Direkte Speicherplätze – Übersicht

Gilt für: Azure Stack HCI, Version 21H2 und 20H2, Windows Server 2022, Windows Server 2019, Windows 2016

„Direkte Speicherplätze“ ist ein Feature von Azure Stack HCI und Windows Server, das Ihnen das Zusammenfassen von Servern mit internem Speicher zu Clustern ermöglicht, um eine softwaredefinierte Speicherlösung zu erstellen.

Dieser Artikel bietet eine Übersicht über „Direkte Speicherplätze“, dessen Funktionsweise, dessen Verwendung und dessen wichtigsten Vorteilen. In diesem Artikel können Sie auch Videos und Kundenstimmen erkunden, um mehr über „Direkte Speicherplätze“ zu erfahren.

Zum Einstieg können Sie Direkte Speicherplätze in Microsoft Azure testen, oder eine für 180 Tage lizenzierte Evaluierungskopie von Windows Server von Windows Server-Evaluierungsversionen herunterladen. Informationen zu den Mindesthardwareanforderungen für „Direkte Speicherplätze“ unter Windows Server und Azure Stack HCI finden Sie unter Systemanforderungen für Windows Server bzw. Systemanforderungen für Azure Stack HCI. Informationen zum Bereitstellen von „Direkte Speicherplätze“ als Teil von Azure Stack HCI finden Sie unter Bereitstellen des Azure Stack HCI-Betriebssystems.

Was ist „Direkte Speicherplätze“?

„Direkte Speicherplätze“ ist eine softwaredefinierte Speicherlösung, mit der Sie Speicherressourcen in Ihrer konvergenten und hyperkonvergenten IT-Infrastruktur gemeinsam nutzen können. Sie können interne Speicherlaufwerke in einem Cluster physischer Server (2 bis 16) zu einem softwaredefinierten Speicherpool kombinieren. Dieser Speicherpool verfügt über Cache, Ebenen, Resilienz und eine spaltenübergreifende Löschcodierung, die komplett automatisch konfiguriert und verwaltet werden.

Sie können die Speicherkapazität Ihres Clusters horizontal skalieren, indem Sie weitere Laufwerke oder weitere Server im Cluster hinzufügen. „Direkte Speicherplätze“ führt automatisch ein Onboarding der neuen Laufwerke durch und gleicht den Speicherpool neu aus. Außerdem werden automatisch die schnellsten vorhandenen Speichermedien verwendet, um integrierten Cache und Always On-Cache zur Verfügung zu stellen.

„Direkte Speicherplätze“ ist eine Kerntechnologie der Azure Stack HCI-Versionen 21H2 und 20H2. Das Feature ist auch in den Datacenter-Editionen von Windows Server 2022, Windows Server 2019, Windows Server 2016, Windows Server Insider-Vorabversionen und den Azure-Editionen von Windows Server 2022 und Windows Server 2019 enthalten.

Sie können „Direkte Speicherplätze“ auf einem Cluster physischer Server oder auf VM-Gastclustern bereitstellen. Bei der Bereitstellung auf einem hyperkonvergenten Cluster physischer Server wird die Verwendung von Azure Stack HCI-Servern empfohlen. Informationen zum Bereitstellen von „Direkte Speicherplätze“ als Teil von Azure Stack HCI finden Sie unter Bereitstellen des Azure Stack HCI-Betriebssystems.

Bei der Bereitstellung von „Direkte Speicherplätze“ auf VM-Gastclustern entsteht ein virtueller freigegebener Speicher, der sich auf mehrere VMs erstreckt, über einer privaten oder öffentlichen Cloud. In Produktionsumgebungen wird diese Bereitstellung nur in Windows Server unterstützt. Informationen zum Bereitstellen von „Direkte Speicherplätze“ auf VM-Gastclustern in Windows Server finden Sie unter Verwenden von „Direkte Speicherplätze“ auf VM-Gastclustern.

