Fehlertoleranz und Speichereffizienz in Direkte SpeicherplätzeFault tolerance and storage efficiency in Storage Spaces Direct

Gilt für: Windows Server 2016Applies To: Windows Server 2016

In diesem Thema werden die in Direkte Speicherplätze verfügbaren Resilienzoptionen vorgestellt und die Skalierungsanforderungen, Speichereffizienz sowie allgemeine Vorteile und Nachteile der einzelnen Optionen beschrieben.This topic introduces the resiliency options available in Storage Spaces Direct and outlines the scale requirements, storage efficiency, and general advantages and tradeoffs of each. Außerdem finden Sie einige Anweisungen zur Verwendung, um Ihnen den Einstieg erleichtern, sowie Verweise auf einige hilfreiche Dokumente, Blogs und weitere Inhalte, mit denen Sie sich informieren können.It also presents some usage instructions to get you started, and references some great papers, blogs, and additional content where you can learn more.

Falls Sie bereits mit Speicherplätzen vertraut sind, können Sie mit dem Abschnitt Zusammenfassung fortfahren.If you are already familiar with Storage Spaces, you may want to skip to the Summary section.

ÜbersichtOverview

Im Wesentlichen dienen Speicherplätze zur Bereitstellung von Fehlertoleranz – häufig als „Resilienz“ bezeichnet – für Ihre Daten.At its heart, Storage Spaces is about providing fault tolerance, often called 'resiliency', for your data. Die Implementierung erfolgt ähnlich wie bei RAID, allerdings verteilt über mehrere Server und in Software implementiert.Its implementation is similar to RAID, except distributed across servers and implemented in software.

Wie bei RAID gibt es auch für Speicherplätze verschiedene Implementierungsmethoden, bei denen jeweils unterschiedliche Kompromisse zwischen Fehlertoleranz, Speichereffizienz und rechnerischer Komplexität gelten.As with RAID, there are a few different ways Storage Spaces can do this, which make different tradeoffs between fault tolerance, storage efficiency, and compute complexity. Diese lassen sich grob in zwei Kategorien unterteilen: „Spiegelung“ und „Parität“. Die zweite Option wird auch als „Erasure Coding“ bezeichnet.These broadly fall into two categories: 'mirroring' and 'parity', the latter sometimes called 'erasure coding'.

SpiegelungMirroring

Die Spiegelung erzielt Fehlertoleranz durch das Beibehalten mehrerer Kopien aller Daten.Mirroring provides fault tolerance by keeping multiple copies of all data. Diese Methode ist am ehesten mit RAID-1 vergleichbar.This most closely resembles RAID-1. Die Aufteilung in Stripesets und Platzierung von Daten ist nicht trivial (siehe Informationen in diesem Blog), grundsätzlich gilt jedoch, dass alle gespeicherten Daten, für die Spiegelung verwendet wird, mehrmals vollständig geschrieben werden.How that data is striped and placed is non-trivial (see this blog to learn more), but it is absolutely true to say that any data stored using mirroring is written, in its entirety, multiple times. Jede Kopie wird auf eine andere physische Hardwarekomponente (unterschiedliche Laufwerke auf unterschiedlichen Servern) geschrieben, bei denen davon ausgegangen wird, dass sie unabhängig voneinander ausfallen.Each copy is written to different physical hardware (different drives in different servers) that are assumed to fail independently.

Unter Windows Server2016 bieten Speicherplätze zwei Arten von Spiegelung: „Zwei-Wege“ und „Drei-Wege“.In Windows Server 2016, Storage Spaces offers two flavors of mirroring – 'two-way' and 'three-way'.

Zwei-Wege-SpiegelungTwo-way mirror

Die Zwei-Wege-Spiegelung schreibt zwei Kopien aller Elemente.Two-way mirroring writes two copies of everything. Die Speichereffizienz ist 50% – zum Schreiben von 1TB an Daten benötigen Sie mindestens 2TB physische Speicherkapazität.Its storage efficiency is 50% – to write 1 TB of data, you need at least 2 TB of physical storage capacity. Ebenso benötigen Sie mindestens zwei Hardware-„Fehlerdomänen“ – bei Direkte Speicherplätze bedeutet das zwei Server.Likewise, you need at least two hardware 'fault domains' – with Storage Spaces Direct, that means two servers.

