Ako vam je potrebno da vaš server ili računalo radi brzo, ali i da pohranjuje tone podatakaTipična dilema je jasna: trebam li odabrati brzinu SSD-a ili jeftine terabajte mehaničkih tvrdih diskova? U ekosustavu Windows Servera odgovor je puno zanimljiviji, jer ne morate birati: možete kombinirati oba svijeta koristeći prostore za pohranu i slojeve pohrane.
Windows Server 2012 R2 predstavio je vrlo moćne funkcionalnosti koji se razvijao s kasnijim verzijama i koji omogućuje izgradnju hibridnih volumena u kojima se nalaze najtopliji dijelovi podataka SSD Dok se većina podataka pohranjuje na tradicionalnim tvrdim diskovima, sustav automatski upravlja svime time, tako da ne morate ručno premještati datoteke osim ako ne želite fino podesiti ponašanje.
Što su prostori za pohranu i razine pohrane?
Prostori za pohranu su softverski definirani sloj za pohranu sustava Windows Server.Omogućuje vam grupiranje fizičkih diskova (SATA, SAS, NVMe, čak i nekih iSCSI ili FC) u jedan ili više skladišne bazeneIz tih grupa stvaraju se virtualni diskovi koje sustav vidi kao normalne volumene, ali u stvarnosti radite na sloju virtualizacije koji vam daje otpornost, fleksibilnost i, u našem slučaju, slojevitost.
Slojevi pohrane dodaju inteligenciju tim bazenima.Sloj je u biti podskup kapaciteta povezanog s vrstom medija: brzi sloj za SSD-ove/NVMe i sloj kapaciteta za tvrde diskove. Sustav periodički analizira koji se blokovi najčešće koriste i premješta ih na brzi sloj, prebacujući rijetko dostupne podatke na tvrdi disk. Slično je onome što radi automatizirani hibridni sustav, ali se njime upravlja iz samog Windows Servera i potpuno je konfigurirano.
Ključno je da slojevitost funkcionira na razini blokova, a ne na razini datoteke.To znači da ne premješta samo cijele datoteke između SSD-a i HDD-a, već radi s fragmentima podataka. Najčešće korišteni dijelovi jedne datoteke mogu se pohraniti na SSD, a ostatak na HDD, čime se maksimizira iskorištenje svakog gigabajta bržeg dijela.
U praksi dobivate najbolje od oba svijeta.: iskustvo brzine koje povezujemo sa SSD-om za većinu pristupa, s cijenom po TB-u velikog skupa mehaničkih diskova, bez potrebe za ulaganjem u vrhunski SAN niz.
Vrste diskova, fizički i logički sektori: zašto su važni u prostorima za pohranu
Prije nego što počnete stvarati virtualne diskovne skupove i diskove, dobro je razumjeti kako funkcioniraju sektori diska.Godinama su tvrdi diskovi (HDD) koristili fizičke i logičke sektore od 512 bajta, princip dizajna na kojem su se temeljili mnogi operativni sustavi. S prelaskom na kapacitete od više terabajta, proizvođači su prešli na diskove s fizičkim sektorima od 4096 bajta.
Tu dolaze do izražaja tri vrlo uobičajene obitelji zapisa.Postoje tri vrste 512-bajtnih diskova: klasični 512-bajtni diskovi, 512e (emulirani 512-bajtni diskovi) i 4Kn (izvorni 4K) diskovi. U 512e diskovima, disk fizički zapisuje u blokovima od 4 KB, ali kontroler prihvaća zahtjeve od 512 bajta i grupira ih zajedno. U 4Kn diskovima, sam operativni sustav komunicira u blokovima od 4 KB, upravljajući unatrag kompatibilnošću sa starijim aplikacijama.
U scenarijima prostora za pohranu i slojevitosti, ovo je relevantno jer veličina logičkog sektora bazena mora biti konzistentna.Praktično pravilo: Ako su svi diskovi izvorni 4K, možete stvoriti skup s logičkom veličinom sektora od 4096 bajtova; ako u kombinaciji postoje diskovi od 512 ili 512e, razumno je definirati skup s logičkom veličinom sektora od 512 bajtova. Time se izbjegavaju kazne u performansama zbog neusklađenosti i stalnih unutarnjih prepisivanja.
