (viz tento blog, abyste se dozvěděli více), ale je naprosto pravdou říci, že všechna data uložená pomocí zrcadlení jsou zapsána v plném rozsahu vícekrát. Každá kopie se zapisuje na jiný fyzický hardware (různé jednotky na různých serverech), u nichž se předpokládá, že selžou nezávisle.
Můžete si vybrat mezi dvěma typy zrcadlení – "dvoucestné" a "třícestné".
Dvoucestné zrcadlo
Dvoucestné zrcadlení zapisuje dvě kopie všeho. Efektivita úložiště je 50 procent – k zápisu 1 TB dat potřebujete alespoň 2 TB fyzické kapacity úložiště. Podobně potřebujete alespoň dvě hardwarové domény selhání – s technologií Storage Spaces Direct, to znamená dva servery.
Varování
Pokud máte více než dva servery, doporučujeme místo toho použít trojcestné zrcadlení.
Třícestné zrcadlo
Trojité zrcadlení zapisuje tři kopie všeho. Efektivita úložiště je 33,3 % – k zápisu 1 TB dat potřebujete alespoň 3 TB fyzické kapacity úložiště. Také potřebujete alespoň tři domény z hlediska selhání hardwaru – s Storage Spaces Direct to znamená tři servery.
Třícestné zrcadlení může bezpečně tolerovat alespoň dva hardwarové problémy (jednotka nebo server) najednou. Pokud například restartujete jeden server, když náhle selže jiná jednotka nebo server, všechna data zůstanou bezpečná a nepřetržitě přístupná.
Parita
Paritní kódování, často označované jako kódování mazání, poskytuje odolnost proti chybám pomocí bitové aritmetiky, což může být výrazně složité. Způsob, jak to funguje, je méně zřejmý než zrcadlení, a existuje mnoho skvělých online zdrojů (například tento průvodce třetí strany Průvodce pro hlupáky k mazacímu kódování), které vám mohou pomoct získat představu. Stačí říct, že poskytuje lepší efektivitu úložiště bez ohrožení odolnosti proti chybám.
Úložiště nabízí dvě varianty parity – "jednoduchou" paritu a "duální" paritu, přičemž druhá využívající pokročilou techniku nazvanou "kódy místního obnovení" ve větším měřítku.
Důležitý
Pro většinu úloh citlivých na výkon doporučujeme používat zrcadlení. Další informace o vyvážení výkonu a kapacity v závislosti na úloze najdete v tématu Plánování svazků.
Jednoduchá parita
Jednoduchá parita uchovává pouze jeden bitový paritní symbol, který poskytuje odolnost proti chybám pouze proti jednomu selhání najednou. Nejvíce se podobá RAID-5. Pro použití jednoduché parity potřebujete alespoň tři hardwarové domény selhání – se Storage Spaces Direct to znamená tři servery. Vzhledem k tomu, že trojcestné zrcadlení poskytuje větší odolnost proti chybám ve stejném měřítku, nedoporučujeme používat jednu paritu. Je tam, pokud ale trváte na jeho používání, a je plně podporován.
Varování
Nedoporučujeme používat jedinou paritu, protože může bezpečně tolerovat pouze jedno selhání hardwaru najednou: pokud restartujete jeden server, když náhle selže jiná jednotka nebo server, dojde k výpadku. Pokud máte jenom tři servery, doporučujeme použít zrcadlení ve třech směrech. Pokud máte čtyři nebo více, přečtěte si další část.