Zwei-Wege-Spiegelung

Warnung

Wenn Sie mehr als zwei Server haben, empfehlen wir stattdessen die Drei-Wege-Spiegelung.If you have more than two servers, we recommend using three-way mirorring instead.

Drei-Wege-SpiegelungThree-way mirror

Die Drei-Wege-Spiegelung schreibt drei Kopien aller Elemente.Three-way mirroring writes three copies of everything. Die Speichereffizienz ist 33.3% – zum Schreiben von 1TB an Daten benötigen Sie mindestens 3TB physische Speicherkapazität.Its storage efficiency is 33.3% – to write 1 TB of data, you need at least 3 TB of physical storage capacity. Ebenso benötigen Sie mindestens drei Hardware-Fehlerdomänen – bei Direkte Speicherplätze bedeutet das drei Server.Likewise, you need at least three hardware fault domains – with Storage Spaces Direct, that means three servers.

Die Dreiwegespiegelung kann mindestens zwei gleichzeitige Hardwareprobleme (Laufwerk oder Server) sicher tolerieren.Three-way mirroring can safely tolerate at least two hardware problems (drive or server) at a time. Beispiel: Wenn Sie einen Server neu starten und plötzlich ein anderes Laufwerk oder ein anderer Server ausfällt, bleiben alle Daten sicher und kontinuierlich zugänglich.For example, if you're rebooting one server when suddenly another drive or server fails, all data remains safe and continuously accessible.

Drei-Wege-Spiegelung

ParitätParity

Die Paritätscodierung, häufig auch als „Erasure Coding“ bezeichnet, erzielt Fehlertoleranz durch bitweise arithmetische Operationen, die außerordentlich kompliziert sein können.Parity encoding, often called 'erasure coding', provides fault tolerance using bitwise arithmetic, which can get remarkably complicated. Die Funktionsweise ist weniger offensichtlich als bei der Spiegelung, und es gibt viele hilfreiche Onlineressourcen (z.B. das Dokument Dummies Guide to Erasure Coding eines Drittanbieter), die Ihnen einen Eindruck davon vermitteln.The way this works is less obvious than mirroring, and there are many great online resources (for example, this third-party Dummies Guide to Erasure Coding) that can help you get the idea. Hervorzuheben ist lediglich, dass diese Methode eine bessere Speichereffizienz bietet, ohne die Fehlertoleranz zu beeinträchtigen.Sufficed to say it provides better storage efficiency without compromising fault tolerance.

In Windows Server2016 bieten Speicherplätze zwei Arten von Parität – „Einzelparität“ und „duale Parität“. Die zweite Option verwendet bei umfangreicheren Vorgängen ein fortgeschrittenes Verfahren, das als „Code für die lokale Wiederherstellung“ bezeichnet wird.In Windows Server 2016, Storage Spaces offers two flavors of parity – 'single' parity and 'dual' parity, the latter employing an advanced technique called 'local reconstruction codes' at larger scales.

Wichtig

Es wird empfohlen, für die meisten leistungsabhängigen Arbeitslasten eine Spiegelung zu verwenden.We recommend using mirroring for most performance-sensitive workloads. Weitere Informationen zum Ausgleich der Leistung und Kapazität je nach Ihrer Workload finden Sie unter Volumes planen.To learn more about how to balance performance and capacity depending on your workload, see Plan volumes.