Windows Server nudi grafičko korisničko sučelje za upravljanje prostorima za pohranu, ali ne može se sve učiniti iz čarobnjaka.Posebno, veličina logičkog sektora bazena može se definirati samo pomoću PowerShella, s cmdletima kao što su Novi skladišni bazen precizirajući -Zadana veličina logičkog sektoraSvatko tko želi maksimalno iskoristiti svoje razine trebao bi odvojiti trenutak da pregleda ovu točku prije nego što panično klikne Dalje.
Stvorite hibridni bazen za pohranu s SSD-ovima i HDD-ovima
Prvi praktični korak je prikupljanje diskova koji će biti dio Storage Poola.U laboratorijima se to obično radi s virtualnim strojevima (na primjer, dva virtualna diska koja simuliraju SSD-ove od 256 GB i dva HDD-a od 1 TB), ali logika je ista i u stvarnom hardveru: SATA/SAS/NVMe diskovi spojeni na poslužitelj, inicijalizirani i spremni.
Iz Upravitelja poslužitelja, u odjeljku Usluge datoteka i pohrane, možete pristupiti Grupama pohraneTamo ćete vidjeti primarnu grupu s diskovima dostupnim za grupiranje. Čarobnjak "Novi bazen za pohranu" omogućuje vam da imenujete bazen, odaberete diskove koji će biti dio njega i u biti pakirate sav kapacitet u jedan logički resurs.
Nakon što se stvori bazen, svi diskovi se pojavljuju kao dio tog bazena, ali Windows možda neće biti jasan koji je medij SSD, a koji HDD.U virtualnim okruženjima, zapravo, uobičajeno je da se svi prikazuju kao "Nepoznato" ili čak svi kao SSD. Da biste ispravno konfigurirali slojeve, potrebno ih je označiti.
PowerShell je savršen alat za ispravljanje vrste medijaPomoću cmdleta Set-PhysicalDisk-MediaType Možete ručno odrediti koji se diskovi trebaju smatrati SSD-ovima, a koji HDD-ovima, bilo prema prijateljskom nazivu (FriendlyName) ili prema UniqueId-u. Nakon osvježavanja Upravitelja poslužitelja, vidjet ćete da polje "Vrsta medija" konačno razlikuje ta dva.
U naprednijim implementacijama, također je preporučljivo onemogućiti predmemoriju pisanja poola. Ako namjeravate koristiti slojevitost na razini volumena i ne želite da drugi sloj predmemorije ometa, PowerShell vam to omogućuje. Postavi-StoragePool -WriteCacheSizeDefault 0osiguravajući da će ponašanje slojevitosti biti očekivano.
Virtualni diskovi s razinama pohrane: jednostruki, zrcalni i paritetni
Nakon što je bazen spreman, sljedeći korak je stvaranje virtualnog diska koji koristi prednosti slojeva.Iz samog Upravitelja poslužitelja možete pokrenuti čarobnjaka "Novi virtualni disk" na tom skupu, dodijeliti naziv i, što je vrlo važno, označiti okvir "Stvori slojeve pohrane na ovom virtualnom disku". Ovo je opcija koja omogućuje hibridnu funkcionalnost SSD+HDD.
Raspored virtualnog diska određuje otpornostImate tri glavne mogućnosti: Jednostavan (slično RAID 0, veće performanse, ali bez tolerancije grešaka), Ogledalo (dvosmjerno ili trosmjerno zrcaljenje, ekvivalentno RAID 1/10) i Paritet (Parity, slično RAID 5/6). Postoji jedno važno ograničenje: ako omogućite slojeve pohrane na tom virtualnom disku, opcija Parity nestaje, ostavljajući samo Simple ili Mirror.
Za laboratorije i brzo testiranje, jednostavan dizajn u kombinaciji s razinama već nudi dobar uvid u ponašanje sustava.Međutim, u produkciji je uobičajeno koristiti mirror s najmanje dva SSD-a i dva HDD-a, tako da možete izgubiti jedan disk svake vrste bez gubitka podataka. Naravno, iskoristivi kapacitet bit će manji zbog redundancije.
