Планирование томов в кластерах Azure Stack HCI и Windows Server

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

В этой статье содержатся рекомендации по планированию томов кластера в соответствии с потребностями рабочих нагрузок в производительности и емкости, включая выбор файловой системы, типа устойчивости и размера.

Обзор: Что такое объемы

Тома — это место, где вы размещаете файлы, необходимые для рабочих нагрузок, такие как VHD или VHDX-файлы для Hyper-V виртуальных машин. Тома объединяют диски в пуле носителей, чтобы обеспечить отказоустойчивость, масштабируемость и производительность Storage Spaces Direct — технологии программно-определяемого хранилища, лежащей в основе Azure Stack HCI и Windows Server.

Все тома доступны всем серверам кластера одновременно. После создания они отображаются в папке C:\ClusterStorage\ на всех серверах.

Выбор количества создаваемых объемов

Мы рекомендуем сделать количество томов кратным количеству серверов в кластере. Например, если у вас 4 сервера, вы получите более стабильную производительность при 4 томах, чем при 3 или 5. Это позволяет кластеру равномерно распределять «владение» томами (один сервер обрабатывает оркестрацию метаданных для каждого тома) между серверами.

Мы рекомендуем ограничить общее количество томов до 64 томов на кластер.

Выбор файловой системы

Мы рекомендуем использовать новую отказоустойчивую файловую систему (ReFS) для локальных дисковых пространств. ReFS — это передовая файловая система, специально разработанная для виртуализации и предлагающая множество преимуществ, включая значительное повышение производительности и встроенную защиту от повреждения данных. Он поддерживает почти все ключевые функции NTFS, включая дедупликацию данных в Windows Server версии 1709 и более поздних. Дополнительные сведения см. в таблице сравнения функций ReFS.

Если для рабочей нагрузки требуется функция, которую ReFS еще не поддерживает, можно использовать NTFS.

Выбор типа устойчивости

Тома в локальных дисковых пространствах обеспечивают устойчивость для защиты от проблем с оборудованием, таких как сбои дисков или серверов, а также для обеспечения непрерывной доступности во время обслуживания сервера, например при обновлении программного обеспечения.

С двумя серверами

При наличии двух серверов в кластере можно использовать двустороннее зеркальное отображение или вложенную устойчивость.

При двустороннем зеркалировании сохраняются две копии всех данных, по одной копии на дисках каждого сервера. Эффективность хранения составляет 50 процентов; Чтобы записать 1 ТБ данных, необходимо иметь не менее 2 ТБ физической емкости хранилища в пуле носителей. Двустороннее зеркалирование может безопасно допускать один сбой оборудования за раз (один сервер или диск).

Вложенная устойчивость обеспечивает устойчивость данных между серверами с помощью двустороннего зеркалирования, а затем добавляет устойчивость внутри сервера с помощью двустороннего зеркалирования или четности с зеркальным ускорением. Вложение обеспечивает устойчивость данных даже при перезапуске или недоступности одного сервера. Его эффективность хранения составляет 25 процентов при вложенном двустороннем зеркалировании и около 35–40 процентов при вложенном зеркальном ускорении четности. Вложенная устойчивость может безопасно допускать два сбоя оборудования одновременно (два диска или сервер и диск на оставшемся сервере). Из-за такой дополнительной устойчивости данных рекомендуется использовать вложенную устойчивость в производственных развертываниях кластеров с двумя серверами. Дополнительные сведения см. в разделе Вложенная устойчивость.

С тремя серверами

При работе с тремя серверами следует использовать трехстороннее зеркалирование для повышения отказоустойчивости и производительности. Трехстороннее зеркалирование сохраняет три копии всех данных, по одной копии на дисках каждого сервера. Его эффективность хранения составляет 33,3 процента — для записи 1 ТБ данных требуется не менее 3 ТБ физической емкости хранилища в пуле хранения. Трехстороннее зеркалирование может безопасно допускать как минимум две проблемы с оборудованием (диском или сервером) одновременно. Если 2 узла становятся недоступными, пул носителей теряет кворум, так как 2/3 дисков недоступны, а виртуальные диски недоступны. Однако один из узлов может выйти из строя, и один или несколько дисков на другом узле могут выйти из строя, а виртуальные диски останутся в сети. Например, если вы перезагрузите один сервер при внезапном сбое другого диска или сервера, все данные остаются безопасными и постоянно доступными.