EinzelparitätSingle parity

Die Einzelparität behält nur ein bitweises Paritätssymbol bei, das nur Fehlertoleranz für jeweils einen Ausfall bereitstellt.Single parity keeps only one bitwise parity symbol, which provides fault tolerance against only one failure at a time. Diese Methode ist am ehesten mit RAID-5 vergleichbar.It most closely resembles RAID-5. Zur Verwendung der Einzelparität benötigen Sie mindestens drei Hardware-Fehlerdomänen – bei Direkte Speicherplätze bedeutet das drei Server.To use single parity, you need at least three hardware fault domains – with Storage Spaces Direct, that means three servers. Da die Drei-Wege-Spiegelung mehr Fehlertoleranz im selben Maßstab bereitstellt, wird von der Verwendung einer Einzelparität abgeraten.Because three-way mirroring provides more fault tolerance at the same scale, we discourage using single parity. Falls Sie diese Option dennoch verwenden möchten, ist sie verfügbar und wird vollständig unterstützt.But, it's there if you insist on using it, and it is fully supported.

Warnung

Es wird davon abgeraten, einzelne Parität zu verwenden, da sie nur jeweils einen Hardwarefehler sicher tolerieren kann: Wenn Sie einen Server neu starten und plötzlich ein anderes Laufwerk oder ein anderer Server ausfällt, werden Ausfallzeiten auftreten.We discourage using single parity because it can only safely tolerate one hardware failure at a time: if you're rebooting one server when suddenly another drive or server fails, you will experience downtime. Wenn Sie nur über drei Server verfügen, wird die Drei-Wege-Spiegelung empfohlen.If you only have three servers, we recommend using three-way mirroring. Wenn Sie mindestens vier Server haben, lesen Sie im nächsten Abschnitt weiter.If you have four or more, see the next section.

Duale ParitätDual parity

Die duale Parität implementiert Reed-Solomon-Codes zur Fehlerkorrektur, um zwei bitweise Paritätssymbole beizubehalten. So stellen Sie dieselbe Fehlertoleranz wie die Drei-Wege-Spiegelung (d.h. für bis zu zwei gleichzeitige Ausfälle), jedoch mit besserer Speichereffizienz bereit.Dual parity implements Reed-Solomon error-correcting codes to keep two bitwise parity symbols, thereby providing the same fault tolerance as three-way mirroring (i.e. up to two failures at once), but with better storage efficiency. Diese Methode ist am ehesten mit RAID-6 vergleichbar.It most closely resembles RAID-6. Zur Verwendung der dualen Parität benötigen Sie mindestens vier Hardware-Fehlerdomänen – bei Direkte Speicherplätze bedeutet das vier Server.To use dual parity, you need at least four hardware fault domains – with Storage Spaces Direct, that means four servers. In diesem Umfange beträgt die Speichereffizienz 50% – zum Speichern von 2TB an Daten benötigen Sie mindestens 4TB physische Speicherkapazität.At that scale, the storage efficiency is 50% – to store 2 TB of data, you need 4 TB of physical storage capacity.

dual-parity

Die Speichereffizienz der dualen Parität steigt mit der Anzahl vorhandener Hardware-Fehlerdomänen von 50% auf bis zu 80%.The storage efficiency of dual parity increases the more hardware fault domains you have, from 50% up to 80%. Bei sieben Domänen (d.h. sieben Servern bei Direkte Speicherplätze) steigt die Effizienz auf 66,7% – zum Speichern von 4TB an Daten benötigen Sie nur 6TB physische Speicherkapazität.For example, at seven (with Storage Spaces Direct, that means seven servers) the efficiency jumps to 66.7% – to store 4 TB of data, you need just 6 TB of physical storage capacity.

dual-parity-wide

Im Abschnitt Zusammenfassung finden Sie Informationen zur Effizienz der dualen Parität und von Codes für die lokale Wiederherstellung in jeder Größenordnung.See the Summary section for the efficiency of dual party and local reconstruction codes at every scale.

Codes für die lokale WiederherstellungLocal reconstruction codes

Für Speicherplätze unter Windows Server2016 wird eine fortgeschrittene Technik eingeführt, die von Microsoft Research entwickelt wurde und als „Codes für die lokale Wiederherstellung“ bzw. LRC (Local Reconstruction Codes) bezeichnet wird.Storage Spaces in Windows Server 2016 introduces an advanced technique developed by Microsoft Research called 'local reconstruction codes', or LRC. Bei umfangreichen Vorgängen verwendet die duale Parität LRC, um ihre Codierung/Decodierung in einige kleinere Gruppen aufzuteilen, sodass der Aufwand für Schreibvorgänge oder Wiederherstellungen nach Ausfällen reduziert wird.At large scale, dual parity uses LRC to split its encoding/decoding into a few smaller groups, to reduce the overhead required to make writes or recover from failures.

