Lagerräume mit gestaffelter Lagerung Speicherebenen haben sich in Windows Server zu einem der leistungsstärksten Werkzeuge entwickelt, um die SSD-Performance zu maximieren, ohne dabei auf die hohe Kapazität und die niedrigen Kosten herkömmlicher HDDs verzichten zu müssen. Durch die effektive Kombination beider Technologien und die korrekte Konfiguration von Speicherpools, virtuellen Festplatten und Speicherebenen lässt sich ein System realisieren, das für kritische Workloads eine hervorragende Leistung erbringt und gleichzeitig für alle anderen Daten kostengünstig bleibt.
Im Folgenden erklären wir, was Storage Spaces sind, wie Layered Storage funktioniert, welche Anforderungen Sie erfüllen müssen und wie Sie die gesamte Umgebung sowohl auf einem eigenständigen Server als auch in Szenarien mit Storage Spaces Direct einrichten.
Was sind Speicherräume und wie passt gestaffelte Speicherung ins Bild?
Speicherplätze ist die softwaredefinierte Speicherschicht Windows Server ermöglicht es Ihnen, mehrere physische Festplatten in einem oder mehreren Speicherpools zu gruppieren, aus denen Sie virtuelle Festplatten mit unterschiedlichen Ausfallsicherheits- und Bereitstellungsstufen erstellen können. Auf diesen virtuellen Festplatten werden dann NTFS- oder ReFS-Volumes erstellt, als wären es herkömmliche physische Festplatten.
Aber Was ist eine Speichergruppe? Es handelt sich schlicht um einen logischen Container für physische Festplatten, in dem Windows die Festplatten nicht mehr einzeln erkennt, sondern als eine Einheit behandelt. Aus diesem Pool können Sie zukünftig weitere Festplatten hinzufügen, die Kapazität erweitern und die Verwaltung flexibel delegieren. Dies ist besonders in Umgebungen mit kontinuierlichem Wachstum von großem Nutzen.
Aus jedem Pool können Sie einen oder mehrere Pools erstellen. Virtuelle Festplatten (Speicherplätze)Sobald die virtuelle Festplatte erstellt wurde, besteht der nächste Schritt darin, eine oder mehrere zu definieren. formatierte VolumesHier wählen Sie die Größe, den Laufwerksbuchstaben oder den Mount-Ordner, das Dateisystem (NTFS oder ReFS), die Zuordnungseinheitsgröße und eine beschreibende Bezeichnung. Für die tägliche Verwaltung arbeiten Sie mit diesen Volumes genauso wie mit jedem anderen Windows-Laufwerk.
Gestaffelte Lagerung Dies kommt zum Tragen, wenn SSDs und HDDs im selben Datenpool kombiniert werden. Windows analysiert, auf welche Datenblöcke am häufigsten zugegriffen wird, und platziert diese in der schnellen Schicht (SSD), während selten genutzte Blöcke in die Speicherschicht (HDD) verschoben werden. Dieser gesamte Prozess läuft automatisch und transparent für Anwendungen ab.
Das Ergebnis ist, dass Sie Folgendes erhalten: SSD-Geschwindigkeit für häufig genutzte Daten Und die kostengünstige Speicherkapazität von HDDs für weniger kritische Daten. Und das, ohne manuell entscheiden zu müssen, welche Daten auf welches Laufwerk kommen. Für Systemadministratoren ist dies eine sehr effiziente Möglichkeit, Budget, IOPS und Speicherkapazität ohne übermäßige Komplikationen in Einklang zu bringen.
Voraussetzungen und Hardwareüberlegungen
Bevor Sie mit dem Erstellen von Pools und virtuellen Festplatten beginnen, gibt es einige Dinge zu beachten. Hardwareanforderungen, die Windows Server stellt Damit Speicherplätze und Speicherebenen ordnungsgemäß funktionieren. Insbesondere auf physischen Servern.