Sie können „Direkte Speicherplätze“ in Azure Stack HCI-Umgebungen lediglich zu Test- und Evaluierungszwecken auf VM-Gastclustern bereitstellen. Informationen zur Bereitstellung in Azure Stack HCI-Testumgebungen finden Sie unter Tutorial: Erstellen eines VM-basierten Labs für Azure Stack HCI.

Funktionsweise

„Direkte Speicherplätze“ nutzt viele Features von Windows Server, z. B. Failoverclustering, das CSV-Dateisystem (Cluster Shared Volume, freigegebenes Clustervolume), SMB3 (Server Message Block) und „Speicherplätze“. Außerdem wird eine neue Technologie eingeführt, der sogenannte Softwarespeicherbus.

„Direkte Speicherplätze“ schafft eine softwaredefinierte Speicherlösung, indem die internen Speicherlaufwerke eines Clusters von branchenüblichen Servern kombiniert werden. Zunächst verbinden Sie die Server mit den internen Speicherlaufwerken über Ethernet, um einen Cluster zu bilden– ein spezielles Kabel oder ein Speicherfabric ist nicht erforderlich. Wenn Sie „Direkte Speicherplätze“ in diesem Cluster aktivieren, werden die Speicherlaufwerke aller betreffenden Server in einem softwaredefinierten Pool von virtuell freigegebenem Speicher kombiniert.

Anschließend erstellen Sie aus diesem Speicherpool Volumes, in denen Sie Ihre Daten speichern können. Diese Volumes verwenden das CSV-Dateisystem. Dies bedeutet, dass diese Volumes für jeden Server wie lokal bereitgestellte Volumes aussehen, die sich auch genauso verhalten. Durch die integrierte Fehlertoleranz in diesen Volumes sind Ihre Daten stets online und zugänglich, auch wenn ein Laufwerk ausfällt oder der ganze Knoten offline geschaltet wird.

In diesen Volumes können Sie Ihre Dateien platzieren, z. B. VHD- und VHDX-Dateien für VMs. Sie können den Cluster mit „Direkte Speicherplätze“ wie folgt verwenden:

  • Als Dateiserver mit horizontaler Skalierung (Scale-Out File Server, SoFS), indem die Volumes über das Netzwerk als SMB3-Dateifreigaben verfügbar gemacht werden.
  • Als hyperkonvergentes Systems, indem Hyper-V im Cluster aktiviert wird und die VMs direkt auf den Volumes platziert werden.

Im folgenden Abschnitt werden die Features und Komponenten eines „Direkte Speicherplätze“-Stapels beschrieben.

Storage Spaces Direct Stack

Netzwerkhardware. „Direkte Speicherplätze“ verwendet für die Kommunikation zwischen Servern SMB3, einschließlich SMB Direct und SMB Multichannel über Ethernet. Es wird dringend empfohlen, mehr als 10 GbE mit RDMA (Remote Direct Memory Access, Remotezugriff auf den direkten Speicher) zu verwenden, entweder iWARP oder RoCE.

Speicherhardware. „Direkte Speicherplätze“ benötigt 2 bis 16 von Microsoft zugelassene Server mit direkt verbundenen SATA-, SAS- oder NVME-Laufwerken oder Laufwerken für persistenten Speicher, die physisch an nur jeweils einen Server angeschlossen sind, verwendet werden. Jeder Server muss über mindestens 2 SSDs und mindestens 4 weitere Laufwerke verfügen. Die SATA- und SAS-Geräte sollten sich hinter einem Hostbusadapter (HBA) und einer SAS-Erweiterung befinden.

Failoverclustering. „Direkte Speicherplätze“ verwendet das integrierte Clusteringfeature von Azure Stack HCI und Windows Server, um die Server zu verbinden.