Bei Festplattenlaufwerken (HDDs) umfasst eine Gruppe vier Symbole, und bei Festkörperlaufwerken (SSDs) umfasst eine Gruppe sechs Symbole.With hard disk drives (HDD) the group size is four symbols; with solid-state drives (SSD), the group size is six symbols. Beispiel: Hier sehen Sie das Layout bei Festplattenlaufwerken und 12 Hardware-Fehlerdomänen (also 12 Server). Es sind zwei Gruppen mit je vier Datensymbolen vorhanden.For example, here's what the layout looks like with hard disk drives and 12 hardware fault domains (meaning 12 servers) – there are two groups of four data symbols. Es wird eine Speichereffizienz von 72,7% erzielt.It achieves 72.7% storage efficiency.

local-reconstruction-codes

Wir empfehlen diese detaillierte aber sehr gut lesbare exemplarische Vorgehensweise zurHandhabung verschiedener Fehlerszenarien durch Codes für die lokale Wiederherstellung und deren Vorteile unseres Mitarbeiters Claus Joergensen.We recommend this in-depth yet eminently readable walk-through of how local reconstruction codes handle various failure scenarios, and why they're appealing, by our very own Claus Joergensen.

Durch Spiegelung beschleunigte ParitätMirror-accelerated parity

Ab Windows Server2016 kann für ein Direkte Speicherplätze-Volume sowohl Spiegelung als auch Parität eingesetzt werden.Beginning in Windows Server 2016, a Storage Spaces Direct volume can be part mirror and part parity. Schreibvorgänge werden zuerst im gespiegelten Bereich platziert und später schrittweise in den Paritätsbereich verschoben.Writes land first in the mirrored portion and are gradually moved into the parity portion later. Im Grunde ist dies die Verwendung der Spiegelung zum Beschleunigen von Erasure Coding.Effectively, this is using mirroring to accelerate erasure coding.

Für die Kombination aus Drei-Wege-Spiegelung und dualer Parität benötigen Sie mindestens vier Fehlerdomänen, d.h. vier Server.To mix three-way mirror and dual parity, you need at least four fault domains, meaning four servers.

Die Speichereffizienz einer durch Spiegelung beschleunigten Parität liegt zwischen den Ergebnissen, die Sie nur mit Spiegelung oder nur mit Parität erzielen würden, und hängt von den gewählten Proportionen ab.The storage efficiency of mirror-accelerated parity is in between what you'd get from using all mirror or all parity, and depends on the proportions you choose. Die Demo in Minute 37 dieser Präsentation zeigt z.B. verschiedene Kombinationen, die eine Effizienz von 46%, 54% und 65% Effizienz mit 12Servern erzielen.For example, the demo at the 37-minute mark of this presentation shows various mixes achieving 46%, 54%, and 65% efficiency with 12 servers.

Wichtig

Es wird empfohlen, für die meisten leistungsabhängigen Arbeitslasten eine Spiegelung zu verwenden.We recommend using mirroring for most performance-sensitive workloads. Weitere Informationen zum Ausgleich der Leistung und Kapazität je nach Ihrer Workload finden Sie unter Volumes planen.To learn more about how to balance performance and capacity depending on your workload, see Plan volumes.

ZusammenfassungSummary

Dieser Abschnitt enthält die in „Direkte Speicherplätze“ verfügbaren Resilienztypen, die Mindestanforderungen für die Skalierung bei Verwendung der einzelnen Typen, die Anzahl von tolerierbaren Fehlern pro Typ und die entsprechende Speichereffizienz.This section summarizes the resiliency types available in Storage Spaces Direct, the minimum scale requirements to use each type, how many failures each type can tolerate, and the corresponding storage efficiency.