In Bezug auf FestplattenbustypenStorage Spaces unterstützt SAS (Serial Attached SCSI), SATA, iSCSI und Fibre Channel. USB-Laufwerke können ebenfalls verwendet werden, dies wird jedoch aufgrund von Leistungs- und Zuverlässigkeitsproblemen auf Servern nicht empfohlen. Bei der Bereitstellung von Storage Spaces auf iSCSI- oder Fibre-Channel-LUNs müssen die virtuellen Festplatten nicht ausfallsicher (einfaches Design) sein, um eine Überlappung der RAID-Schicht mit dem Speicherarray selbst zu verhindern.
Die Die physischen Datenträger müssen mindestens 4 GB groß sein.Es ist entscheidend, dass die Festplatten sauber ankommen: ohne Partitionen, Volumes oder vorherige Formatierungen. Idealerweise sollten alle Festplatten eines Pools hinsichtlich Kapazität und Medientyp identisch sein, insbesondere bei der Anwendung von Ausfallsicherheit durch Spiegelung oder Parität.
Bezüglich der HBA (Host Bus Adapter)Microsoft empfiehlt die Verwendung von „einfachen“ Adaptern ohne aktive RAID-Funktionalität. Wenn Ihr HBA RAID unterstützt, muss er im Nicht-RAID-Modus konfigurierbar sein, wobei jegliches Caching oder Pooling auf Controller-Ebene vollständig deaktiviert sein muss. Storage Spaces muss jede Festplatte als unabhängiges Gerät erkennen, ohne dass der HBA Abstraktionen vornimmt oder geschlossene JBOD-Dienste bereitstellt, die die Sichtbarkeit der Steckplätze verbergen.
In Szenarien mit externe JBOD-KabinenEs wird dringend empfohlen, die Speichersysteme für Storage Spaces zertifizieren zu lassen und im Windows Server-Katalog aufzuführen. Um zu überprüfen, ob das Speichersystem die Gehäusenummer und den Steckplatz für jede Festplatte (EnclosureNumber und SlotNumber) korrekt angibt, können Sie ein PowerShell-Cmdlet verwenden, nach dem SAS-Bus filtern und prüfen, ob diese Felder gültige Werte enthalten.
Arten von Resilienz: Einfache, Spiegel- und Paritätsresilienz
Beim Erstellen einer virtuellen Festplatte ist eine der wichtigsten Entscheidungen die Art der Resilienzda es sowohl die Leistungsfähigkeit und die Fehlertoleranz als auch den Verbrauch der nutzbaren Kapazität beeinflusst.
Einfaches Design
Es verteilt Daten streifenförmig über alle beteiligten physischen Festplatten und maximiert so Leistung und effektive Kapazität, bietet aber keinen Schutz. Fällt nur eine Festplatte aus, ist das gesamte Array unwiederbringlich verloren. Es eignet sich für temporäre Daten, Tests, Laborumgebungen oder Informationen, die sich kostengünstig und einfach wiederherstellen lassen.
Das Spiegeldesign
Es speichert zwei oder drei Kopien der Daten auf separaten physischen Festplatten, was die Zuverlässigkeit deutlich erhöht, jedoch die Speicherkapazität verringert. Ähnlich wie bei RAID 1/10 wird jeder Schreibvorgang dupliziert (oder verdreifacht), und die Daten werden auf mehrere Laufwerke verteilt, was die Leistung verbessert und die Latenz im Vergleich zu Paritäts-RAIDs reduziert. Windows verwendet ebenfalls einen Mechanismus von DRT (Dirty Region Tracking) um die Konsistenz zwischen den Kopien nach plötzlichen Neustarts oder unerwarteten Abstürzen zu gewährleisten.
Paritätsdesign (ähnlich wie RAID 5/6)
Es kombiniert Daten und Paritätsinformationen, die über alle Festplatten verteilt sind. Es bietet eine bessere Kapazitätsauslastung als Mirroring und Schutz vor Festplattenausfällen, allerdings auf Kosten höherer Latenz, insbesondere bei zufälligen Schreibvorgängen. Es eignet sich hervorragend für sequenziell zugegriffene Daten wie Backup-Repositories, Archivdateien, historische Protokolle oder Daten aus dem Cold Storage.
Um Parity mit Festplattenausfallschutz zu verwenden, benötigen Sie mindestens 3 physische DatenträgerBei Arbeitslasten mit vielen zufälligen Schreibvorgängen (OLTP-Datenbanken, VMs mit hoher Fluktuation) ist davon abzuraten, da Mirror hier in der Regel ein deutlich reibungsloseres Benutzererlebnis bietet.