Duální parita
Duální parita implementuje opravné kódy Reed-Solomon, aby udržovaly dva paritní symboly, což zajišťuje stejnou odolnost proti chybám jako trojitá zrcadlení (tj. až dvě selhání najednou), ale s lepší úložnou efektivitou. Nejvíce se podobá RAID-6. Pokud chcete použít duální paritu, potřebujete aspoň čtyři hardwarové domény selhání – s technologií Storage Spaces Direct to znamená čtyři servery. V takovém měřítku je efektivita úložiště 50% – k uložení 2 TB dat potřebujete 4 TB fyzické kapacity úložiště.
duální parita
Efektivita úložiště s duální paritou se zvyšuje s počtem hardwarových domén selhání, které máte, od 50 % až po 80 %. Například u sedmi (se Storage Spaces Direct, což znamená sedm serverů) se efektivita zvýší na 66,7 % – pro uložení 4 TB dat potřebujete jen 6 TB fyzické úložné kapacity.
V části Summary najdete informace o efektivitě dvoufázových kódů a kódů pro místní rekonstrukci na každé úrovni.
Kódy místního obnovení
Storage Spaces představuje pokročilou techniku vyvinutou společností Microsoft Research s názvem "kódy místního obnovení" nebo LRC. Duální parita ve velkém měřítku využívá LRC k rozdělení procesu kódování a dekódování do několika menších skupin, aby se snížila režie potřebná k provádění zápisů nebo obnově při selhání.
U pevných disků (HDD) je velikost skupiny čtyři symboly; s jednotkami SSD (Solid-State Drive), velikost skupiny je šest symbolů. Tady je příklad, jak vypadá rozložení s pevnými disky a 12 doménami selhání hardwaru (tj. 12 serverů) – existují dvě skupiny čtyř datových symbolů. Dosahuje 72,7% efektivity úložiště.
Doporučujeme tento podrobný, ale vysoce čitelný návod , jak se kódy místního obnovení vypořádávají s různými scénáři selhání a proč jsou atraktivní, Claus Joergensen.
Zrcadlově akcelerovaná parita
Svazek Storage Spaces Direct může být částečně zrcadlený a částečně s paritou. Nejprve se data uloží do zrcadlené části a postupně jsou přesunuta do paritní části. Efektivně jde o použití zrcadlení k urychlení kódování mazání v .
Pokud chcete kombinovat trojcestné zrcadlení a duální paritu, potřebujete alespoň čtyři domény poruch, což znamená čtyři servery.
Efektivita úložiště při použití parity akcelerované zrcadlením leží mezi výsledky, kterých byste dosáhli při použití čistě zrcadlení nebo čistě parity, a závisí na poměrech, které zvolíte.
Důležitý
Pro většinu úloh citlivých na výkon doporučujeme používat zrcadlení. Další informace o vyvážení výkonu a kapacity v závislosti na úloze najdete v tématu Plánování svazků.
Shrnutí
Tato část shrnuje typy odolnosti dostupné v Prostorech úložiště s přímým přístupem, minimální požadavky na škálování pro použití jednotlivých typů, kolik selhání může každý typ tolerovat, a odpovídající efektivitu úložiště.
Typy odolnosti
| Odolnost | Odolnost proti chybám | Efektivita úložiště |
|---|---|---|
| Dvoucestné zrcadlo | 1 | 50,0% |
| Třícestné zrcadlo | 2 | 33,3% |
| Duální parita | 2 | 50.0% - 80.0% |
| Smíšený | 2 | 33,3% - 80,0% |
Minimální požadavky na škálování
| Odolnost | Minimální požadované domény selhání |
|---|---|
| Dvoucestné zrcadlo | 2 |
| Třícestné zrcadlo | 3 |
| Duální parita | 4 |
| Smíšený | 4 |
Spropitné
Pokud nepoužíváte odolnost proti chybám skříně nebo racku, počet domén selhání se vztahuje na počet serverů. Počet jednotek na každém serveru nemá vliv na typy odolnosti, které můžete použít, pokud splňujete minimální požadavky pro Prostory úložiště s přímým přístupem.