ResilienztypenResiliency types

ResilienzResiliency FehlertoleranzFailure tolerance SpeichereffizienzStorage efficiency
Zwei-Wege-SpiegelungTwo-way mirror 11 50,0%50.0%
Drei-Wege-SpiegelungThree-way mirror 22 33,3 %33.3%
Duale ParitätDual parity 22 50,0% - 80,0%50.0% - 80.0%
GemischtMixed 22 33,3% - 80,0%33.3% - 80.0%

Mindestanforderungen für SkalierungMinimum scale requirements

AusfallsicherheitResiliency Mindestens erforderliche FehlerdomänenMinimum required fault domains
Zwei-Wege-SpiegelungTwo-way mirror 22
Drei-Wege-SpiegelungThree-way mirror 33
Duale ParitätDual parity 44
GemischtMixed 44

Tipp

Sofern Sie nicht die Gehäuse- oder Rackfehlertoleranz verwenden, bezieht sich die Anzahl von Fehlerdomänen auf die Anzahl von Servern.Unless you are using chassis or rack fault tolerance, the number of fault domains refers to the number of servers. Die Anzahl von Laufwerken auf jedem Server hat keine Auswirkung darauf, welche Resilienztypen Sie verwenden können, solange Sie die Mindestanforderungen für „Direkte Speicherplätze“ erfüllen.The number of drives in each server does not affect which resiliency types you can use, as long as you meet the minimum requirements for Storage Spaces Direct.

Effizienz der dualen Parität für HybridbereitstellungenDual parity efficiency for hybrid deployments

In dieser Tabelle sind die Speichereffizienz der dualen Parität und die Codes für die lokale Wiederherstellung in jeder Größenordnung für Hybridbereitstellungen mit Festplattenlaufwerken (HDDs) und Festkörperlaufwerken (SSDs) angegeben.This table shows the storage efficiency of dual parity and local reconstruction codes at each scale for hybrid deployments which contain both hard disk drives (HDD) and solid-state drives (SSD).

FehlerdomänenFault domains LayoutLayout EffizienzEfficiency
22
33
44 RS 2+2RS 2+2 50,0%50.0%
55 RS 2+2RS 2+2 50,0%50.0%
66 RS 2+2RS 2+2 50,0%50.0%
77 RS 4+2RS 4+2 66,7%66.7%
88 RS 4+2RS 4+2 66,7%66.7%
99 RS 4+2RS 4+2 66,7%66.7%
1010 RS 4+2RS 4+2 66,7%66.7%
1111 RS 4+2RS 4+2 66,7%66.7%
1212 LRC (8, 2, 1)LRC (8, 2, 1) 72,7%72.7%
1313 LRC (8, 2, 1)LRC (8, 2, 1) 72,7%72.7%
1414 LRC (8, 2, 1)LRC (8, 2, 1) 72,7%72.7%
1515 LRC (8, 2, 1)LRC (8, 2, 1) 72,7%72.7%
1616 LRC (8, 2, 1)LRC (8, 2, 1) 72,7%72.7%

Effizienz der dualen Parität für reine Flash-BereitstellungenDual parity efficiency for all-flash deployments

In dieser Tabelle sind die Speichereffizienz der dualen Parität und die Codes für die lokale Wiederherstellung in jeder Größenordnung für reine Flash-Bereitstellungen mit Festkörperlaufwerken (SSDs) angegeben.This table shows the storage efficiency of dual parity and local reconstruction codes at each scale for all-flash deployments which contain only solid-state drives (SSD). Für das Paritätslayout können höhere Gruppengrößen verwendet werden, und für eine reine Flash-Konfiguration kann eine bessere Speichereffizienz erzielt werden.The parity layout can use larger group sizes and achieve better storage efficiency in an all-flash configuration.