Schrittweise Erstellung von Speichergruppen
Der erste operative Schritt bei der Arbeit mit Speicherplätzen ist gruppieren Sie die verfügbaren physischen Datenträger in einer oder mehreren Speichergruppen. Entweder über den Server-Manager oder über PowerShell.
In der Server-Manager-Konsole Zugriff „Datei- und Speicherdienste“ Gehen Sie anschließend unter „Volumes“ zu „Storage Pools“. Standardmäßig werden freie Datenträger in einem Pool namens „Primärer Pool“ angezeigt. Falls dieser nicht angezeigt wird, bedeutet dies in der Regel, dass der Speicher die Anforderungen von Storage Spaces nicht erfüllt oder dass sich die Datenträger nicht im Pool-Bereitschaftszustand befinden.
Aus dem Abschnitt von „SPEICHERGRUPPEN“Öffnen Sie das Menü „AUFGABEN“ und starten Sie den Assistenten „Neuer Speicherpool“. Dort können Sie dem Pool einen aussagekräftigen Namen und eine Beschreibung zuweisen sowie das entsprechende Speichersubsystem auswählen.
Markieren Sie auf der Seite zur Auswahl der physischen Datenträger die Datenträger, die Teil des Pools sein sollen. Falls gewünscht, können Sie einige davon als … festlegen. Aktive Ersatzteile (Hot Spare) durch Ändern des Zuordnungstyps. Diese Datenträger werden als Reserve vorgehalten und im Falle eines Ausfalls eines aktiven Laufwerks automatisch für Wiederherstellungen verwendet.
Nachdem Sie Ihre Auswahl bestätigt und den Pool erstellt haben, wird der neue Speicherpool in der Konsole angezeigt und ist bereit, die benötigten virtuellen Festplatten darauf zu erstellen. Dieser gesamte Vorgang lässt sich mit PowerShell und Cmdlets wie beispielsweise … nachbilden. Get-StoragePool, Get-PhysicalDisk -CanPool $true y Neuer Speicherpoolmit klarer Angabe des Namens des Subsystems und der Liste der einzubeziehenden Datenträger.
Erstellen virtueller Festplatten und Aktivieren von Speicherebenen
Sobald der Pool bereit ist, ist der nächste Schritt: Erstellen Sie eine oder mehrere virtuelle Festplatten Aus dieser Gruppe heraus werden Resilienzkonzepte, Bereitstellungspläne und gegebenenfalls die mehrstufige Speicherung definiert und aktiviert.
in Abschnitt „Virtuelle Datenträger“ Wählen Sie im Server-Manager den entsprechenden Pool aus und klicken Sie unter „AUFGABEN“ auf „Neue virtuelle Festplatte“. Der Assistent fordert Sie auf, der virtuellen Festplatte einen Namen zu geben und das Speicherdesign (Einfach, Spiegelung oder Parität) auszuwählen. Falls Festplatten unterschiedlicher Medientypen vorhanden sind, können Sie die entsprechende Option auswählen. „Speicherebenen auf dieser virtuellen Festplatte erstellen“ Speicherebenen aktivieren.
Bei der Aktivierung von Speicherebenen gibt es einige wichtige Einschränkungen. Sie können nur einfache oder gespiegelte Designs verwenden. (Parität ist bei Ebenen nicht verfügbar) und der Bereitstellungstyp muss sein Behoben. Thin Data ist für Tiered Disks nicht zulässig. Dies ist entscheidend, wenn Sie ein Paritätsdesign planen. Sie benötigen eine separate, nicht-Tiered virtuelle Festplatte oder einen separaten Pool.
In Labor- oder virtualisierten Umgebungen kann man das System sogar "austricksen", indem man mehrere virtuelle SAS-Festplatten in einem Hypervisor wie VMware Workstation erstellt und dann manuell mit PowerShell kennzeichnet, welche Festplatten SSDs und welche HDDs sind. Set-PhysicalDisk -MediaTypeAuf diese Weise erkennt Windows beide Medientypen korrekt und ermöglicht Ihnen die Definition der Ebenen.