С четырьмя и более серверами

При использовании четырех или более серверов для каждого тома можно выбрать, следует ли использовать трехстороннее зеркалирование, двойную четность (часто называемую «стирающим кодированием») или смешивать их с помощью четности с зеркальным ускорением.

Двойная четность обеспечивает такую же отказоустойчивость, как и трехстороннее зеркалирование, но с более высокой эффективностью хранения. При наличии четырех серверов эффективность хранения данных составляет 50,0 процента; Для хранения 2 ТБ данных требуется 4 ТБ физической емкости хранилища в пуле носителей. Это увеличивает эффективность хранения данных до 66,7% при использовании семи серверов и сохраняет эффективность хранения данных до 80,0%. Компромисс заключается в том, что кодирование четности требует больших вычислительных ресурсов, что может ограничить его производительность.

Выбор типа устойчивости зависит от требований к производительности и емкости для вашей среды. Ниже приведена таблица, в которой приведены сводные данные о производительности и эффективности хранения данных для каждого типа устойчивости.

Тип устойчивости	Эффективность емкости	Скорость
Зеркальное отображение	Трехстороннее зеркало: 33% Двустороннее зеркало: 50%	Высочайшая производительность
Контроль четности с зеркальным ускорением	Зависит от пропорции зеркала и четности	Намного медленнее, чем зеркало, но до двух раз быстрее, чем двойная четность Лучше всего подходит для больших последовательных операций записи и чтения
Двойная четность	4 сервера: 50% 16 серверов: до 80%	Высочайшая задержка ввода-вывода и загрузка ЦП при записи Лучше всего подходит для больших последовательных операций записи и чтения

Когда производительность важнее всего

Рабочие нагрузки со строгими требованиями к задержке или с большим количеством смешанных случайных операций ввода-вывода в секунду, такие как базы данных SQL Server или Hyper-V виртуальные машины, чувствительные к производительности, должны выполняться на томах, использующих зеркальное отображение для максимальной производительности.

Когда производительность имеет наибольшее значение

Рабочие нагрузки с нечастой записью, такие как хранилища данных или «холодное» хранилище, должны выполняться на томах, использующих двойную четность для максимальной эффективности хранения. Некоторые другие рабочие нагрузки, такие как Scale-Out файловый сервер (SoFS), инфраструктура виртуальных рабочих столов (VDI) или другие, которые не создают большого количества быстро дрейфующего случайного трафика ввода-вывода и (или) не требуют наилучшей производительности, также могут использовать двойную четность по вашему усмотрению. Четность неизбежно увеличивает загрузку ЦП и задержку ввода-вывода, особенно при записи, по сравнению с зеркальным отображением.

Когда данные записываются массово

Рабочие нагрузки, которые записывают большие последовательные проходы, такие как целевые объекты архивации или резервного копирования, имеют еще один вариант: один том может сочетать зеркальное отображение и двойную четность. Запись сначала осуществляется в зеркальном разделе, а затем постепенно перемещается в раздел четности. Это ускоряет прием и снижает эффективность использования ресурсов при поступлении больших объемов записи, позволяя кодированию четности, требующей больших вычислительных ресурсов, выполняться в течение более длительного времени. При определении размера порций учитывайте, что количество операций записи, которые происходят одновременно (например, одно ежедневное резервное копирование), должно удобно помещаться в зеркальной части. Например, если вы принимаете 100 ГБ один раз в день, рассмотрите возможность использования зеркального отображения для 150 ГБ до 200 ГБ и двойной четности для остальных.

Итоговая эффективность хранения зависит от выбранных вами пропорций.

Сведения о развертываниях с NVMe, SSD и HDD

При развертывании с двумя типами дисков более быстрые диски обеспечивают кэширование, а более медленные — емкость. Это происходит автоматически — дополнительные сведения см. в разделе Общие сведения о кэше в локальных дисковых пространствах. В таких развертываниях все тома в конечном итоге находятся на дисках одного типа — дисках емкости.

При развертывании со всеми тремя типами дисков кэширование обеспечивают только самые быстрые диски (NVMe), а емкость обеспечивают два типа дисков (SSD и HDD). Для каждого тома можно выбрать, находится ли он полностью на уровне SSD, полностью на уровне HDD или охватывает оба тома.

Выбор размера объемов

Мы рекомендуем ограничить размер каждого тома до 64 ТБ в Azure Stack HCI.