FehlerdomänenFault domains LayoutLayout EffizienzEfficiency
22
33
44 RS 2+2RS 2+2 50,0%50.0%
55 RS 2+2RS 2+2 50,0%50.0%
66 RS 2+2RS 2+2 50,0%50.0%
77 RS 4+2RS 4+2 66,7%66.7%
88 RS 4+2RS 4+2 66,7%66.7%
99 RS 6+2RS 6+2 75,0%75.0%
1010 RS 6+2RS 6+2 75,0%75.0%
1111 RS 6+2RS 6+2 75,0%75.0%
1212 RS 6+2RS 6+2 75,0%75.0%
1313 RS 6+2RS 6+2 75,0%75.0%
1414 RS 6+2RS 6+2 75,0%75.0%
1515 RS 6+2RS 6+2 75,0%75.0%
1616 LRC (12, 2, 1)LRC (12, 2, 1) 80,0%80.0%

BeispieleExamples

Sofern Sie nicht nur zwei Server verwenden, empfehlen wir Ihnen die Nutzung der Drei-Wege-Spiegelung bzw. der dualen Parität, weil dies eine bessere Fehlertoleranz ermöglicht.Unless you have only two servers, we recommend using three-way mirroring and/or dual parity, because they offer better fault tolerance. Es wird sichergestellt, dass alle Daten auch dann sicher und ständig verfügbar sind, wenn zwei Fehlerdomänen – bei „Direkte Speicherplätze“ also zwei Server – von gleichzeitigen Ausfällen betroffen sind.Specifically, they ensure that all data remains safe and continuously accessible even when two fault domains – with Storage Spaces Direct, that means two servers - are affected by simultaneous failures.

Beispiele für Fälle, in denen alle Komponenten online bleibenExamples where everything stays online

Diese sechs Beispiele verdeutlichen, was bei der Drei-Wege-Spiegelung bzw. der dualen Parität toleriert werden kann.These six examples show what three-way mirroring and/or dual parity can tolerate.

  • 1. Ausfall eines Laufwerks (einschließlich Cachelaufwerke)1. One drive lost (includes cache drives)
  • 2. Ausfall eines Servers2. One server lost

fault-tolerance-examples-1-and-2

  • 3. Ausfall eines Servers und eines Laufwerks3. One server and one drive lost
  • 4. Ausfall von zwei Laufwerken auf unterschiedlichen Servern4. Two drives lost in different servers

fault-tolerance-examples-3-and-4

  • 5. Ausfall von mehr als zwei Laufwerken, sofern maximal zwei Server betroffen sind5. More than two drives lost, so long as at most two servers are affected
  • 6. Ausfall von zwei Servern6. Two servers lost

fault-tolerance-examples-5-and-6

In all diesen Fällen bleiben alle Volumes online....in every case, all volumes will stay online. (Stellen Sie sicher, dass für Ihren Cluster das Quorum beibehalten wird.)(Make sure your cluster maintains quorum.)

Beispiele, in denen alles offline geschaltet wirdExamples where everything goes offline

Während ihrer gesamten Lebensdauer können Speicherplätze eine beliebige Anzahl von Ausfällen tolerieren, da die Resilienz nach jedem Ausfall vollständig wiederhergestellt wird, sofern genügend Zeit ist.Over its lifetime, Storage Spaces can tolerate any number of failures, because it restores to full resiliency after each one, given sufficient time. Es können aber jeweils nur maximal zwei Fehlerdomänen von einem Fehler betroffen sein, ohne dass es zu Problemen kommt.However, at most two fault domains can safely be affected by failures at any given moment. Daher sind hier Beispiele dafür angegeben, was bei der Drei-Wege-Spiegelung bzw. der dualen Parität toleriert werden kann.The following are therefore examples of what three-way mirroring and/or dual parity cannot tolerate.

  • 7. Gleichzeitiger Ausfall von Laufwerken auf drei oder mehr Servern7. Drives lost in three or more servers at once
  • 8. Gleichzeitiger Ausfall von drei oder mehr Servern8. Three or more servers lost at once

fault-tolerance-examples-7-and-8

NutzungUsage

Sehen Sie sich Erstellen von Volumes in direkten Speicherplätzen an.Check out Creating volumes in Storage Spaces Direct.

Weitere InformationenSee also

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