Softwarespeicherbus. Der Softwarespeicherbus umfasst den Cluster und richtet ein softwaredefiniertes Speicherfabric ein, sodass alle Server alle lokalen Laufwerke der jeweils anderen Server sehen können. Sie können es sich als Ersatz für die kostspielige und eingeschränkte Fibre Channel- oder Shared SAS-Verkabelung vorstellen.

Cache der Speicherbusebene. Der Softwarespeicherbus bindet die schnellsten vorhandenen Laufwerke (z. B. SSD) dynamisch mit langsameren Laufwerken (z. B. HDDs), um das Zwischenspeichern von serverseitigen Lese-/Schreibzugriffen zum Beschleunigen von E/A-Vorgängen und zum Steigern des Durchsatzes zu ermöglichen.

Speicherpool. Die Sammlung der Laufwerke, die die Grundlage für „Speicherplätze“ darstellt, wird als Speicherpool bezeichnet. Der Speicherpool wird automatisch erstellt, und alle geeigneten Laufwerke werden automatisch ermittelt und hinzugefügt. Es wird dringend empfohlen, einen Pool pro Cluster mit den Standardeinstellungen zu verwenden. Weitere Informationen zum Speicherpool finden Sie im Blog Deep Dive: The Storage Pool in Storage Spaces Direct, der einen tieferen Einblick in den Speicherpool bietet.

„Speicherplätze“. „Speicherplätze“ bietet Fehlertoleranz für „virtuelle Festplatten“ mit Spiegelung und/oder Löschcodierung. Stellen Sie sich „Speicherplätze“ als verteiltes, softwaredefiniertes RAID vor, das die Laufwerken im Pool verwendet. In „Direkte Speicherplätze“ verfügen diese virtuellen Laufwerke in der Regel über Resilienz für zwei gleichzeitige Laufwerk- oder Serverausfälle (z. B. Drei-Wege-Spiegelung, wobei jede Datenkopie auf einem anderen Server gespeichert ist). Zusätzlich ist Gehäuse- und Rack-Fehlertoleranz verfügbar.

Robustes Dateisystem (Resilient File System, ReFS). ReFS ist das wichtigste, speziell für die Virtualisierung entwickelte Dateisystem. Es bietet erhebliche Beschleunigungen für VHDX-Dateivorgänge, wie Erstellung, Erweiterung und Prüfpunkt-Zusammenführung, sowie integrierte Prüfsummen zum Erkennen und Beheben von Bitfehlern. Außerdem werden Echtzeitebenen eingeführt, auf denen die Daten basierend auf Ihrer Verwendung zwischen der „heißen“ und der„kalten“ Speicherebene in Echtzeit verschoben werden.

Freigegebene Clustervolumes. Das CSV-Dateisystem (Cluster Shared Volume, freigegebenes Clustervolume) vereint alle ReFS-Volumes in einem einzelnen Namespace, der von jedem Server aus zugänglich ist. Jedes Volume sieht für alle Server wie ein lokal bereitgestelltes Volume aus, das sich auch genauso verhält.

Dateiserver mit horizontaler Skalierung. Diese letzte Ebene ist nur für konvergente Bereitstellungen erforderlich. Der Dateiserver mit horizontaler Skalierung ermöglicht Clients, z. B. einem anderen Cluster mit Hyper-V, über das SMB3-Zugriffsprotokoll Remotezugriff auf Dateien über das Netzwerk, und wandelt „Direkte Speicherplätze“ dadurch effizient in NAS (Network Attached Storage) um.