Još jedan važan detalj je opskrbaSlojeviti diskovi moraju se kreirati s fiksnim opskrbljivanjem; tanko opskrbljivanje nije podržano kada su aktivni slojevi pohrane. To ima smisla: mehanizam za premještanje blokova između slojeva mora imati stabilna mapiranja logičkih i fizičkih adresa, bez dinamičkih slojeva između koji mijenjaju veličine u hodu.
Čarobnjak vam također omogućuje definiranje koliko prostora treba zauzeti iz svake razineNa primjer, možete stvoriti virtualni disk od 100 GB sastavljen od 10 GB SSD-a i 90 GB HDD-a. Interno, sustav zna da je 10 GB brzi dio i tamo će koncentrirati aktivne blokove, dok HDD djeluje kao jeftinija masovna pohrana. Ništa vas ne sprječava da kasnije povećate veličinu bilo kojeg sloja, ako to dopuštaju brojevi stupaca i diskova.
Stvaranje volumena, datotečnih sustava i provjera konfiguracije
Nakon što je virtualni disk stvoren, uobičajeni postupak je nastavak s čarobnjakom za generiranje volumena.Konceptualno je isto kao i particioniranje fizičkog diska: birate koji dio kapaciteta želite koristiti (može biti cijeli ili dio), odabirete slovo pogona ili točku montiranja i odabirete datotečni sustav, obično NTFS ili ReFS, ovisno o scenariju.
U modernim okruženjima virtualizacije i sigurnosnog kopiranja, Microsoft preporučuje ReFSposebno kada kombinirate ove vrste volumena s tehnologijama poput Modern Backup Storagea System Center Data Protection Managera (DPM). ReFS je optimiziran za kloniranje blokova, ubrzano otkrivanje i popravak oštećenja te učinkovito rukovanje VHDX datotekama, što ga čini izvrsnim za slojevite bazene i velike volumene.
Volumeni namijenjeni općim podacima, dijeljenim datotekama ili tradicionalnim aplikacijama mogu nastaviti koristiti NTFS bez problemaVažno je biti dosljedan: ako ćete koristiti DPM 2016 ili noviji s MBS-om, najbolje je ponuditi ReFS volumene na prostorima za pohranu, po mogućnosti s postotkom SSD-a kao brzim slojem.
Nakon što je volumen sastavljen, dobro je provjeriti njegova svojstva. I u Upravitelju poslužitelja i u Upravljanju diskovima vidjet ćete da oglašena logička veličina odgovara onoj definiranoj u virtualnom disku, ali ako pogledate skup, vidjet ćete da je potrošeno više sirovog kapaciteta zbog otpornosti (zrcaljenja) i unutarnjih rezervi potrebnih za slojevitost.
U laboratorijskim uvjetima također je zanimljivo stvoriti drugi virtualni disk bez slojeva na istom poolu.Da biste jasno vidjeli koje opcije nestaju kada aktivirate slojeve pohrane: Paritet postaje dostupan, omogućuje se tanko opskrbljivanje itd. Ova usporedba pomaže vam da shvatite arhitektonske razlike između slojevitih i neslojevitih volumena.
Kako se podaci zapravo prenose između SSD-a i HDD-a?
Interni rad sustava slojevitosti u Storage Spaces temelji se na periodičnim analizama pristupa.Sustav prati koji se blokovi najčešće čitaju i pišu te, prema zakazanom rasporedu, tiho reorganizira distribuciju, premještajući najtoplije blokove na SSD sloj, a najhladnije blokove na HDD sloj. To nije trenutno ili trenutno prilikom kopiranja velike datoteke, već je kontinuirani proces optimizacije.
Mnogi administratori su iznenađeni kada testiraju s velikom datotekom i vide da se SSD ne puni odmah.Prilikom pisanja, prvo dolaze do izražaja vlastite predmemorije tvrdog diska (njegovi unutarnji međuspremnici), a ovisno o konfiguraciji, mogu se koristiti i dodatne predmemorije poput predmemorije sabirnice pohrane ili mehanizama dnevnika. Sloj SSD-a ne djeluje uvijek kao izravna predmemorija pisanja u stilu RAID akceleratora.
