Odporność zagnieżdżona dla usługi Miejsca do magazynowania Direct

Dotyczy: Azure Stack HCI, wersje 22H2 i 21H2; Windows Server 2022 i Windows Server 2019

Ważne

Usługa Azure Stack HCI jest teraz częścią usługi Azure Local. Trwa zmiana nazwy dokumentacji produktu. Jednak starsze wersje rozwiązania Azure Stack HCI, na przykład 22H2 będą nadal odwoływać się do rozwiązania Azure Stack HCI i nie będą odzwierciedlać zmiany nazwy. Dowiedz się więcej.

Odporność zagnieżdżona to możliwość Miejsca do magazynowania Direct w usługach Azure Stack HCI i Windows Server. Dzięki temu klaster z dwoma serwerami może wytrzymać wiele awarii sprzętowych w tym samym czasie bez utraty dostępności magazynu, dzięki czemu użytkownicy, aplikacje i maszyny wirtualne będą nadal działać bez zakłóceń. W tym artykule wyjaśniono, jak działa zagnieżdżona odporność, zawiera instrukcje krok po kroku umożliwiające rozpoczęcie pracy oraz odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania.

Zanim rozpoczniesz

Rozważ zagnieżdżone odporność, jeśli:

• Klaster uruchamia jeden z następujących systemów operacyjnych: Azure Stack HCI, wersja 21H2, Azure Stack HCI, wersja 20H2, Windows Server 2022 lub Windows Server 2019; i
• Klaster ma dokładnie dwa węzły serwera.

Nie można użyć odporności zagnieżdżonej, jeśli:

• Klaster działa z systemem Windows Server 2016; lub
• Klaster ma tylko jeden węzeł serwera lub ma co najmniej trzy węzły serwera.

Dlaczego odporność zagnieżdżona

Woluminy korzystające z odporności zagnieżdżonej mogą pozostawać w trybie online i być dostępne, nawet jeśli wystąpi wiele awarii sprzętowych w tym samym czasie, w przeciwieństwie do klasycznej odporności dublowania dwukierunkowego. Jeśli na przykład dwa dyski kończą się niepowodzeniem w tym samym czasie lub gdy serwer ulegnie awarii, woluminy korzystające z zagnieżdżonej odporności pozostają w trybie online i są dostępne. W przypadku infrastruktury hiperkonwergentnej zwiększa to czas pracy aplikacji i maszyn wirtualnych; w przypadku obciążeń serwera plików oznacza to, że użytkownicy mają nieprzerwany dostęp do swoich plików.

Kompromis polega na tym, że odporność zagnieżdżona ma niższą wydajność niż klasyczne dublowanie dwukierunkowe, co oznacza, że uzyskujesz nieco mniej miejsca do wykorzystania. Aby uzyskać szczegółowe informacje, zobacz sekcję Wydajność pojemności poniżej.

Jak to działa

Ta sekcja zawiera tło dotyczące odporności zagnieżdżonej dla Miejsca do magazynowania Direct i opisuje dwie nowe opcje odporności i ich wydajność.

Inspiracja: RAID 5+1

RAID 5+1 to ustanowiona forma odporności magazynu rozproszonego, która zapewnia przydatne tło do zrozumienia zagnieżdżonej odporności. W macierzy RAID 5+1 na każdym serwerze lokalna odporność jest zapewniana przez macierz RAID-5 lub pojedynczą parzystość, aby chronić przed utratą dowolnego pojedynczego dysku. Następnie dodatkowa odporność jest zapewniana przez dublowanie raid-1 lub dwukierunkowe, między dwoma serwerami w celu ochrony przed utratą jednego z serwerów.

Opcje odporności

usługa Miejsca do magazynowania Direct w usłudze Azure Stack HCI i systemie Windows Server oferuje dwie opcje odporności zaimplementowane w oprogramowaniu bez konieczności posiadania wyspecjalizowanego sprzętu RAID:

• Zagnieżdżone dublowanie dwukierunkowe. W każdym serwerze lokalna odporność jest zapewniana przez dublowanie dwukierunkowe, a następnie dalsza odporność jest zapewniana przez dublowanie dwukierunkowe między dwoma serwerami. Jest to zasadniczo dublowanie czterostopniowe, z dwoma kopiami na każdym serwerze, które znajdują się na różnych dyskach fizycznych. Dublowanie dwukierunkowe zapewnia bezkompromisową wydajność: zapisy przechodzą do wszystkich kopii i odczytów pochodzą z dowolnej kopii.

