Listar as funcionalidades, componentes, benefícios e casos de uso do Storage Spaces Direct

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Os espaços de armazenamento simplificam o provisionamento e o gerenciamento de armazenamento. No entanto, ao usar o armazenamento compartilhado, eles estão sujeitos a limites de escalabilidade e desempenho que podem não ser aceitáveis em áreas críticas para os negócios. Para acomodar cenários mais exigentes em termos de desempenho e escala, você pode aproveitar os Espaços de Armazenamento Diretos.

O que é o Storage Spaces Direct?

Os Espaços de Armazenamento Direto são a evolução dos Espaços de Armazenamento, introduzidos pela primeira vez no Windows Server 2012. Ele aproveita Espaços de Armazenamento, Clustering de Failover, Volumes Compartilhados de Cluster (CSVs), Barramento de Armazenamento de Software e SMB 3.x para implementar armazenamento compartilhado virtualizado e altamente disponível usando discos locais em cada um dos nós de cluster do Storage Spaces Direct. É adequado para hospedar cargas de trabalho altamente disponíveis, incluindo máquinas virtuais e bancos de dados do SQL Server. O Storage Spaces Direct suporta DAS (Direct Attached Storage, armazenamento de conexão direta) e JBODs. Isso elimina a necessidade de uma malha de armazenamento compartilhada e permite que você use uma combinação de discos SATA para reduzir custos e dispositivos NVMe para melhorar o desempenho.

Nota

CSV é um sistema de arquivos clusterizado que permite que nós de cluster leiam e gravem simultaneamente no mesmo conjunto de volumes NTFS ou ReFS. Isso fornece uma distribuição de carga equilibrada e aumenta a velocidade de failover, eliminando a necessidade de alterações de propriedade da unidade ou volumes de desmontagem e remontagem.

The architecture of Cluster Shared Volumes, including the storage pool, volumes, and volume mounts.

Nota

O Barramento de Armazenamento de Software forma uma malha de armazenamento definida por software que consiste em unidades locais em nós de cluster. Ele também vincula dinamicamente as unidades mais rápidas a unidades mais lentas para fornecer cache de leitura/gravação do lado do servidor que acelera as operações de E/S e aumenta a taxa de transferência.

Arquitetura direta de espaços de armazenamento

A arquitetura do Storage Spaces Direct consiste nos seguintes componentes:

  • Espaços de armazenamento Cargas de trabalho diretas. As cargas de trabalho comuns incluem VMs e bancos de dados do SQL Server.
  • CSV. Os CSVs consolidam vários volumes em um único namespace acessível através do sistema de arquivos em qualquer nó de cluster.
  • Volumes formatados em ReFS ou NTFS. O ReFS é a opção recomendada porque acelera as operações do disco rígido virtual (VHD/VHDX), proporcionando um desempenho superior em comparação com o NTFS. O ReFS também oferece benefícios de resiliência, como deteção de erros e correção automática.
  • Espaços de armazenamento e os discos virtuais subjacentes. Com os Espaços de Armazenamento, você cria discos virtuais usando o armazenamento disponível no pool de armazenamento. Os discos virtuais fornecem resiliência contra falhas de disco e servidor porque os dados são distribuídos entre discos em servidores diferentes.

Nota

No contexto de Espaços de Armazenamento Diretos, o termo volume normalmente se refere ao volume e ao disco virtual subjacente.

  • Barramento de Armazenamento do Software. O Storage Spaces Direct usa o SMB (Server Message Block) para comunicação intranó usando o Barramento de Armazenamento de Software. O Barramento de Armazenamento de Software expõe o armazenamento em cada nó, tornando-o parte da camada de Espaços de Armazenamento.
  • Clustering de failover. O clustering de failover é o recurso do Windows Server que permite implementar cargas de trabalho altamente disponíveis, incluindo Espaços de Armazenamento Diretos.
  • Instâncias do Windows Server. O cluster Storage Spaces Direct pode incluir entre 2 e 16 servidores.
  • Rede SMB. A rede SMB inclui suporte para SMB Direct e SMB Multichannel.
  • Rede. O Storage Spaces Direct requer conectividade de rede entre nós de cluster. Você deve usar vários adaptadores de rede compatíveis com RDMA por nó.
  • Pool de armazenamento. O pool de armazenamento usa discos locais de todos os nós do cluster.
  • Discos locais. Cada servidor deve ter armazenamento conectado localmente, como discos HDD, SSD, NVMe ou PMem.

The architecture of a typical Storage Spaces Direct implementation, including the storage pool, software storage bus, cluster, Storage Spaces, CSV, and Hyper-V VMs.

Benefícios diretos dos espaços de armazenamento

O Windows Server oferece uma variedade de benefícios relacionados ao Storage Spaces Direct, incluindo:

  • Desduplicação e compactação para volumes ReFS. A desduplicação suporta volumes de até 64 terabytes (TB) e desduplicará os primeiros 4 TB de cada arquivo.
  • Suporte nativo para módulos de memória persistente em clusters do Storage Spaces Direct. Você pode usar a memória persistente como cache para acelerar o conjunto de trabalho ativo ou como capacidade para garantir latência baixa e consistente na ordem de microssegundos.
  • Resiliência aninhada para infraestrutura hiperconvergente de dois nós. Com resiliência aninhada, um cluster Storage Spaces Direct de dois nós pode fornecer armazenamento continuamente acessível para aplicativos e VMs, mesmo se um nó de servidor parar de funcionar e uma unidade falhar no outro nó de servidor.
  • USB flash drive como testemunha. Você pode usar uma unidade flash USB de baixo custo conectada ao roteador para funcionar como testemunha em clusters Storage Spaces Direct de dois nós.
  • Histórico de desempenho para visibilidade da utilização de recursos e desempenho. Esta funcionalidade integrada recolhe automaticamente mais de 50 contadores essenciais que abrangem computação, memória, rede e armazenamento e armazena-os até um ano.
  • Dimensionamento para até 4 petabytes (PB) por cluster. A partir do Windows Server 2019, o Storage Spaces Direct oferece suporte a até 4 PB (ou 4.000 TB) de capacidade bruta por pool de armazenamento.
  • Paridade acelerada por espelho. Com a paridade acelerada por espelho, você pode criar volumes do Storage Spaces Direct que são parte espelho e paridade de peça, semelhante à mistura de RAID-1 e RAID-5/6 para combinar seus benefícios. No Windows Server 2019, o desempenho de paridade acelerado por espelho mais do que dobrou em comparação com o Windows Server 2016.
  • Deteção de outlier de latência da unidade. O Storage Spaces Direct deteta automaticamente alterações anômalas no desempenho da unidade e as rotula no Windows PowerShell e no Windows Admin Center com o status de Latência Anormal.
  • Suporte de memória de classe de armazenamento para VMs. Isso permite que volumes de acesso direto formatados em NTFS sejam criados em DIMMs (módulos de memória em linha dupla) não voláteis e expostos a VMs Microsoft Hyper-V. Isso permite que as VMs Hyper-V aproveitem os benefícios de desempenho de baixa latência dos dispositivos de memória de classe de armazenamento.
  • Extensões do Windows Admin Center. Você pode gerenciar e monitorar os Espaços de Armazenamento Diretos com painéis criados especificamente no Windows Admin Center.

Casos de uso diretos de espaços de armazenamento

Ao planejar os Espaços de Armazenamento Diretos, você precisa determinar se deseja separar as camadas de virtualização e armazenamento. Essa separação determina se você implementará arquitetura hiperconvergente ou desagregada.

Na arquitetura hiperconvergente, você configura um cluster Hyper-V com armazenamento local em cada servidor Hyper-V e dimensiona essa solução adicionando servidores Hyper-V extras com armazenamento extra. Esta é a solução ideal para pequenas e médias empresas.

Se você precisar ser capaz de dimensionar a camada de virtualização e a camada de armazenamento independentemente uma da outra, deverá escolher a arquitetura desagregada. Essa abordagem consiste em dois clusters separados, com um hospedando VMs Hyper-V e o outro um SOFS (Scale-Out File Server) onde residem os discos de VM. Esta solução permite dimensionar a capacidade de processamento para a camada de virtualização separadamente da capacidade de armazenamento para a camada de armazenamento. Isso geralmente é ideal para implantações em grande escala.

Nota

O SOFS fornece acesso ao sistema de armazenamento usando o SMB 3.x. O SOFS fornece armazenamento baseado em SMB em configurações desagregadas. No entanto, não é adequado para configurações hiperconvergentes.

Outros casos de uso do Storage Spaces Direct incluem o armazenamento de arquivos de réplica do Hyper-V e para backup ou arquivamento de arquivos VM. Você também pode implantar Espaços de Armazenamento Diretos para hospedar o sistema Microsoft SQL Server e arquivos de banco de dados de usuários.