Ono što bi se trebalo dogoditi jest da će se, nakon određenog vremena i analize korištenja, često pristupani blokovi te datoteke migrirati na SSD.Ako testovi čitanja pokažu da SSD ima malo aktivnosti, trebali biste razmotriti je li pristup dovoljno ponovljen da bi se ti blokovi označili kao vrući ili raspodjela opterećenja ne prisiljava ponašanje koje očekujete.
U nekim slučajevima, relativna veličina SSD sloja u usporedbi s HDD-om također igra ulogu.Ako SSD predstavlja zanemariv postotak ukupnog kapaciteta, algoritam će morati vrlo agresivno odrediti prioritet onoga što se smatra "vrućim", a vaš specifični test možda neće biti reprezentativan. Tipična preporučena veličina za scenarije sigurnosne kopije s DPM-om, na primjer, je dodijeliti oko 4% ukupnog prostora SSD-u za metapodatke i kritične blokove.
Osim automatskog slojevitog postavljanja, Windows vam omogućuje ručno prikvačivanje određenih datoteka na SSD.Pomoću PowerShella i naredbi poput onih u File Storage Tiers možete označiti ISO datoteku ili bazu podataka da ostane usidrena u brzom sloju; tu odluku možete kasnije poništiti i komplementarnim cmdletima, vraćajući kontrolu sustavu.
Izravna pohrana prostora (S2D) i softverski definirana klasterirana pohrana
Kada prelazimo s jednog poslužitelja na puni klaster, na scenu stupa Storage Spaces Direct (S2D).Ova tehnologija, prisutna u Windows Server Datacenteru i Azure Stack HCI-ju, proširuje ideju prostora za pohranu na skup čvorova, stvarajući softversku sabirnicu za pohranu koja sve lokalne diskove svih poslužitelja čini da izgledaju kao zajedničko kućište.
S2D kombinira nekoliko ključnih komponentiValidirani hardver (x86 poslužitelji s NVMe, SSD i HDD diskovima), brza RDMA mreža (RoCE ili iWARP na 10 GbE ili više), klaster za prebacivanje pogreška kao temelj za visoku dostupnost i sam softver sabirnice za pohranu. Uz sve to, definirani su skupovi, virtualni diskovi, otpornost (zrcaljenje, paritet) i, naravno, razine pohrane i predmemorije.
Model hiperkonvergentne arhitekture (HCI) vjerojatno je najpopularnijiVirtualni strojevi Hyper-V i S2D pohrana dijele iste čvorove, što pojednostavljuje infrastrukturu i smanjuje troškove u usporedbi s tradicionalnim SAN-om. Postoji i konvergirani model, gdje je klaster za pohranu neovisan i izložen računalnom klasteru putem Scale-Out File Servera i SMB3.
S2D automatizira velik dio posla rebalansiranja i keširanjaKada dodate nove diskove ili čak nove čvorove, skup se automatski preraspodijeli. Najbrži dostupni medij koristi se kao uvijek uključena predmemorija, što značajno poboljšava performanse radnih opterećenja kao što su virtualni strojevi ili baze podataka SQL Servera.
Iako je teorija vrlo privlačna, S2D zahtijeva pažljivo planiranje.Validirani hardver kataloga, dobro osmišljena mreža, razumijevanje načina otpornosti (dvosmjerno ili trosmjerno zrcaljenje, paritet, kodiranje brisanja) i prije svega dobra strategija dnevnog praćenja i upravljanja. Alati poput Cluster Managera, PowerShella i rješenja trećih strana ključni su kako bi se izbjeglo neočekivano djelovanje.
Moderna pohrana sigurnosnih kopija (MBS) u DPM-u i korištenje slojevitih volumena
System Center Data Protection Manager (DPM) 2016 predstavio je modernu pohranu sigurnosnih kopija (MBS) Kako bi smanjio potrošnju prostora za oko 50%, ubrzao sigurnosne kopije diska do tri puta i bolje upravljao radnim opterećenjima, MBS se uvelike oslanja na ReFS, kloniranje blokova i, naravno, Storage Spaces.