След

Размер тома относится к его полезной емкости, то есть к объему данных, которые он может хранить. Это обеспечивается параметром -Size командлета New-Volume , а затем отображается в свойстве Size при выполнении командлета Get-Volume .

Размер отличается от занимаемой площади тома, общей физической емкости хранилища, которую он занимает в пуле ресурсов хранения. Занимаемая площадь зависит от типа устойчивости. Например, тома, использующие трехстороннее зеркальное отображение, имеют занимаемую площадь в три раза больше себя.

Занимаемые места томов должны помещаться в пуле ресурсов хранения.

Резервные мощности

Если оставить некоторую емкость в пуле ресурсов хранения нераспределенной, то можно освободить место для восстановления томов «на месте» после сбоя дисков, что повышает безопасность данных и производительность. При наличии достаточной емкости немедленное параллельное восстановление на месте может восстановить полную отказоустойчивость томов еще до того, как будут заменены неисправные диски. Этот процесс выполняется автоматически.

Мы рекомендуем зарезервировать эквивалент одного диска емкости на сервер, до 4 дисков. Вы можете зарезервировать больше по своему усмотрению, но эта минимальная рекомендация гарантирует, что немедленный параллельный ремонт на месте может быть успешным после выхода из строя любого диска.

Например, если у вас есть 2 сервера и вы используете диски емкостью 1 ТБ, выделите 2 x 1 = 2 ТБ пула в качестве резерва. Если у вас есть 3 сервера и диски емкостью 1 ТБ, выделите 3 x 1 = 3 ТБ в качестве резерва. Если у вас есть 4 или более серверов и дисков емкостью 1 ТБ, выделите 4 x 1 = 4 ТБ в качестве резерва.

Пример: планирование емкости

Рассмотрим один кластер из четырех серверов. Каждый сервер имеет несколько дисков кэша и шестнадцать дисков емкостью 2 ТБ.

4 servers x 16 drives each x 2 TB each = 128 TB

Из этих 128 ТБ в пуле ресурсов хранения мы выделяем четыре диска, или 8 ТБ, чтобы ремонт на месте мог выполняться без спешки с заменой дисков после их сбоя. Таким образом, в пуле остается 120 ТБ физической емкости хранилища, с помощью которой мы можем создавать тома.

128 TB – (4 x 2 TB) = 120 TB

Предположим, что нам нужно развернуть несколько высокоактивных Hyper-V виртуальных машин, но у нас также есть много холодного хранилища — старых файлов и резервных копий, которые нам нужно сохранить. Поскольку у нас четыре сервера, давайте создадим четыре тома.

Давайте поместим виртуальные машины на первые два тома, Volume1 и Volume2. В качестве файловой системы мы выбираем ReFS (для более быстрого создания и контрольных точек) и трехстороннее зеркалирование для обеспечения отказоустойчивости и максимальной производительности. Давайте поместим холодное хранилище на два других тома, том 3 и том 4. Мы выбираем NTFS в качестве файловой системы (для дедупликации данных) и двойную четность для обеспечения устойчивости и максимизации емкости.

Мы не обязаны делать все тома одинакового размера, но для простоты давайте — например, мы можем сделать их все по 12 ТБ.

Том1 и том2 занимают по 12 ТБ x 33,3% эффективности = 36 ТБ физической емкости хранилища.

Тома 3 и тома 4 занимают по 12 ТБ x 50,0 % эффективности = 24 ТБ физической емкости хранилища.

36 TB + 36 TB + 24 TB + 24 TB = 120 TB

Четыре тома точно соответствуют физической емкости хранилища, доступной в нашем пуле. Совершенный!

Для простоты в этом примере используются десятичные единицы измерения (с основанием 10), то есть 1 ТБ = 1 000 000 000 000 байт. Однако объемы хранения в Windows отображаются в двоичных единицах (по основанию 2). Например, каждый диск емкостью 2 ТБ будет отображаться как 1,82 ТиБ в Windows. Аналогичным образом, пул ресурсов хранения емкостью 128 ТБ будет отображаться как 116,41 ТиБ. Это ожидается.

Использование

Смотрите раздел Создание томов.

Дальнейшие шаги

Дополнительные сведения см. также в следующих разделах:

• Выбор дисков для дисковых пространств Storage Spaces Direct
• Отказоустойчивость и эффективность хранилища