Während des Assistenten können Sie die Größe der einzelnen Ebenen festlegen. Das heißt, wie viel SSD-Speicherplatz für die schnelle Ebene und wie viel HDD-Kapazität für die massive Ebene reserviert wird. Dieses Verhältnis ist entscheidend: SSD-Tier zu klein Es kann schnell gesättigt werden und unter sehr hoher Belastung einen Teil seiner Vorteile verlieren.
Thin Provisioning vs. Fixed Provisioning und virtuelle Festplattengröße
Das Erstellen einer virtuellen Festplatte beinhaltet auch die Auswahl der Art der Bereitstellung und die logische Größe, die das Betriebssystem sehen wird. Entscheidungen, die das Kapazitätsmanagement beeinflussen.
- Mit Thin Provisioning. Der Speicherplatz wird dynamisch beim Schreiben von Daten zugewiesen. Dies ermöglicht eine Überdimensionierung, wodurch kurzfristig virtuelle Festplatten mit größerer Kapazität als die verfügbare physische Kapazität erstellt werden. Das Risiko liegt auf der Hand: Wird die Speichernutzung nicht ordnungsgemäß überwacht, kann der physische Speicherplatz erschöpft sein und die Datenintegrität gefährdet werden.
- Mit Feste Bereitstellung. Die gesamte für die virtuelle Festplatte deklarierte Kapazität wird sofort im Pool reserviert. Eine Überbelegung ist nicht möglich, jedoch profitieren Sie von Vorhersagbarkeit und stabiler Leistung, da kein Overhead durch Hot-Space-Erweiterungen entsteht. Bei Festplatten mit Speicherebenen muss die Bereitstellung fest vorgegeben sein.
Im Assistenten können Sie eine bestimmte Größe (in MB, GB oder TB) angeben oder, bei festen Designs, die Standardeinstellung verwenden. maximal verfügbare Poolkapazität.
Dieser gesamte Prozess kann mithilfe von PowerShell automatisiert werden. Neue virtuelle FestplatteHier definieren Sie den Anzeigenamen, das Resilienzdesign (ResiliencySettingName), die Anzahl der Datenkopien, die Größe, den Bereitstellungstyp und gegebenenfalls erweiterte Parameter wie Spalten oder Sortierung, um die Leistung entsprechend der Arbeitslast feinabzustimmen.
Datenträgererstellung, Formatierung und grundlegende Verwaltung
Nachdem die virtuelle Festplatte erstellt und online ist, besteht der letzte Schritt im klassischen Arbeitsablauf darin, ein Volumen erstellenWeisen Sie ihm einen Laufwerksbuchstaben zu oder binden Sie einen Ordner ein und formatieren Sie ihn mit dem entsprechenden Dateisystem.
Im Server-Manager können Sie den Assistenten „Neues Volume“ durch Rechtsklick auf die virtuelle Festplatte starten. Zuerst wählen Sie den Server und die Festplatte aus, dann legen Sie die Volume-Größe fest und entscheiden, ob Sie einen Laufwerksbuchstaben zuweisen oder das Volume in einen leeren Ordner auf einem anderen Volume einbinden möchten. Abschließend wählen Sie aus NTFS oder ReFS als Dateisystem.
Im selben Schritt können Sie die Auswahl treffen. Größe der Zuteilungseinheit (Die Standardeinstellung bleibt üblicherweise erhalten, sofern keine besonderen Anforderungen bestehen.) Sie können eine aussagekräftige Bezeichnung festlegen. Wenn auf dem Server die Deduplizierungsrolle installiert ist, können Sie außerdem auswählen, ob diese für das jeweilige Volume aktiviert werden soll. Dies ist nützlich für Backup-Repositories oder VHD-Bibliotheken.
Nach Abschluss des Assistenten wird das Volume im Server-Manager unter „Volumes“ und im Datei-Explorer angezeigt und ist sofort einsatzbereit. Falls Sie dies lieber mit einem einzigen Befehl erledigen möchten, können Sie Cmdlets wie folgt verketten: Get-VirtualDisk | Get-Disk | Initialize-Disk | New-Partition | Format-Volumewas für Massenverteilungsskripte sehr praktisch ist.