Hauptvorteile

„Direkte Speicherplätze“ bietet die folgenden Hauptvorteile:

Image BESCHREIBUNG
Simplicity Einfachheit. Sie können in weniger als 15 Minuten aus branchenüblichen Servern unter Windows Server oder Azure Stack HCI Ihr erstes „Direkte Speicherplätze“-Cluster erstellen. Für System Center-Benutzer erfolgt die Bereitstellung über ein einziges Kontrollkästchen.
High performance Hohe Leistung. Unabhängig davon, ob nur Flash- oder Hybrid-Speicher verwendet wird, kann „Direkte Speicherplätze“ mehr als 13,7 Millionen IOPS pro Server bewältigen. Die in Hypervisor eingebettete Architektur von „Direkte Speicherplätze“ bietet konsistente, geringe Latenz, integrierten Lese-/Schreibcache und Unterstützung für innovative NVMe-Laufwerke, die direkt am PCIe-Bus angeschlossen werden.
Fault tolerance Fehlertoleranz. Integrierte Resilienz verarbeitet Laufwerk-, Server- oder Komponentenausfälle bei fortlaufender Verfügbarkeit. Größere Bereitstellungen können auch für Gehäuse- und Rack-Fehlertoleranz konfiguriert werden. Bei Ausfall von Hardware brauchen Sie diese nur auszutauschen. Die Software setzt sich selbst und ohne komplizierte Verwaltungsschritte wieder instand.
Resource efficiency Ressourceneffizienz. Die Löschcodierung bietet eine bis zu 2,4-fach höhere Speichereffizienz mit einzigartigen Innovationen wie Code für die lokale Wiederherstellung und ReFS-Ebenen in Echtzeit, um diese Effizienz auf Festplattenlaufwerke und gemischte heiße oder kalte Workloads auszudehnen, und das alles bei gleichzeitiger Minimierung der CPU-Auslastung, um Ressourcen dorthin zurückzugeben, wo sie am meisten benötigt werden: an die VMs.
Manageability Verwaltbarkeit: Verwenden Sie Storage QoS-Steuerelemente, um zu gewährleisten, dass ausgelastete VMs die Mindest- und Höchstgrenzen für IOPS pro VM nicht unter- bzw. überschreiten. Der Integritätsdienst ermöglicht eine kontinuierliche integrierte Überwachung und Warnungen. Neue APIs erleichtern das Erfassen umfangreicher clusterweiter Leistungs- und Kapazitätsmetriken.
Scalability Skalierbarkeit. Es besteht die Möglichkeit einer Skalierung auf bis zu 16 Server und über 400 Laufwerke für bis zu 4 Petabyte (4.000 Terabyte) Speicher pro Cluster. Zum horizontalen Skalieren fügen Sie einfach weitere Laufwerke oder weitere Server hinzu. „Direkte Speicherplätze“ integriert und nutzt neue Laufwerke automatisch. Speichereffizienz und Leistung lassen sich berechenbar in großem Maßstab verbessern.

Einsatzgebiete

„Direkte Speicherplätze“ ist eine Kerntechnologie von Azure Stack HCI und Windows Server. Dieses Feature stellt eine ideale Netzwerkspeicherlösung für folgende Zwecke zur Verfügung:

  • Vertikale oder horizontale Skalierung der Netzwerkspeicherkapazität. Sie können weitere Laufwerke oder weitere Server hinzufügen, um die Netzwerkspeicherkapazität zu erweitern, wobei die Daten weiterhin geschützt und zugänglich bleiben. Wenn ein Laufwerk im Speicherpool ausfällt oder der ganze Knoten offline geschaltet wird, bleiben alle Daten online und zugänglich.
  • Standortunabhängige, gleichzeitige gemeinsame Nutzung der gleichen Daten. Der Speicherpool, der von „Direkte Speicherplätze“ erstellt wird, sieht wie eine Netzwerkfreigabe aus, die sich auch genauso verhält. Die Netzwerkbenutzer können jederzeit von jedem Ort aus auf die gespeicherten Daten zugreifen, ohne sich Gedanken über den physischen Speicherort der gespeicherten Daten machen zu müssen.
  • Verwendung verschiedener Speichermedien. Mit „Direkte Speicherplätze“ können Sie verschiedenartige Speichermedien in Ihrem Servercluster kombinieren, um den softwaredefinierten Speicherpool zu bilden. Die Software entscheidet basierend auf den Daten automatisch, welche Medien verwendet werden: schnellere Medien für aktive Daten und langsamere Medien für andere selten verwendete Daten.

