記憶域スペース ダイレクトの概要

適用対象: Azure Stack HCI バージョン 21H2 および 20H2、Windows Server 2022、Windows Server 2019、Windows Server 2016

記憶域スペース ダイレクトは Windows Server と Azure Stack HCI の機能であり、内部記憶域を持つサーバーをソフトウェアによる記憶域ソリューションにクラスター化できます。

この記事では、記憶域スペース ダイレクトの概要、その仕組み、使用する場合、その主な利点について説明します。 また、この記事のビデオや実際の顧客事例を探索して、記憶域スペース ダイレクトの詳細を確認することもできます。

まず始めに、Microsoft Azure で記憶域スペース ダイレクトを試すか、「Windows Server 評価版ソフトウェア」から 180 日間ライセンスが有効な Windows Server の評価版をダウンロードします。 Windows Server および Azure Stack HCI での記憶域スペース ダイレクトの最小ハードウェア要件については、「Windows Server のシステム要件」と「Azure Stack HCI のシステム要件」を参照してください。 記憶域スペース ダイレクトを Azure Stack HCI の一部としてデプロイするには、「Azure Stack HCI オペレーティング システムのデプロイ」を参照してください。

記憶域スペース ダイレクトとは

記憶域スペース ダイレクトは、集中型およびハイパーコンバージド IT インフラストラクチャで記憶域リソースを共有できるソフトウェアによる記憶域ソリューションです。 これにより、物理サーバー (2 台から最大 16 台) のクラスター上の内部記憶域ドライブを、ソフトウェアによる記憶域プールに結合できます。 この記憶域プールには、列全体のキャッシュ、階層、回復性、および消去コーディングが備わっており、すべて自動的に構成および管理されます。

ドライブを追加したり、クラスターにサーバーを追加したりすることで、クラスターの記憶域容量をスケールアウトできます。 記憶域スペース ダイレクトにより新しいドライブが自動的にオンボードされ、記憶域プールが再調整されます。 また、存在する最速の記憶域メディアを自動的に使用して、組み込みの常時キャッシュを提供します。

記憶域スペース ダイレクトは、Azure Stack HCI バージョン 21H2 および 20H2 のコア テクノロジです。 これは、Windows Server 2022、Windows Server 2019、Windows Server 2016、Windows Server Insider Preview Builds の Datacenter エディション、および Windows Server 2022 と Windows Server 2019 の Azure エディションにも含まれています。

記憶域スペース ダイレクトは物理サーバーのクラスターまたは仮想マシン (VM) ゲスト クラスターにデプロイできます。 物理サーバーのハイパーコンバージド クラスターにデプロイする場合は、Azure Stack HCI サーバーを使用することをお勧めします。 記憶域スペース ダイレクトを Azure Stack HCI の一部としてデプロイするには、「Azure Stack HCI オペレーティング システムのデプロイ」を参照してください。

記憶域スペース ダイレクトを VM ゲスト クラスターにデプロイすると、プライベート クラウドまたはパブリック クラウド上の一連の VM 間で仮想共有ストレージが実現します。 運用環境では、このデプロイは Windows Server でのみサポートされます。 Windows Server の VM ゲスト クラスターに記憶域スペース ダイレクトをデプロイする方法については、ゲスト仮想マシン クラスターでの記憶域スペース ダイレクトの使用に関する記事を参照してください。

テストと評価のみを目的として、記憶域スペース ダイレクトを Azure Stack HCI テスト環境内の VM ゲスト クラスターにデプロイできます。 Azure Stack HCI テスト環境にデプロイする方法については、「チュートリアル: Azure Stack HCI 用の VM ベースのラボを作成する」をご覧ください。

しくみ

記憶域スペース ダイレクトは Windows Server の多くの機能を利用しています。たとえば、フェールオーバー クラスタリング、クラスター共有ボリューム (CSV) ファイル システム、サーバー メッセージ ブロック (SMB) 3、記憶域スペースなどです。 また、ソフトウェア記憶域バスという新しいテクノロジも導入されます。