Erweitern Sie ein vorhandene virtuelle Festplatte Dies ist auch über die Konsole (mit der Option „Virtuelle Festplatte erweitern“) oder über PowerShell möglich. Anschließend müssen Sie das entsprechende Volume mit der klassischen Datenträgerverwaltung oder dem Befehl „Partition vergrößern/verkleinern“ erweitern. Diese Vorgehensweise ist besonders nützlich, wenn Sie dem Pool neue Festplatten hinzugefügt haben und eine bestimmte Arbeitslast ohne Unterbrechung oder Datenverlust skalieren möchten.
Storage Spaces Direct und die Rolle von Cluster-Layern
Wenn Sie den Sprung wagen zu Direkte Speicherplätze (S2D)All dies führt zu einer Clusterumgebung, in der mehrere Server ihre lokalen Festplatten zu einem verteilten Pool mit hoher Verfügbarkeit beitragen. Hier gewinnen gestaffelte Leistungs- und Kapazitätsfähigkeiten noch mehr an Bedeutung, insbesondere in hyperkonvergenten Architekturen mit Hyper-V.
Die Einführung von S2D beginnt mit der Installation von Windows Server-Rechenzentrum an jedem Knotenpunkt Netzwerkeinstellungen Mit 10-GbE-Netzwerkkarten (oder höher) und vorzugsweise RDMA (iWARP oder RoCE) für minimale Latenz zwischen den Knoten. Außerdem müssen Sie die Server einer Domäne hinzufügen und Rollen wie Failover-Clustering, Hyper-V, Dateiserver sowie die erforderlichen RSAT-Module installieren, um alles remote zu verwalten.
Bevor Sie S2D aktivieren, müssen Sie Folgendes beachten: Reinigen Sie die Geräte gründlich. Führen Sie für jeden Host (ohne Partitionen oder vorherige Daten) eine Clustervalidierung mit Test-Cluster durch und schließen Sie dabei insbesondere die Tests von „Storage Spaces Direct“ ein. Erstellen Sie anschließend den Cluster und seinen Witness.
Das Schlüssel-Cmdlet ist Enable-ClusterStorageSpacesDirectDadurch wird das System in den S2D-Modus versetzt, automatisch ein großer gemeinsam genutzter Pool erstellt, der Cache konfiguriert (z. B. durch Verwendung von SSDs als Write-Back für langsamere HDDs) und zwei Standard-Tiers generiert: ein „Performance“-Tier und ein „Capacity“-Tier. Beide sind bereit für die Erstellung von Tiered Volumes.
Von dort aus wird das Cmdlet Neuer Band Es vereinfacht den Prozess, da es die virtuelle Festplatte erstellt, partitioniert, formatiert und in einem einzigen Schritt zu CSV (Cluster Shared Volumes) hinzufügt. Sie können direkt im Befehl die gewünschte Ausfallsicherheit, die Größe der einzelnen Ebenen und die Anzahl der Datenkopien festlegen und das Design so an die jeweilige Arbeitslast (Hyper-V, SQL Server, Benutzerdateien usw.) anpassen.
Datenklassen, Ebenen und deren jeweilige Anwendungsbereiche
Abgesehen von der Technologie selbst ist es für die optimale Nutzung von Speicherebenen unerlässlich, Folgendes zu beachten: Klassifizieren Sie Ihre Daten richtigLetztendlich geht es bei gestaffelter Speicherung einfach darum zu entscheiden, welche Daten eine SSD verdienen und welche auf billigen HDDs, Bandlaufwerken oder sogar in der Cloud gespeichert werden können.
Eine typische Klassifizierung unterscheidet zwischen:
- Missionskritische Daten (Geschäftsdatenbanken, Abrechnungssysteme, wichtige virtuelle Maschinen).
- Aktuelle Daten (sehr aktiv, aber nicht lebenswichtig).
- gemäßigte Daten (gelegentlicher Zugang).
- Kalte, harte Fakten (Historische Protokolle, alte Backups, Archivdateien).
Jede Kategorie passt naturgemäß in eine andere Speicherebene, sowohl innerhalb als auch außerhalb von Speicherräumen.