Ideja je jednostavna: umjesto korištenja dva volumena po izvoru podataka (jedan početni i jedan za diferencijale), MBS konsolidira i koristi napredne mogućnosti datotečnog sustava.Volumeni koje DPM koristi za pohranu automatski se formatiraju u ReFS-u, pod uvjetom da su prikazani na osnovnim diskovima (bez dinamičkih diskova) i, po mogućnosti, na prostorima za pohranu.
S DPM-om 2019 i novijim verzijama, napravljen je daljnji korak podržavanjem slojevitih volumena kao izvorne pohrane.To znači da se volumen na kojem DPM pohranjuje sigurnosne kopije može sigurnosno kopirati i na SSD i na HDD sloju. Praktični rezultat je dodatno poboljšanje vremena izvršavanja određenih sigurnosnih kopija između 50% i 70%, budući da se metapodaci i kritični blokovi pohranjuju u brzom sloju.
Microsoft preporučuje rezerviranje otprilike 4% ukupnog kapaciteta za SSD pohranu. U ovom scenariju, ReFS-u je dopušteno koristiti taj dio kao primarnu lokaciju za svoje metapodatke. Iz perspektive DPM-a, nije potrebna dodatna konfiguracija: on jednostavno vidi ReFS volumen i koristi ga kako se očekuje.
Konfiguracija MBS-a sa slojevitom pohranom slijedi prilično jasan tok.Pripremite fizičke diskove, stvorite Storage Pool s odgovarajućom veličinom logičkog sektora (obično 4K ako svi diskovi to podržavaju), ispravno postavite MediaType (SSD/HDD), onemogućite predmemoriranje pisanja na razini poola, definirajte slojeve (jedan za performanse, jedan za kapacitet) i stvorite ReFS volumen koji kombinira oba sloja. Ovaj volumen se zatim izlaže DPM-u, koji ga integrira kao pohranu na disku.
DPM nudi PowerShell cmdlete za daljnje fino podešavanje upravljanjaUpdate-DPMDiskStorage za dodjeljivanje naziva i oznaka volumenima na temelju vrste izvora podataka, izuzimanje volumena pomoću Set-DPMGlobalProperty za sprječavanje ljudske pogreške prilikom dodavanja prostora za pohranu, pa čak i opcije migracije podataka između volumena kada obnavljate nizove za pohranu ili proširujete kapacitet.
Podržane konfiguracije, otpornost i veličine stupaca u prostorima za pohranu
Windows Storage Spaces podržava različite topologije povezivanja i razine otpornostiU određenim slučajevima možete koristiti SAS, SATA, pa čak i iSCSI ili Fibre Channel LUN-ove, iako s ograničenjima (na primjer, s iSCSI/FC-om su u određenim konfiguracijama podržani samo jednostavni virtualni diskovi).
Što se tiče otpornosti, postoje tri glavne vrsteJednostavno (bez redundancije, maksimalne performanse i kapacitet), Zrcalno (dvije ili tri kopije podataka, izvrsne performanse i dobra tolerancija grešaka) i Paritetno (ravnoteža između kapaciteta i zaštite, s određenim troškovima u performansama pisanja). Svako ima minimalan broj potrebnih fizičkih diskova i specifične zahtjeve u vezi s tim što je, a što nije podržano u SAN-u.
Koncept veličine stupaca još je jedan važan faktor pri dizajniranju skalabilnih bazenaStupac definira kako se podaci distribuiraju po fizičkim diskovima i koliko se pogona mora dodati odjednom kada želite proširiti virtualni disk. Veći broj stupaca (do 8) obično pruža bolje performanse, ali vas prisiljava na skaliranje u višekratnicima te vrijednosti.
Prema zadanim postavkama, prilikom stvaranja virtualnih diskova ili volumena, sustav određuje broj stupaca na temelju dostupnih diskova.Ako želite kontrolirati ovaj parametar, možete koristiti cmdlete poput Postavi-Postavku otpornosti prilagoditi zadani broj stupaca zrcaljenja ili pariteta unutar određenog skupa, prilagođavajući ga svojim potrebama za performansama i budućem rastu.