記憶域スペース ダイレクトは、業界標準のサーバーのクラスター上の内部記憶域ドライブを組み合わせることによって、ソフトウェアによるストレージ ソリューションを作成します。 まず、内部記憶域ドライブを備えたサーバーをイーサネット経由で接続してクラスターを形成します。特別なケーブルや記憶域ファブリックは必要ありません。 このクラスターで記憶域スペース ダイレクトを有効にすると、各サーバーの記憶域ドライブが、仮想共有記憶域のソフトウェアによるプールに結合されます。

次に、その記憶域プールからボリュームを作成し、そこにデータを格納できます。 これらのボリュームでは CSV ファイル システムが実行されます。 つまり、各サーバーでは、これらのボリュームはローカルにマウントされているように見え、機能します。 これらのボリュームにはフォールト トレランスが組み込まれており、ドライブに障害が発生した場合やノード全体がオフラインになっても、データはオンラインのままアクセスできます。

これらのボリュームに、VM 用の .vhd や .vhdx などのファイルを配置できます。 記憶域スペース ダイレクトを実行しているクラスターは、次のように使用できます。

  • ボリュームを SMB3 ファイル共有としてネットワーク上で公開することで、スケールアウト ファイル サーバー (SoFS) として。
  • クラスターで Hyper-V を有効にし、ボリューム上に VM を直接配置することで、ハイパーコンバージド システムとして。

次のセクションでは、記憶域スペース ダイレクト スタックの機能とコンポーネントについて説明します。

Storage Spaces Direct Stack

ネットワーキング ハードウェア。 記憶域スペース ダイレクトは、イーサネット上のサーバー間の通信に SMB ダイレクトや SMB マルチチャネルを含む SMB3 を使用しています。 リモートダイレクト メモリ アクセス (RDMA) に対応する 10+ GbE を使用することを強くお勧めします (iWARP または RoCE)。

記憶域ハードウェア。 記憶域スペース ダイレクトには、2 台から最大 16 台の Microsoft 認定サーバーが必要で、各サーバー 1 台にのみ SATA、SAS、NVMe、または永続メモリが物理的に接続されている必要があります。 各サーバーには 2 台以上のソリッドステート ドライブ、4 台以上の追加ドライブが必要です。 SATA デバイスと SAS デバイスは、ホストバス アダプター (HBA) と SAS エキスパンダーの背後に配置することをお勧めします。

フェールオーバー クラスタリング。 記憶域スペース ダイレクトは、Azure Stack HCI と Windows Server の組み込みクラスタリング機能を使用してサーバーを接続します。

ソフトウェア記憶域バス。 ソフトウェア記憶域バスはクラスター全体にまたがり、ソフトウェアによる記憶域ファブリックを確立するので、すべてのサーバーが相互のローカル ドライブすべてを見ることができます。 コストがかかり、制限が多いファイバー チャネルや共有 SAS ケーブル接続の代替として考えることができます。

記憶域バス層キャッシュ。 ソフトウェア記憶域バスは、存在する最速のドライブ (SSD など) を低速なドライブ (HDD など) に動的にバインドすることで、IO 速度とスループットを向上するサーバー側の読み取り/書き込みキャッシュを提供します。

記憶域プール。 記憶域スペースの基礎となるドライブのコレクションは、記憶域プールと呼ばれます。 これは自動的に作成され、対象となるすべてのドライブが自動的に検出されて追加されます。 既定の設定で、1 クラスターに 1 つのプールを使用することを強くお勧めします。 記憶域プールの詳細については、記憶域プールの詳細に関するブログ記事を参照してください。

記憶域スペース。 記憶域スペースは、ミラーリング、イレイジャー コーディング、またはその両方を使用して、"仮想ディスク" にフォールト トレランス機能を提供します。 記憶域スペースは、プール内のドライブを使用する分散型でソフトウェア定義の RAID と考えることができます。 記憶域スペース ダイレクトでは、このような仮想ディスクは通常、ドライブまたはサーバー エラーが同時に 2 つ発生した場合でも回復できますが (別のサーバーに各データ コピーを持つ 3 方向ミラーリングなど)、シャーシとラックのフォールト トレランスも実装できます。

Resilient File System (ReFS)。 ReFS は、仮想化に特化して構築された高度なファイルシステムです。 作成、拡張、チェックポイントのマージなどの .vhdx ファイル操作の大幅な高速化、ビット エラーを検出して修正する組み込みのチェックサムなどの機能もあります。 また、使用量に基づき、リアルタイムで、"ホット" ストレージ層と "コールド" ストレージ層間でデータをローテーションさせる、リアルタイム階層化も導入されます。

クラスター共有ボリューム。 CSV ファイル システムは、すべての ReFS ボリュームを任意のサーバーからアクセスできる 1 つの名前空間に統合します。 各サーバーに対して、すべてのボリュームはローカルにマウントされているかのように見え、動作します。

スケールアウト ファイル サーバー。 この最後の層は、コンバージド デプロイの場合にのみ必要です。 Hyper-V を実行する別のクラスターなど、クライアントに対して、ネットワーク上で SMB3 アクセス プロトコルを使用することによりリモート ファイル アクセスを提供します。実質的に、記憶域スペース ダイレクトをネットワーク接続記憶域 (NAS) に変えることができます。

主な利点

記憶域スペース ダイレクトには、次の主な利点があります。

Image 説明
Simplicity 簡単さ。 Windows Server または Azure Stack HCI を実行する業界標準のサーバーから、最初の記憶域スペース ダイレクト クラスターに移行するまでにかかる時間は 15 分未満です。 System Center ユーザーの場合、1 個のチェックボックスのみで展開が完了します。
High performance 高パフォーマンス。 オールフラッシュまたはハイブリッドのいずれでも、記憶域スペース ダイレクトはサーバーあたり 1,370 万 IOPS を超えることが可能です。 記憶域スペース ダイレクトのハイパーバイザー埋め込みアーキテクチャでは、一貫性のある低待機時間の組み込み読み取り/書き込みキャッシュ、および PCIe バスに直接マウントされた最先端の NVMe ドライブのサポートが提供されます。
Fault tolerance フォールト トレランス。 組み込みの回復機能によって、可用性を維持したまま、ドライブ、サーバー、またはコンポーネントのエラーが処理されます。 シャーシおよびラックのフォールト トレランス向けに大規模な展開も構成できます。 ハードウェアで障害が発生した場合は、交換するだけで済みます。ソフトウェアは自己修復されるので、複雑な管理手順は必要ありません。
Resource efficiency リソースの効率性。 イレイジャー コーディングは、ローカル再構築コードや ReFS リアルタイム階層などの独自の新技術で記憶域の効率を最大 2.4 倍に向上し、そのメリットをハード ディスク ドライブや混合ホット/コールド ワークロードにまで広げます。さらに、CPU 使用量が最小限に抑えられるので、最もリソースが必要な場所、つまり VM にリソースを戻すことができます。
Manageability 管理のしやすさ記憶域 QoS 制御を使用して、VM ごとの IOPS の下限値と上限値により、負荷が高い VM を監視します。 ヘルス サービスにより、継続的な組み込みの監視とアラートが提供されます。 新しい API を使用して、詳細なクラスター全体のパフォーマンスと容量のメトリックを簡単に収集できます。
Scalability スケーラビリティ。 最大 16 台のサーバー、400 台を超えるドライブで、クラスターあたり最大 4 ペタバイト (4,000 テラバイト) の記憶域を実現できます。 スケール アウトするには、ドライブを追加するか、サーバーを追加します。記憶域スペース ダイレクトによって新しいドライブが自動的にオンボードされ、使用されるようになります。 記憶域の効率とパフォーマンスは、規模に応じた予測どおりに改善されます。

いつ使用するか

記憶域スペース ダイレクトは、Azure Stack HCI および Windows Server のコア テクノロジです。 次の場合に最適なネットワーク記憶域ソリューションが提供されます。

  • ネットワーク記憶域容量をスケールアップまたはスケールアウトする。 ドライブを追加したり、サーバーを追加したりしてネットワーク記憶域容量を拡張しながら、データのセキュリティ保護とアクセスを維持することができます。 記憶域プール内のドライブで障害が発生した場合、またはノード全体がオフラインになった場合でも、すべてのデータはオンラインのままでアクセス可能です。
  • 同じデータ セットを別の場所から同時に共有する。 記憶域スペース ダイレクトによって作成される記憶域プールは、ネットワーク共有のように見え、機能します。 ネットワーク ユーザーは、保存されているデータの物理的な場所を気にすることなく、任意の場所からいつでも格納されたデータにアクセスできます。
  • 記憶域メディアの組み合わせを使用する。 記憶域スペース ダイレクトを使用すると、サーバー クラスター内のさまざまな種類の記憶域メディアを組み合わせて、ソフトウェアによる記憶域プールを形成できます。 ソフトウェアは、データに基づいて使用するメディアを自動的に決定します。つまり、アクティブなデータはより高速なメディアに配置し、使用頻度の低いその他のデータは低速なメディアに配置します。

デプロイ オプション

記憶域スペース ダイレクトでは、次の 2 つのデプロイ オプションがサポートされています。

  • ハイパーコンバージド
  • 収束済み

Note

Azure Stack HCI は、ハイパーコンバージド デプロイのみをサポートします。

ハイパーコンバージド デプロイ

ハイパーコンバージド デプロイでは、コンピューティングとストレージの両方に単一のクラスターを使用します。 ハイパーコンバージド デプロイ オプションでは、記憶域を提供するサーバー上で Hyper-V 仮想マシンまたは SQL Server データベースが直接実行され、そのファイルがローカル ボリュームに格納されます。 これにより、ファイル サーバーのアクセス権やアクセス許可を構成する必要がなくなるため、中小規模の企業や、リモート オフィスやブランチ オフィスの展開の場合にハードウェアのコストを削減できます。 記憶域スペース ダイレクトを Windows Server にデプロイするには、Windows Server への記憶域スペース ダイレクトのデプロイに関する記事を参照してください。 記憶域スペース ダイレクト を Azure Stack HCI の一部として展開するには、「Azure Stack HCI の展開プロセス」を参照してください。

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

集中型デプロイ

集中型デプロイでは、記憶域とコンピューティングに個別のクラスターを使用します。 集中型デプロイ オプションは、"非集約型" とも呼ばれ、記憶域スペース ダイレクト上にスケールアウト ファイル サーバー (SoFS) を重ねることで、SMB3 ファイル共有上のネットワーク接続記憶域を提供します。 これにより、記憶域クラスターとは独立してコンピューティングとワークロードをスケーリングできるため、サービス プロバイダーや大企業向けの Hyper-V IaaS (サービスとしてのインフラストラクチャ) など、大規模な展開には不可欠です。

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

管理および監視

記憶域スペース ダイレクトの管理と監視には、次のツールを使用できます。

名前 グラフィカルかコマンドラインか 有料か標準装備されているか
Windows Admin Center グラフィカル Included
サーバー マネージャー & フェールオーバー クラスター マネージャー グラフィカル Included
Windows PowerShell コマンド ライン Included
System Center Virtual Machine Manager (SCVMM)
&Operations Manager
グラフィカル 有料

ビデオ

記憶域スペース ダイレクトの概要 (5 分)

Microsoft Ignite 2018: 記憶域スペース ダイレクト (1 時間)

Microsoft Ignite 2017: 記憶域スペース ダイレクト (1 時間)

Microsoft Ignite 2016 での記憶域スペース ダイレクト発表イベント (1 時間)

顧客事例

記憶域スペース ダイレクトを実行しているクラスターは、世界中で 10,000 件を数えます。 わずか 2 台のノードを導入している中小企業から、数百台のノードを導入している大企業や政府機関に至るまで、あらゆる規模の組織が、重要なアプリケーションとインフラストラクチャを記憶域スペース ダイレクトに託しています。

詳しくは、Microsoft.com/HCI を参照してください。

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