In der Praxis, heiße und kritische Daten Sie profitieren von der SSD-Ebene innerhalb des Pools, von Spiegelungsausfallsicherheit und minimaler Latenz. Häufig genutzte Daten können auf Hybridlaufwerken oder im HDD-Bereich eines mehrstufigen Pools gespeichert werden, während selten genutzte Daten zu sehr geringen Kosten pro GB auf Nearline-Speicher, Bänder oder Cloud-Speicherdienste migriert werden können.
Bei mehrstufigen Speicherarchitekturen werden typischerweise die Stufen 0, 1, 2 und 3 verwendet:
- Tier 0: Ultraschnelle SSD.
- Tier 1: konventionellere Hochleistungs-SSDs.
- Tier 2: Hybridspeicher oder schnelle Festplatten.
- Tier 3: kostengünstige Massen-Nearline-Geräte.
In hybriden Umgebungen wird häufig zusätzlich eine spezielle „Cloud-Ebene“ für Cloud-Speicherung implementiert.
Windows, Storage Spaces und Storage Spaces Direct ermöglichen die lokale Implementierung dieser mehrstufigen Logik, während externe Backup- oder Datenverwaltungslösungen das Konzept auf die Cloud oder tiefliegende Dateisysteme ausweiten können. Wichtig ist dabei, stets für eine einheitliche Struktur zu sorgen. Datenwert, Zugriffshäufigkeit und Kosten.
Gestufte Speicherung vs. Caching: zwei sich ergänzende Komponenten
Ein Punkt, der oft für Verwirrung sorgt, ist der Unterschied zwischen gestaffelte Speicherung und ZwischenspeicherungObwohl beide schnelle Mittel nutzen, um den Zugriff zu beschleunigen, arbeiten sie auf ganz unterschiedliche Weise und verfolgen komplementäre Ziele.
La Cache-Speicher Häufig verwendete Daten werden auf ein sehr schnelles Speichermedium (DRAM, SSD, NVRAM) zwischen Anwendung und Hauptspeicher kopiert. Die Originaldaten verbleiben im langsameren Speicherbereich, und der Cache speichert temporäre Kopien, die verworfen werden können, sobald sie als veraltet gelten oder Speicherplatz für neue Blöcke benötigt wird.
El gestaffelte Lagerung Es verschiebt Daten physisch zwischen den Ebenen: Wird ein Datenblock als stark ausgelastet erkannt, wird er in die schnelle Ebene verschoben und verschwindet aus der langsamen Ebene; sinkt die Auslastung wieder ab, wird er schließlich in die Kapazitätsebene verschoben. Es findet keine dauerhafte Duplizierung statt, sondern lediglich eine Verschiebung gemäß Richtlinien und Zugriffsmustern.
In Storage Spaces Direct beispielsweise können der In-Memory-CSV-Cache und der S2D-Cache selbst mit SSD/HDD-Ebenen kombiniert werden, um Folgendes zu erreichen: sehr leistungsstarkes MischsystemDer Cache fängt E/A-Spitzen mit sehr geringer Latenz ab, während Tiering optimiert, wo Daten dauerhaft gespeichert werden, wenn sich ihr Zugriffsmuster ändert.
Wenn Sie diesen Unterschied verstehen, können Sie besser entscheiden, wann es für Sie passt. Investiere in mehr RAM. Persistenter Speicher (PMEM) oder auf SSDs mit besserem Cacheund wann ist der beste Zeitpunkt, die schnelle Ebene des Pools zu erweitern, um mehr aktive Daten aufnehmen zu können, ohne das Budget zu belasten?
Durch die Kombination von Speicherplätzen, Storage Spaces Direct, ausreichend dimensionierten Caches und einem intelligenten, mehrstufigen Speicherdesign können Sie auf Windows Server eine Speicherplattform aufbauen, die Folgendes leistet: extrem hohe Leistung, wo sie benötigt wird, große Kapazität für die Massenarchivierung und vergleichsweise einfache Administration, vorausgesetzt, die Hardwareanforderungen werden eingehalten, bewährte Verfahren werden befolgt und alles wird durch sorgfältige Überwachung und Automatisierung unterstützt.
