存储空间直通概述

项目
02/22/2024

适用于：Azure Stack HCI 版本 22H2 和 21H2；Windows Server 2022、Windows Server 2019、Windows Server 2016

存储空间直通是 Azure Stack HCI 和 Windows Server 的一项功能，使你能够将具有内部存储的服务器聚集到软件定义的存储解决方案中。

本文概述了存储空间直通、它的工作原理、使用场景及其主要优点。你还可以浏览本文中的视频和实际客户案例，详细了解存储空间直通。

首先，在 Microsoft Azure 中试用存储空间直通，或者从 Windows Server 评估中下载 Windows Server 的 180 天许可证评估副本。若要了解 Windows Server 和 Azure Stack HCI 上的存储空间直通的最低硬件要求，请分别参阅 Windows Server 的系统要求和 Azure Stack HCI 的系统要求。如果要在 Azure Stack HCI 中部署存储空间直通，请参阅部署 Azure Stack HCI 操作系统。

什么是存储空间直通？

存储空间直通是软件定义的存储解决方案，可让你在聚合和超融合的 IT 基础结构中共享存储资源。它使你能够将一组物理服务器（2 个到 16 个）上的内部存储驱动器合并到软件定义的存储池中。此存储池具有跨列的缓存、层、复原和擦除编码，它们都是自动配置和管理的。

可以通过添加更多驱动器或在群集中添加更多服务器来横向扩展群集的存储容量。存储空间直通自动加入新驱动器并重新平衡存储池。它还自动使用最快的存储媒体来提供内置和始终打开的缓存。

存储空间直通是 Azure Stack HCI 版本 21H2 和 20H2 的核心技术。它还包括在 Windows Server 2022、Windows Server 2019、Windows Server 2016 的数据中心版本、Windows Server 内部预览版以及 Windows Server 2022 的 Azure 版本中。

可以在物理服务器群集或虚拟机 (VM) 来宾群集上部署存储空间直通。如果在物理服务器的超融合群集上部署它，我们建议使用 Azure Stack HCI 服务器。如果要在 Azure Stack HCI 中部署存储空间直通，请参阅部署 Azure Stack HCI 操作系统。

在 VM 来宾群集上部署存储空间直通会在私有云或公有云上跨一组 VM 提供虚拟共享存储。在生产环境中，仅 Windows Server 支持此部署。如需了解如何在 Windows Server 中的 VM 来宾群集上部署存储空间直通，请参阅在来宾虚拟机群集中使用存储空间直通。

仅出于测试和评估目的，可以在 Azure Stack HCI 测试环境中将存储空间直通部署到 VM 来宾群集。如需了解如何在 Azure Stack HCI 测试环境中部署它，请参阅教程：为 Azure Stack HCI 创建基于 VM 的实验室。

工作原理

存储空间直通利用 Windows Server 中的许多功能，如故障转移群集、群集共享卷 (CSV) 文件系统、服务器消息块 (SMB) 3 以及存储空间。它还引入了称为“软件存储总线”的新技术。

存储空间直通通过将一组行业标准服务器上的内部存储驱动器相结合来创建软件定义的存储解决方案。首先，将服务器与以太网上的内部存储驱动器连接，以形成群集，无需使用特殊电缆或存储构造。当你在该群集上启用存储空间直通时，它会将每个服务器的存储驱动器合并到一个软件定义的虚拟共享存储池中。

然后，你可以从该存储池创建卷，你可以在其中存储数据。这些卷运行 CSV 文件系统。这意味着，对每个服务器而言，这些卷在外观和行为上就像是在本地装载。由于这些卷具有内置的容错，因此你的数据始终处于联机状态并且可访问，即使驱动器发生故障或整个节点处于脱机状态也是如此。

在这些卷中，可以为 VM 放入文件，例如 .vhd 和 .vhdx。可以将运行存储空间直通的群集用作：

横向扩展文件服务器 (SoFS)，方法是通过网络将卷公开为 SMB3 文件共享。
超融合系统，方法是启用群集上的 Hyper-V，并将 VM 直接放置在卷上。

以下部分介绍存储空间直通堆栈的功能和组件。

网络硬件。 存储空间直通使用 SMB3（包括 SMB 直通和 SMB 多通道）通过以太网在服务器之间通信。强烈建议使用具有远程直接内存访问 (RDMA) 的 10+ GbE（iWARP 或 RoCE）。

存储硬件。 存储空间直通需要 2 到 16 个 Microsoft 认可的服务器，这些服务器具有仅连接到一个服务器的直接连接 SATA、SAS、NVMe 或永久性内存驱动器。每个服务器必须至少有两个固态驱动器，至少 4 个其他驱动器。 SATA 和 SAS 设备应位于主机总线适配器 (HBA) 和 SAS 扩展器之后。

故障转移群集。 存储空间直通使用 Azure Stack HCI 的内置群集功能和 Windows Server 来连接服务器。

软件存储总线。 软件存储总线可以跨越群集，建立软件定义的存储构造，在这种构造中，所有服务器都可以相互看到对方的所有本地驱动器。可以考虑使用它来代替成本高昂且局限的光纤通道或共享 SAS 电缆。

存储总线层缓存。 软件存储总线将存在的最快驱动器（例如 SSD）动态绑定到较慢的驱动器（例如 HDD），在服务器端提供读/写缓存，加速 IO 并提高吞吐量。

存储池。 形成存储空间基础的驱动器集合称为存储池。存储池是自动创建的，它自动发现符合条件的所有驱动器，并将这些驱动器添加到池中。强烈建议一个群集使用一个池，并采用默认设置。如需详细了解存储池，请参阅深入了解存储池博客。

存储空间。 存储空间通过镜像和/或擦除编码对“虚拟磁盘”提供容错功能。可以将其视为软件定义的分布式 RAID，使用的是池中的驱动器。在存储空间直通中，除了机箱和机架容错外，这些虚拟磁盘通常还具有复原功能，可以复原两个同时发生的驱动器或服务器故障（例如，3 向镜像，各数据副本存储在不同的服务器中）。

复原文件系统 (ReFS)。 ReFS 是专门针对虚拟化构建的首要文件系统。它可以显著加快 .vhdx 文件的操作速度（如创建、扩展以及检查点合并），并内置了校验和功能，可检测并纠正位错误。它还引入了实时层，可以根据使用情况在“热”、“冷”存储层之间实时轮换数据。

群集共享卷。 CSV 文件系统将所有 ReFS 卷统一到可通过任何服务器访问的一个命名空间。对于每个服务器，每个卷在外观和行为上就像在本地装载。

横向扩展文件服务器。 这最后一层仅在聚合部署中才需要。它提供远程文件访问功能，可使用 SMB3 访问协议通过网络访问客户端（如运行 Hyper-V 的另一个群集），有效地将存储空间直通变为网络连接存储 (NAS)。

主要优点

存储空间直通具有以下关键优势：

映像	说明
	简单。在 15 分钟内即可从运行 Windows Server 或 Azure Stack HCI 的行业标准服务器转到第一个存储空间直通群集。对于 System Center 用户而言，部署不仅仅只是一个复选框。
	高性能。无论是全闪存还是混合，存储空间直通都可以超过 1370 万 IOPS/服务器。存储空间直通的虚拟机监控程序嵌入式体系结构提供一致、低延迟、内置的读/写缓存，并支持直接在 PCIe 总线上装入的先进 NVMe 驱动器。
	容错。具有内置的复原功能，可在不影响可用性的情况下处理驱动器、服务器或组件故障。大规模部署还可以配置机箱和机架容错。如果硬件发生故障，只需更换发生故障的硬件，而软件会自行复原，不需要复杂的管理步骤。
	资源效率。擦除编码最多可提高 2.4 倍的存储效率，它采用独特的创新（如本地重建代码和 ReFS 实时层），使效率优势扩展到了硬盘驱动器及热或冷混合工作负载，同时最大程度降低了 CPU 使用率，为最需要的设备（即 VM）提供资源。
	可管理性。使用存储 QoS 控件，使繁忙的 VM 保持符合每台 VM 的 IOPS 上限和下限。运行状况服务提供持续的内置监视和警报。通过新的 API，可以轻松地收集丰富的群集范围的性能和容量指标。
	可伸缩性。可扩展到 16 台服务器以及超过 400 个驱动器，每个群集拥有最高 4 PB (4,000 TB) 的存储。如果要横向扩展，可以添加更多驱动器或添加更多服务器，存储空间直通会自动载入新的驱动器，并开始使用它们。存储效率和性能如预期大幅提升。

何时使用

存储空间直通是 Azure Stack HCI 和 Windows Server 的核心技术。它可以在以下场景中提供理想的网络存储解决方案：

纵向扩展或横向扩展网络存储容量。可以添加更多驱动器或添加更多服务器来扩展网络存储容量，同时保持数据的安全性和可访问性。如果存储池中的驱动器发生故障或整个节点脱机，所有数据都保持联机且可访问。
同时共享不同位置的同一组数据。存储空间直通创建的存储池在外观和行为上类似于网络共享。网络用户可以随时从任何位置访问存储的数据，而无需担心其存储数据的物理位置。
使用混合的存储媒体。使用存储空间直通，可以在服务器群集中组合不同类型的存储媒体，以形成软件定义的存储池。软件根据数据自动决定使用哪种媒体 - 对活动数据使用较快的媒体，对其他不经常使用的数据使用较慢的媒体。

部署选项

存储空间直通支持以下两个部署选项：

超融合
聚合

注意

Azure Stack HCI 仅支持超融合部署。

超融合部署

在超融合部署中，对计算和存储使用单个群集。超聚合部署选项直接在提供存储、在本地卷上存储文件的服务器上运行 Hyper-V 虚拟机或 SQL Server 数据库。此部署选项无需配置文件服务器访问和权限，进而降低了中小型企业和远程机构或分支机构部署的硬件成本。如需在 Windows Server 上部署存储空间直通，请参阅在 Windows Server 上部署存储空间直通。如需在 Azure Stack HCI 中部署存储空间直通，请参阅 Azure Stack HCI 的部署过程是什么？

融合部署

在融合部署中，需要使用单独的群集进行存储和计算。聚合部署选项（也称为“分解部署”）将横向扩展文件服务器 (SoFS) 放在存储空间直通之上，通过 SMB3 文件共享提供网络连接存储。它可以独立于存储群集扩展计算和工作负载，服务提供商和企业的 Hyper-V IaaS（基础结构即服务）等大规模部署就需要采用这种部署。

管理和监视

可以使用以下工具来管理和监视存储空间直通：

名称	图形或命令行？	付费或已包含？
Windows 管理中心	图形	已包含
服务器管理器 & 故障转移群集管理器	图形	已包含
Windows PowerShell	命令行	已包含
System Center Virtual Machine Manager (SCVMM) & Operations Manager	图形	已付