  

• Zagnieżdżona parzystość przyspieszana przez dublowanie. Połącz zagnieżdżone dublowanie dwukierunkowe z poprzedniego obrazu z zagnieżdżonym parzystością. Na każdym serwerze lokalna odporność dla większości danych jest dostarczana przez arytmetyka parzystości bitowej, z wyjątkiem nowych ostatnich zapisów korzystających z dublowania dwukierunkowego. Następnie dodatkowa odporność dla wszystkich danych jest zapewniana przez dublowanie dwukierunkowe między serwerami. Nowe zapisy w woluminie przechodzą do części dublowania z dwoma kopiami na osobnych dyskach fizycznych na każdym serwerze. W miarę wypełniania dublowanego woluminu na każdym serwerze najstarsze dane są konwertowane i zapisywane w części parzystości w tle. W związku z tym każdy serwer ma dane dla woluminu w dublowania dwukierunkowego lub w pojedynczej strukturze parzystości. Jest to podobne do sposobu działania parzystości przyspieszanej przez dublowanie — różnica polega na tym, że parzystość przyspieszana przez dublowanie wymaga czterech serwerów w klastrze i puli magazynów oraz używa innego algorytmu parzystości.

  

Wydajność pojemności

Wydajność pojemności to stosunek miejsca do wykorzystania do zużycia woluminu. Opisuje obciążenie pojemności związane z odpornością i zależy od wybranej opcji odporności. W prostym przykładzie przechowywanie danych bez odporności jest wydajne o 100% pojemności (1 TB danych zajmuje 1 TB pojemności magazynu fizycznego), a dublowanie dwukierunkowe jest o 50% wydajne (1 TB danych zajmuje 2 TB pojemności magazynu fizycznego).

• Zagnieżdżone dublowanie dwukierunkowe zapisuje cztery kopie wszystkiego. Oznacza to, że do przechowywania 1 TB danych potrzebne jest 4 TB fizycznego miejsca do magazynowania. Chociaż jego prostota jest atrakcyjna, zagnieżdżona wydajność dublowania dwukierunkowego wynosi 25% jest najniższą opcją odporności w Miejsca do magazynowania Direct.

• Zagnieżdżona parzystość przyspieszana przez dublowanie osiąga większą wydajność, około 35%-40%, która zależy od dwóch czynników: liczby dysków pojemności na każdym serwerze oraz kombinacji dublowania i parzystości określonej dla woluminu. Ta tabela zawiera wyszukiwanie typowych konfiguracji:

  Dyski pojemności na serwer	Dublowanie 10%	Dublowanie 20%	Dublowanie 30%
  100	35.7%	34.1%	32.6%
  5	37.7%	35.7%	33.9%
  6	39.1%	36.8%	34.7%
  7+	40.0%	37.5%	35.3%

  Poniżej przedstawiono przykład pełnej matematyki. Załóżmy, że mamy sześć dysków pojemności na każdym z dwóch serwerów i chcemy utworzyć jeden wolumin o pojemności 100 GB składający się z 10 GB dublowania i 90 GB parzystości. Dublowanie dwukierunkowe serwera lokalnego jest wydajne o 50,0%, co oznacza, że 10 GB danych dublowania zajmuje 20 GB do przechowywania na każdym serwerze. Zdublowane na obu serwerach całkowity rozmiar wynosi 40 GB. W tym przypadku pojedyncza parzystość serwera lokalnego wynosi 5/6 = 83,3%, co oznacza, że 90 GB danych parzystości wymaga 108 GB do przechowywania na każdym serwerze. Dublowane na obu serwerach całkowity rozmiar wynosi 216 GB. Całkowity ślad wynosi zatem [(10 GB / 50,0%) + (90 GB / 83,3%)] × 2 = 256 GB, dla ogólnej wydajności 39,1%.

  Zwróć uwagę, że wydajność klasycznego dublowania dwukierunkowego (około 50%) i parzystości przyspieszanej przez dublowanie (do 40%) nie różni się zbytnio. W zależności od wymagań nieznacznie niższa wydajność pojemności może być warta znacznego wzrostu dostępności magazynu. Wybierasz odporność na wolumin, aby można było mieszać zagnieżdżone woluminy odporności i klasyczne woluminy dublowane dwukierunkowe w tym samym klastrze.

  

Tworzenie zagnieżdżonych woluminów odporności

Znane polecenia cmdlet magazynu w programie PowerShell umożliwiają tworzenie woluminów z zagnieżdżonymi odpornościami, zgodnie z opisem w poniższej sekcji.

Krok 1. Tworzenie szablonów warstw magazynowania (tylko system Windows Server 2019)

System Windows Server 2019 wymaga utworzenia nowych szablonów warstw magazynowania przy użyciu polecenia cmdlet przed utworzeniem New-StorageTier woluminów. Należy to zrobić tylko raz, a następnie każdy utworzony wolumin może odwoływać się do tych szablonów.

Uwaga

Jeśli korzystasz z systemu Windows Server 2022, Azure Stack HCI 21H2 lub Azure Stack HCI 20H2, możesz pominąć ten krok.

-MediaType Określ dyski pojemności i, opcjonalnie, -FriendlyName wybrane przez Ciebie. Nie modyfikuj innych parametrów.

Jeśli na przykład dyski pojemności są dyskami twardymi (HDD), uruchom program PowerShell jako administrator i uruchom następujące polecenia cmdlet.

Aby utworzyć warstwę NestedMirror:

New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName NestedMirrorOnHDD -ResiliencySettingName Mirror -MediaType HDD -NumberOfDataCopies 4

Aby utworzyć warstwę NestedParity:

New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName NestedParityOnHDD -ResiliencySettingName Parity -MediaType HDD -NumberOfDataCopies 2 -PhysicalDiskRedundancy 1 -NumberOfGroups 1 -FaultDomainAwareness StorageScaleUnit -ColumnIsolation PhysicalDisk

Jeśli dyski pojemności są dyskami półprzewodnikowymi (SSD), ustaw wartość -MediaType SSD zamiast i zmień wartość na -FriendlyName *OnSSD. Nie modyfikuj innych parametrów.

Napiwek

Sprawdź, czy Get-StorageTier pomyślnie utworzono warstwy.

Krok 2. Tworzenie zagnieżdżonych woluminów

Utwórz nowe woluminy przy użyciu New-Volume polecenia cmdlet .

• Dublowanie dwukierunkowe zagnieżdżone

  Aby użyć dublowania dwukierunkowego, odwołaj się do szablonu NestedMirror warstwy i określ rozmiar. Na przykład:

  New-Volume -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName Volume01 -StorageTierFriendlyNames NestedMirrorOnHDD -StorageTierSizes 500GB
  

  Jeśli dyski pojemności są dyskami półprzewodnikowymi (SSD), zmień wartość -StorageTierFriendlyNames na *OnSSD.

• Parzystość przyspieszana przez dublowanie zagnieżdżone

  Aby użyć parzystości przyspieszonej przez dublowanie, należy odwołać się zarówno do NestedMirror szablonów warstwy, jak i NestedParity określić dwa rozmiary, po jednym dla każdej części woluminu (najpierw dublowanie, sekunda parzystości). Aby na przykład utworzyć jeden wolumin 500 GB, który jest 20% zagnieżdżonym dublowaniem dwukierunkowym i 80% zagnieżdżonym parzystością, uruchom polecenie:

  New-Volume -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName Volume02 -StorageTierFriendlyNames NestedMirrorOnHDD, NestedParityOnHDD -StorageTierSizes 100GB, 400GB
  

  Jeśli dyski pojemności są dyskami półprzewodnikowymi (SSD), zmień wartość -StorageTierFriendlyNames na *OnSSD.

Krok 3. Kontynuuj w Centrum administracyjnym systemu Windows

Woluminy korzystające z odporności zagnieżdżonej są wyświetlane w Centrum administracyjnym systemu Windows z przezroczystym etykietowaniem, jak na poniższym zrzucie ekranu. Po ich utworzeniu możesz zarządzać nimi i monitorować je za pomocą centrum administracyjnego systemu Windows, podobnie jak w przypadku dowolnego innego woluminu w usłudze Miejsca do magazynowania Direct.

Opcjonalnie: Rozszerzanie na dyski pamięci podręcznej

W przypadku ustawień domyślnych zagnieżdżone odporność chroni przed utratą wielu dysków pojemności w tym samym czasie lub jednym serwerem i jednym dyskiem pojemności w tym samym czasie. Aby rozszerzyć tę ochronę na dyski pamięci podręcznej, należy wziąć pod uwagę inne kwestie: ponieważ dyski pamięci podręcznej często zapewniają buforowanie odczytu i zapisu dla wielu dysków pojemności, jedynym sposobem zapewnienia, że można tolerować utratę dysku pamięci podręcznej, gdy drugi serwer nie działa, to nie buforowanie zapisów, ale ma to wpływ na wydajność.

Aby rozwiązać ten scenariusz, Miejsca do magazynowania Direct oferuje opcję automatycznego wyłączania buforowania zapisu, gdy jeden serwer w klastrze dwóch serwerów nie działa, a następnie ponownie włącz buforowanie zapisu po utworzeniu kopii zapasowej serwera. Aby umożliwić rutynowe ponowne uruchamianie bez wpływu na wydajność, buforowanie zapisu nie jest wyłączone, dopóki serwer nie zostanie wyłączony przez 30 minut. Po wyłączeniu buforowania zapisu zawartość pamięci podręcznej zapisu jest zapisywana na urządzeniach pojemnościowych. Po tym serwer może tolerować nieudane urządzenie pamięci podręcznej na serwerze online, choć odczyty z pamięci podręcznej mogą być opóźnione lub kończą się niepowodzeniem, jeśli urządzenie pamięci podręcznej ulegnie awarii.