Bereitstellungsoptionen

„Direkte Speicherplätze“ unterstützt die folgenden beiden Bereitstellungsoptionen:

  • Hyperkonvergente Bereitstellung
  • Konvergente Bereitstellung

Hinweis

Azure Stack HCI unterstützt nur die hyperkonvergente Bereitstellung.

Hyperkonvergente Bereitstellung

In einer hyperkonvergenten Bereitstellung wird ein einzelner Cluster für Compute- und Speicherressourcen verwendet. Bei der hyperkonvergenten Bereitstellung werden virtuelle Hyper-V-Computer oder SQL Server-Datenbanken direkt auf den Servern, die Speicher bereitstellen, ausgeführt und die Dateien auf den lokalen Volumes gespeichert. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, den Zugriff auf die Dateiserver und die entsprechenden Berechtigungen zu konfigurieren, sodass wiederum die Hardwarekosten für kleine und mittelständische Unternehmen oder Bereitstellungen in Remotebüros/Filialen gesenkt werden. Informationen zum Bereitstellen von „Direkte Speicherplätze“ auf Windows Server finden Sie im Artikel zum Bereitstellen von „Direkte Speicherplätze“ auf Windows Server. Informationen zum Bereitstellen von „Direkte Speicherplätze“ als Teil von Azure Stack HCI finden Sie unter Was ist der Bereitstellungsprozess für Azure Stack HCI?

[Storage Spaces Direct serves storage to Hyper-V VMs in the same cluster]

Konvergente Bereitstellung

In einer konvergenten Bereitstellung werden separate Cluster für Speicher- und Computeressourcen verwendet. Bei der konvergenten Bereitstellung (auch „zerstreute“ Bereitstellung genannt) wird oberhalb von „Direkte Speicherplätze“ ein Dateiserver mit horizontaler Skalierung (Scale-out File Server, SoFS) überlagert, um NAS über SMB3-Dateifreigaben bereitzustellen. Dies ermöglicht die Skalierung von Computeressourcen und Workload unabhängig vom Speichercluster, was für größere Bereitstellungen, z. B. Hyper-V-IaaS (Infrastructure-as-a-Service), für Dienstanbieter und Unternehmen unerlässlich ist.

Storage Spaces Direct serves storage using the Scale-Out File Server feature to Hyper-V VMs in another server or cluster

Verwalten und Überwachen

Sie können die folgenden Tools zum Verwalten und Überwachen von „Direkte Speicherplätze“ verwenden:

Name Grafische Benutzeroberfläche oder Befehlszeile? Bezahlt oder enthalten?
Windows Admin Center Grafisch Enthalten
Server-Manager und Failovercluster-Manager Grafisch Enthalten
Windows PowerShell Befehlszeile Enthalten
System Center Virtual Machine Manager (SCVMM)
&Operations Manager
Grafisch Bezahlt

Videos

Direkte Speicherplätze – Übersicht (5 Minuten)

„Direkte Speicherplätze“ auf der Microsoft Ignite 2018 (1 Stunde)

„Direkte Speicherplätze“ auf der Microsoft Ignite 2017 (1 Stunde)

Startveranstaltung zu „Direkte Speicherplätze“ auf der Microsoft Ignite 2016 (1 Stunde)

Kundenstimmen

Weltweit werden „Direkte Speicherplätze“ auf mehr als 10.000 Clustern ausgeführt. Organisationen aller Größen, von kleinen Unternehmen mit nur zwei Knoten bis hin zu großen Unternehmen und Behörden, die Hunderte von Knoten bereitstellen, sind für ihre kritischen Anwendungen und Infrastrukturen von „Direkte Speicherplätze“ abhängig.

Besuchen Sie Microsoft.com/HCI, um ihre Erfahrungen zu lesen.

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Weitere Verweise