Efektivita duální parity pro hybridní nasazení
Tato tabulka ukazuje efektivitu úložiště duální parity a kódů místního obnovení v každém měřítku pro hybridní nasazení, která obsahují jak pevné disky (HDD), tak jednotky SSD (Solid-State Drive).
| Domény selhání | Rozložení | Efektivita |
|---|---|---|
| 2 | – | – |
| 3 | – | – |
| 4 | RS 2+2 | 50,0% |
| 5 | RS 2+2 | 50,0% |
| 6 | RS 2+2 | 50,0% |
| 7 | RS 4+2 | 66,7% |
| 8 | RS 4+2 | 66,7% |
| 9 | RS 4+2 | 66,7% |
| 10 | RS 4+2 | 66,7% |
| 11 | RS 4+2 | 66,7% |
| 12 | LRC (8, 2, 1) | 72,7% |
| 13 | LRC (8, 2, 1) | 72,7% |
| 14 | LRC (8, 2, 1) | 72,7% |
| 15 | LRC (8, 2, 1) | 72,7% |
| 16 | LRC (8, 2, 1) | 72,7% |
Efektivita duální parity pro nasazení systému all-flash
Tato tabulka ukazuje efektivitu úložiště s duální paritou a kódy místní rekonstrukce ve všech měřítkách pro nasazení pouze na flash úložištích, která obsahují pouze jednotky SSD (Solid-State Drive). Rozložení parity může používat větší velikosti skupin a dosáhnout lepší efektivity úložiště v konfiguraci typu all-flash.
| Domény selhání | Rozložení | Efektivita |
|---|---|---|
| 2 | – | – |
| 3 | – | – |
| 4 | RS 2+2 | 50,0% |
| 5 | RS 2+2 | 50,0% |
| 6 | RS 2+2 | 50,0% |
| 7 | RS 4+2 | 66,7% |
| 8 | RS 4+2 | 66,7% |
| 9 | RS 6+2 | 75,0% |
| 10 | RS 6+2 | 75,0% |
| 11 | RS 6+2 | 75,0% |
| 12 | RS 6+2 | 75,0% |
| 13 | RS 6+2 | 75,0% |
| 14 | RS 6+2 | 75,0% |
| 15 | RS 6+2 | 75,0% |
| 16 | LRC (12, 2, 1) | 80.0% |
Příklady
Pokud nemáte jenom dva servery, doporučujeme použít trojcestné zrcadlení nebo duální paritu, protože nabízejí lepší odolnost proti chybám. Konkrétně zajišťují, aby všechna data zůstala v bezpečí a nepřetržitě přístupná i v případě, že dvě domény poruch, v prostředí Storage Spaces Direct, jsou ovlivněny současnými selháními dvou serverů.
Příklady, kde všechno zůstává online
Těchto šest příkladů ukazuje, jaké trojcestné zrcadlení a/nebo duální parita mohou tolerovat.
- 1. Ztráta jedné jednotky (včetně jednotek mezipaměti)
- 2. ztráta serveru One
1 a 2
- 3. Jeden server a jedna jednotka byly ztraceny
- 4. Dvě jednotky ztracené na různých serverech
- 5. ztráta více než dvou jednotek, pokud jsou ovlivněny maximálně dva servery
- 6. Dva servery ztraceny
... v každém případě zůstanou všechny svazky online. (Ujistěte se, že cluster udržuje kvorum.)
Příklady, kde všechno přejde do offline režimu
Prostory úložiště můžou v průběhu své životnosti tolerovat libovolný počet selhání, protože po každém z nich obnoví plnou odolnost za dostatek času. Nanejvýš dvě domény selhání mohou být kdykoliv bezpečně ovlivněny selháními. Následující jsou tedy příklady, které třícestné zrcadlení a/nebo duální parita nemohou tolerovat.
- 7. Ztráta disků na třech nebo více serverech současně
- 8. tři nebo více serverů se ztratilo najednou
7 a 8
Použití
Podívejte se na Vytvořte svazky.
Další kroky
Další informace o tématech uvedených v tomto článku najdete v následujících tématech: