Вложенная устойчивость для Локальные дисковые пространства

Статья
02/22/2024

Область применения: Azure Stack HCI версий 22H2 и 21H2; Windows Server 2022 и Windows Server 2019

Вложенная устойчивость — это возможность Локальные дисковые пространства в Azure Stack HCI и Windows Server. Это позволяет кластеру с двумя серверами одновременно противостоять нескольким сбоям оборудования без потери доступности хранилища, чтобы пользователи, приложения и виртуальные машины продолжали работать без сбоев. В этой статье объясняется, как работает вложенная устойчивость, приводятся пошаговые инструкции по началу работы и ответы на наиболее часто задаваемые вопросы.

Подготовка к работе

Учитывайте вложенную устойчивость, если:

Кластер работает под управлением одной из следующих операционных систем: Azure Stack HCI версии 21H2, Azure Stack HCI версии 20H2, Windows Server 2022 или Windows Server 2019; И
Кластер имеет ровно два узла сервера.

Вы не можете использовать вложенную устойчивость, если:

Кластер работает Windows Server 2016; или
Кластер имеет только один узел сервера или три или более узлов сервера.

Зачем нужна вложенная устойчивость

Тома, использующие вложенную устойчивость, могут оставаться в сети и быть доступными, даже если одновременно происходят сбои оборудования, в отличие от классического двустороннего зеркального отображения . Например, если два диска завершаются сбоем одновременно или сервер выходит из строя, а диск выходит из строя, тома, использующие вложенную устойчивость, остаются в сети и доступны. Для гиперконвергентной инфраструктуры это увеличивает время бесперебойной работы приложений и виртуальных машин; Для рабочих нагрузок файлового сервера это означает, что пользователи имеют непрерывный доступ к своим файлам.

Компромисс заключается в том, что вложенная устойчивость имеет более низкую эффективность емкости, чем классическое двустороннее зеркальное отображение, что означает, что вы получаете немного меньше полезного пространства. Дополнительные сведения см. в разделе Эффективность емкости ниже.

Принцип работы

В этом разделе приводятся общие сведения о вложенной устойчивости для Локальные дисковые пространства и описываются два новых варианта устойчивости и их эффективность емкости.

Вдохновение: RAID 5+1

RAID 5+1 — это установленная форма устойчивости распределенного хранилища, которая предоставляет полезные сведения о вложенной устойчивости. В RAID 5+1 на каждом сервере локальная устойчивость обеспечивается raid-5 или с одной четностью для защиты от потери любого отдельного диска. Затем дополнительная устойчивость обеспечивается с помощью RAID-1 или двустороннего зеркального отображения между двумя серверами для защиты от потери любого сервера.

Параметры устойчивости

Локальные дисковые пространства в Azure Stack HCI и Windows Server предлагает два варианта обеспечения устойчивости, реализованные в программном обеспечении без необходимости использования специализированного оборудования RAID:

Вложенные двусторонние зеркало. На каждом сервере локальная устойчивость обеспечивается двусторонним зеркальным отображением, а затем дополнительная устойчивость обеспечивается двусторонним зеркальным отображением между двумя серверами. По сути, это четырехсторонняя зеркало с двумя копиями на каждом сервере, расположенными на разных физических дисках. Вложенное двустороннее зеркальное отображение обеспечивает бескомпромиссную производительность: записи отправляются во все копии, а операции чтения поступают из любой копии.
Вложенная зеркало четность с ускорением. Объедините вложенное двустороннее зеркальное отображение из предыдущего изображения с вложенной четностью. На каждом сервере локальная устойчивость большинства данных обеспечивается однобитовой арифметикой четности, за исключением новых последних операций записи, использующих двустороннее зеркальное отображение. Затем дополнительная устойчивость для всех данных обеспечивается за счет двустороннего зеркального отображения между серверами. Новые операции записи в том переходят в зеркало часть с двумя копиями на отдельных физических дисках на каждом сервере. По мере того как зеркало часть тома заполняется на каждом сервере, самые старые данные преобразуются и сохраняются в часть четности в фоновом режиме. В результате каждый сервер имеет данные для тома либо в двусторонней зеркало, либо в одной структуре четности. Это похоже на то, как работает зеркало четность с ускорением. Разница заключается в том, что для зеркало четности требуется четыре сервера в кластере и пуле носителей, а также используется другой алгоритм четности.

Эффективность емкости

Эффективность емкости — это соотношение используемого пространства к занимаемому объему. В нем описываются затраты на емкость, связанные с устойчивостью, и они зависят от выбранного варианта устойчивости. В качестве простого примера хранение данных без устойчивости эффективно на 100 % (1 ТБ данных занимает 1 ТБ физического хранилища), тогда как двустороннее зеркальное отображение эффективно на 50 % (1 ТБ данных занимает 2 ТБ физического хранилища).

Вложенный двусторонний зеркало записывает четыре копии всего. Это означает, что для хранения 1 ТБ данных требуется 4 ТБ физического хранилища. Хотя его простота является привлекательной, вложенная двухсторонняя зеркало эффективность емкости 25 % является самым низким из всех вариантов устойчивости в Локальные дисковые пространства.

Четность с вложенной зеркало обеспечивает более высокую эффективность емкости( около 35%-40 %, что зависит от двух факторов: количества дисков емкости на каждом сервере и сочетания зеркало и четности, заданных для тома. В этой таблице приведен поиск распространенных конфигураций:

Дисков емкости на сервер	10 % зеркало	20 % зеркало	30 % зеркало
4	35.7%	34.1%	32.6%
5	37.7%	35.7%	33.9%
6	39.1%	36.8%	34.7%
7 или выше	40.0%	37.5%	35.3%

Ниже приведен пример полной математики. Предположим, у нас есть шесть дисков емкости на каждом из двух серверов и мы хотим создать один том размером 100 ГБ, состоящий из 10 ГБ зеркало и 90 ГБ четности. Двухсторонняя зеркало локального сервера эффективна на 50,0 %, а это означает, что 10 ГБ данных зеркало занимает 20 ГБ для хранения на каждом сервере. При зеркальных отображениях на обоих серверах общий объем памяти составляет 40 ГБ. Четность локального сервера в этом случае имеет эффективность 5/6 = 83,3 %, а это означает, что для хранения данных четности 90 ГБ на каждом сервере требуется 108 ГБ. При зеркальных отображениях на обоих серверах общий объем памяти составляет 216 ГБ. Таким образом, общий объем занимаемой памяти составляет [(10 ГБ / 50,0 %) + (90 ГБ / 83,3%)] × 2 = 256 ГБ, что соответствует общей эффективности емкости 39,1 %.

Обратите внимание, что эффективность емкости классического двустороннего зеркального отображения (около 50 %) и вложенного зеркало четности с ускорением (до 40 %) не сильно отличаются. В зависимости от ваших требований, немного более низкая эффективность емкости может стоить значительного увеличения доступности хранилища. Вы выбираете устойчивость для каждого тома, чтобы можно было сочетать вложенные тома устойчивости и классические тома с двусторонним зеркало в одном кластере.

Создание вложенных томов устойчивости

Вы можете использовать знакомые командлеты хранилища в PowerShell для создания томов с вложенной устойчивостью, как описано в следующем разделе.

Шаг 1. Создание шаблонов уровня хранилища (только Windows Server 2019)

Windows Server 2019 требует создания новых шаблонов уровня хранилища с помощью командлета New-StorageTier перед созданием томов. Это необходимо сделать только один раз, а затем каждый новый том, который вы создаете, может ссылаться на эти шаблоны.

Примечание

Если вы используете Windows Server 2022, Azure Stack HCI 21H2 или Azure Stack HCI 20H2, этот шаг можно пропустить.

-MediaType Укажите для дисков емкости и, при необходимости, по своему выбору-FriendlyName. Не изменяйте другие параметры.

Например, если диски емкости являются жесткими дисками (HDD), запустите PowerShell от имени администратора и выполните следующие командлеты.

Чтобы создать уровень NestedMirror, выполните приведенные далее действия.

New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName NestedMirrorOnHDD -ResiliencySettingName Mirror -MediaType HDD -NumberOfDataCopies 4

Чтобы создать уровень NestedParity, выполните приведенные далее действия.

New-StorageTier -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName NestedParityOnHDD -ResiliencySettingName Parity -MediaType HDD -NumberOfDataCopies 2 -PhysicalDiskRedundancy 1 -NumberOfGroups 1 -FaultDomainAwareness StorageScaleUnit -ColumnIsolation PhysicalDisk

Если диски емкости являются твердотельными накопителями (SSD), задайте -MediaType для вместо него значение SSD и измените на *OnSSD-FriendlyName . Не изменяйте другие параметры.

Совет

Убедитесь, что Get-StorageTier уровни созданы успешно.

Шаг 2. Создание вложенных томов

Создайте новые тома с помощью командлета New-Volume .

Вложенные двусторонние зеркало

Чтобы использовать вложенные двусторонние зеркало, создайте ссылку на NestedMirror шаблон уровня и укажите размер. Пример:
```
New-Volume -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName Volume01 -StorageTierFriendlyNames NestedMirrorOnHDD -StorageTierSizes 500GB
```
Если диски емкости являются твердотельными накопителями (SSD), измените на -StorageTierFriendlyNames*OnSSD.
Вложенное зеркало ускорение четности

Чтобы использовать вложенную зеркало четность, ссылайтесь на NestedMirror шаблоны уровней и NestedParity и укажите два размера, по одному для каждой части тома (зеркало первый, четность второй). Например, чтобы создать один том размером 500 ГБ, который составляет 20 % вложенных двусторонних зеркало и 80 % вложенных четности, выполните следующую команду:
```
New-Volume -StoragePoolFriendlyName S2D* -FriendlyName Volume02 -StorageTierFriendlyNames NestedMirrorOnHDD, NestedParityOnHDD -StorageTierSizes 100GB, 400GB
```
Если диски емкости являются твердотельными накопителями (SSD), измените на -StorageTierFriendlyNames*OnSSD.

Шаг 3. Продолжение Windows Admin Center

Тома, использующие вложенную устойчивость, отображаются в Windows Admin Center с четкими метками, как показано на следующем снимке экрана. После их создания вы можете управлять ими и отслеживать их с помощью Windows Admin Center так же, как и любой другой том в Локальные дисковые пространства.

Необязательно. Расширение на диски кэша

Благодаря параметрам по умолчанию вложенная устойчивость защищает от потери нескольких дисков емкости одновременно или одного сервера и одного диска емкости одновременно. Чтобы расширить эту защиту для дисков кэша, есть еще одно соображение: так как диски кэша часто обеспечивают кэширование чтения и записи для нескольких дисков емкости, единственный способ гарантировать, что вы можете допустить потерю диска кэша при неработоспособности другого сервера, — это не кэшировать записи, но это влияет на производительность.

Для решения этого сценария Локальные дисковые пространства предлагает возможность автоматического отключения кэширования записи при отключении одного сервера в кластере с двумя серверами, а затем повторно включить кэширование записи после резервного копирования сервера. Чтобы разрешить обычные перезапуски без влияния на производительность, кэширование записи не отключается, пока сервер не будет отключен в течение 30 минут. После отключения кэширования записи содержимое кэша записи записывается на устройства емкости. После этого сервер может терпеть сбой устройства кэша на подключенном сервере, хотя операции чтения из кэша могут быть отложены или завершаются сбоем в случае сбоя устройства кэша.

Примечание

Для физической системы всего кэша (один тип носителя) не нужно автоматически отключать кэширование записи при отключении одного сервера в кластере с двумя серверами. Это необходимо учитывать только для кэша уровня шины хранилища (SBL), который требуется только при использовании жестких дисков.

(Необязательно) Чтобы автоматически отключить кэширование записи при отключении одного сервера в кластере с двумя серверами, запустите PowerShell от имени администратора и выполните следующую команду:

Get-StorageSubSystem Cluster* | Set-StorageHealthSetting -Name "System.Storage.NestedResiliency.DisableWriteCacheOnNodeDown.Enabled" -Value "True"

После установки значения True поведение кэша будет следующим:

Ситуация	Поведение кэша	Допускается ли потеря диска кэша?
На обоих серверах	Операции чтения и записи кэша, полная производительность	Да
Сервер не работает, первые 30 минут	Операции чтения и записи кэша, полная производительность	Нет (временно)
Через первые 30 минут	Кэш только для чтения, производительность снижена	Да (после записи кэша на диски емкости)

Часто задаваемые вопросы

Ответы на часто задаваемые вопросы о вложенной устойчивости.

Можно ли преобразовать существующий том между двусторонней зеркало и вложенной устойчивостью?

Нет, тома нельзя преобразовать между типами устойчивости. Для новых развертываний в Azure Stack HCI, Windows Server 2022 или Windows Server 2019 заранее определите, какой тип устойчивости лучше всего соответствует вашим потребностям. При обновлении с Windows Server 2016 можно создать новые тома с вложенной устойчивостью, перенести данные, а затем удалить старые тома.

Можно ли использовать вложенную устойчивость с несколькими типами дисков емкости?

Да, просто укажите -MediaType для каждого уровня соответствующим образом на шаге 1 выше. Например, если NVMe, SSD и HDD в одном кластере, NVMe предоставляет кэш, а последние два — емкость: задайте для уровня -MediaType SSD значение , а для NestedParity уровня — значение -MediaType HDD.NestedMirror В этом случае эффективность четности емкости зависит от количества только жестких дисков, и вам потребуется по крайней мере 4 из них на сервер.

Можно ли использовать вложенную устойчивость с тремя или более серверами?

Нет, используйте вложенную устойчивость, только если кластер имеет ровно два сервера.

Сколько дисков требуется для использования вложенной устойчивости?

Минимальное количество дисков, необходимых для Локальные дисковые пространства, составляет четыре диска емкости на узел сервера плюс два диска кэша на узел сервера (если таковые есть). Это не изменяется по сравнению с Windows Server 2016. Других требований к вложенной устойчивости нет, и рекомендация по резервной емкости также не изменяется.

Влияет ли вложенная устойчивость на замену диска?

Нет.

Влияет ли вложенная устойчивость на замену узла сервера?

Нет. Чтобы заменить узел сервера и его диски, выполните следующий порядок:

Прекращение поддержки дисков на сервере исходящей почты
Добавление нового сервера с дисками в кластер
Пул носителей будет перебалансироваться
Удаление сервера исходящей почты и его дисков

Дополнительные сведения см. в статье Удаление серверов .