Uwaga

W przypadku całego systemu fizycznego pamięci podręcznej (pojedynczego typu nośnika) nie trzeba uwzględniać automatycznego wyłączania buforowania zapisu, gdy jeden serwer w klastrze z dwoma serwerami nie działa. Należy wziąć pod uwagę tylko pamięć podręczną warstwy magistrali magazynu (SBL), która jest wymagana tylko w przypadku korzystania z dysków HDD.

(Opcjonalnie) Aby automatycznie wyłączyć buforowanie zapisu, gdy jeden serwer w klastrze dwóch serwerów nie działa, uruchom program PowerShell jako administrator i uruchom polecenie:

Get-StorageSubSystem Cluster* | Set-StorageHealthSetting -Name "System.Storage.NestedResiliency.DisableWriteCacheOnNodeDown.Enabled" -Value "True"

Po ustawieniu wartości True zachowanie pamięci podręcznej jest następujące:

Sytuacja	Zachowanie pamięci podręcznej	Czy można tolerować utratę dysku pamięci podręcznej?
Oba serwery są w górę	Operacje odczytu i zapisu w pamięci podręcznej, pełna wydajność	Tak
Serwer w dół, pierwsze 30 minut	Operacje odczytu i zapisu w pamięci podręcznej, pełna wydajność	Nie (tymczasowo)
Po pierwszych 30 minutach	Tylko odczyty pamięci podręcznej, wydajność, której dotyczy problem	Tak (po zapisaniu pamięci podręcznej na dyskach pojemności)

Często zadawane pytania

Znajdź odpowiedzi na często zadawane pytania dotyczące odporności zagnieżdżonej.

Czy mogę przekonwertować istniejący wolumin między dublowaniem dwukierunkowym i zagnieżdżonym odpornością?

Nie, woluminy nie mogą być konwertowane między typami odporności. W przypadku nowych wdrożeń w usłudze Azure Stack HCI, Windows Server 2022 lub Windows Server 2019 zdecyduj przed upływem czasu, który typ odporności najlepiej odpowiada Twoim potrzebom. W przypadku uaktualniania z systemu Windows Server 2016 można utworzyć nowe woluminy z zagnieżdżonym odpornością, przeprowadzić migrację danych, a następnie usunąć starsze woluminy.

Czy mogę używać odporności zagnieżdżonej z wieloma typami dysków pojemności?

Tak, po prostu określ -MediaType odpowiednio każdą warstwę w kroku 1 powyżej. Na przykład w przypadku dysków NVMe, SSD i HDD w tym samym klastrze urządzenie NVMe zapewnia pamięć podręczną, podczas gdy dwa ostatnie zapewniają pojemność: ustaw warstwę NestedMirror na -MediaType SSD i warstwę NestedParity na -MediaType HDD. W takim przypadku wydajność wydajności parzystości zależy tylko od liczby dysków HDD i potrzebujesz co najmniej 4 z nich na serwer.

Czy mogę używać odporności zagnieżdżonej z co najmniej trzema serwerami?

Nie, używaj odporności zagnieżdżonej tylko wtedy, gdy klaster ma dokładnie dwa serwery.

Ile dysków muszę używać odporności zagnieżdżonej?

Minimalna liczba dysków wymaganych dla Miejsca do magazynowania Direct to cztery dyski pojemności na węzeł serwera, a także dwa dyski pamięci podręcznej na węzeł serwera (jeśli istnieje). Nie zmienia się to z systemu Windows Server 2016. Nie ma innego wymagania dotyczącego odporności zagnieżdżonej, a zalecenie dotyczące pojemności rezerwowej również nie zmienia się.

Czy odporność zagnieżdżona zmienia sposób działania wymiany dysku?

L.p.

Czy zagnieżdżona odporność zmienia sposób działania zamiany węzła serwera?

L.p. Aby zastąpić węzeł serwera i jego dyski, wykonaj następującą kolejność:

1. Wycofywanie dysków na serwerze wychodzącym
2. Dodaj nowy serwer ze swoimi dyskami do klastra
3. Pula magazynów zostanie ponownie zrównoważyna
4. Usuwanie serwera wychodzącego i jego dysków

Aby uzyskać szczegółowe informacje, zobacz artykuł Usuwanie serwerów .

Następne kroki

• Bezpośrednie miejsca do magazynowania — przegląd
• Omówienie odporności na uszkodzenia w usłudze Miejsca do magazynowania Direct
• Planowanie woluminów w usłudze Miejsca do magazynowania Direct
• Tworzenie woluminów w usłudze Miejsca do magazynowania Direct