Kada je riječ o kombiniranju otpornosti s slojevitošću, postoje i nijanse.Na primjer, možete stvoriti SSD sloj konfiguriran za zrcaljenje i HDD sloj konfiguriran za paritet, kombinirajući ih u jedan otporni slojeviti volumen. Na taj način, kritični i najaktivniji dio podataka ima koristi od najboljih performansi i redundancije, dok manje aktivni podaci imaju koristi od učinkovitosti pariteta.
Najbolje prakse, uobičajeni problemi i laboratorijski trikovi
U laboratorijskim okruženjima vrlo je uobičajeno "prevariti" sustav kako bi testirao konfiguracije bez pravog SSD hardvera.Softver za virtualizaciju poput VMware Workstationa ili Hyper-Va omogućuje vam stvaranje virtualnih diskova koje Windows vidi kao generičke SAS pogone, a pomoću PowerShella možete neke označiti kao SSD-ove, a druge kao HDD-ove. Na taj način simulirate hibridno okruženje bez trošenja novca.
Uobičajeni trik je korištenje skripti za ponovno dodjeljivanje MediaType-a određenim diskovima.Na primjer, možete popisati diskove u skupu pomoću Get-PhysicalDisk, pronaći FriendlyName ili UniqueId svakog od njih i koristiti Set-PhysicalDisk za njihovo označavanje. Nakon toga, čarobnjak za novi virtualni disk ispravno će prikazati opcije slojevite pohrane.
S manje ugodne strane, mnogi administratori susreću se sa situacijama u kojima SSD sloj ne radi ništa.Velike kopije datoteka koje zasićuju tvrdi disk, grafovi performansi gdje SSD-ovi jedva registriraju ikakvu aktivnost i, općenito, osjećaj da sustav potpuno ignorira brzi sloj. U tim slučajevima vrijedi provjeriti nekoliko stvari: veličinu SSD sloja, vrstu opterećenja (ponavljajući pristupi ili ne), postoje li dodatni aktivni predmemorije i je li ciklus optimizacije slojeva imao vremena za rad.
Drugi česti izvor frustracije je predmemorija sabirnice pohraneOva značajka može dramatično poboljšati performanse u određenim scenarijima, ali ponekad ne uspije kada je omogućena, prikazujući pogreške o nedovoljnim resursima. Povremeno, skripta koja je aktivira pokušava koristiti maksimalni mogući prostor i nailazi na ograničenja zaokruživanja veličine, slična pogreškama koje se pojavljuju pri odabiru "Koristi maksimalni prostor" prilikom stvaranja virtualnog diska iz grafičkog korisničkog sučelja.
Ako naiđete na ove zagonetne poruke, korisna strategija je malo smanjiti traženu veličinu za slojeve. (ostavljajući nekoliko gigabajta nedodijeljenih) i ponovno stvorite virtualni disk putem PowerShella, navodeći eksplicitne veličine umjesto da čarobnjak automatski izračuna. Time se izbjegavaju problemi zaokruživanja koji ostavljaju sustav bez internog prostora.
Konačno, ne zaboravite da određene datoteke možete prikvačiti na SSD sloj kada je to potrebno.Ako imate veliku ISO datoteku, bazu podataka ili skup VHDX datoteka koje želite pokrenuti punom brzinom, cmdleti za slojevito pohranjivanje datoteka (File Storage Tiering) daju vam tu preciznu kontrolu. A ako se vaši prioriteti promijene, jednostavno poništite tu kvačicu kako biste automatski algoritam ponovno preuzeo kontrolu.
Učinkovitim kombiniranjem prostora za pohranu, slojeva pohrane, ReFS-a i alata poput S2D-a i DPM-aMoguće je izgraditi visoko sposobna rješenja za pohranu na standardnom hardveru, inteligentno kombinirajući SSD-ove i HDD-ove kako bi se stvorili poslužitelji i klasteri koji rade munjevito brzo gdje je potrebno, održavaju ogromne količine podataka uz nisku cijenu i, prije svega, daju vam fleksibilnost prilagodbe infrastrukture vašim stvarnim potrebama bez oslanjanja na vlasničke nizove ili astronomske proračune.