Software-defined Storage mit Storage Spaces Direct und Storage Tiers

NVMe, SSD und HDD Storage Configurations in Windows Server 2016

| Autor / Redakteur: Thomas Joos / Rainer Graefen

(Bild: Thomas Joos)

Mit Windows Server 2016 geht Microsoft ein großes Stück in Richtung Software Defined Storage. Mit dem Betriebssystem lassen sich nicht nur Datenspeicher effizient zusammenfassen und verwalten, sondern auch komplexe Storage-Szenarien abbilden.

In Windows Server 2016 lassen sich die lokal angebundenen Datenspeicher in einem Cluster zu einem gemeinsamen virtuellen Datenspeicher zusammenfassen. Microsoft bezeichnet diese Technologie als Storage Spaces Direct.

Ein solcher Cluster benötigt keinen gemeinsamen externen Datenspeicher mehr, sondern kann mit seinem eigenen Datenspeicher arbeiten. Administratoren haben die Möglichkeit auf Basis des Storage Spaces Direct einzelne Laufwerke zu erstellen, auf denen die Daten abgelegt werden können. Das erhöht die Flexibilität, Skalierbarkeit und Effizienz des Speichers deutlich.

Sinnvoll ist das vor allem bei Clustern, in denen der gemeinsame Datenspeicher innerhalb der virtuellen Laufwerke des Storage Spaces Direct angelegt werden. Da Windows Server 2016 auch mit NVMe zurechtkommt, lassen sich drei verschiedene Storage Tiers anlegen.

In größeren Umgebungen müssen die verschiedenen Storage Spaces Direct mit ihren NVMe-Speicher, SSD und HDD nicht lokal konfiguriert werden, sondern lassen sich auch mit System Center Virtual Machine Manager verwalten.

Der Speicher wird dadurch beschleunigt, da der Server die schnellen NVMe-SSD als Cache nutzt, die SSD und HDD als Kapazitäts-Speicher.

Storage Tiers in Windows Server 2016 beschleunigen den Datenzugriff

Microsoft geht in diesem Bereich des Software Definied Storages aber noch weiter, und bietet auch erweiterte Konfigurationen für Storage Tiers an. Über solche Storage Tiers können Administratoren verschiedene Speichertechnologien in einem Storage Space Direct mischen.

Das können zum Beispiel SSD und HDD sein, aber auch NVMe-SSD. Windows Server 2016 fasst diese zu einem gemeinsamen Speicher zusammen. Der Server kennt aber die physischen Speicherbereiche der SSD und HDD.

Das erlaubt Administratoren das Festlegen von Regeln für das bessere Speichern von Daten. Häufiger verwendete Daten speichert Windows Server 2016 dann auf den SSD, während weniger häufig verwendete Dateien auf den HDD archiviert werden.

Häufiger verwendete Daten speichert Windows Server 2016 dann auf den SSD, während weniger häufig verwendete Dateien auf HDDs archiviert werden.
Häufiger verwendete Daten speichert Windows Server 2016 dann auf den SSD, während weniger häufig verwendete Dateien auf HDDs archiviert werden. (Bild: Thomas Joos)

Windows Server 2016 beherrscht Storage Tiers

Zwar beherrscht auch bereits Windows Server 2012 R2 die Storage Tiers auf Basis von SSD und HDD, allerdings nur für lokale Festplatten des eigenen Servers, nicht Netzwerk übergreifend in einem Cluster, zusammen mit NVMe-SSD.

Hier bietet Windows Server 2016 durch die Storage Spaces Direct echten Mehrwert. Neben SSD und HDD unterstützt Windows Server 2016 auch NVMe-Speicher, der sich in einem eigenen Tier definieren lässt.

Bei NVMe handelt es sich um eine spezielle Schnittstelle für PCIe-SSD, die deutlich mehr Leistung bietet, und im Speicherpool als Cache zur Verfügung steht. Dadurch wird die Leistung des kompletten Pools deutlich vergrößert.

NVMe, SSD und HDD mit Windows Server 2016 bündeln

Storage Spaces Direct arbeiten zusätzlich noch mit NVMe-SSD. In einer normalen Konfiguration mit SSD und HDD nutzen Storage Spaces Direct die SSD automatisch als Cache, die HDD als Datenspeicher, um die Kapazität des Speichers zu erhöhen.

Es werden also automatisch zwei Storage Tiers erstellt, um den Datenspeicher so effizient wie möglich zu gestalten. Legen Administratoren auf Servern mit Windows Server 2016 einen Storage Space Direct an, erkennt das Betriebssystem automatisch ob SSD, HDD und NVMe-SSD eingebaut sind und legt die entsprechenden Storage Tiers automatisch an.

Verfügt ein Server zusätzlich noch über NVMe-SSD, dann werden diese als Cache genutzt. Häufig verwendete Dateien speichert Windows Server 2016 auf den SSD, während auch hier wieder die HDD für die Erhöhung der Kapazität verwendet werden. In diesem Fall werden auch hier nur zwei Storage Tiers erstellt.

Ein Tier dient als Cache und enthält die NVMe-SSD, während das zweite Tier die SSD/HDD zur Datenspeicherung nutzt. Windows Server 2016 erkennt den Datenträgertyp und weiß dadurch welche Datenspeicher in einem Tier schneller als andere sind.

Insgesamt unterstützt Windows Server 2016 folgende Kombinationen:

  • SATA SSD + SATA HDD
  • NVMe SSD + SATA HDD
  • NVMe SSD + SATA SSD (all-flash)
  • NVMe SSD + SATA SSD + SATA HDD (3 Storage Tiers)

Darauf muss bei der Einrichtung geachtet werden

Nicht immer erkennt Windows Server 2016 den MediaType einer Festplatte. Nur wenn der Server diesen Typ erkennt, kann er die Tiers optimal anlegen. Um sich generell Informationen zu den physischen Festplatten anzeigen zu lassen, wird die PowerShell verwendet.

Der folgende Befehl zeigt zum Beispiel alle Festplatten des Servers nach Typ an:

Get-StorageSubSystem Clu* | Get-PhysicalDisk | Group-Object BusType | FT Count, Name Count Name

Wenn Administratoren SSD oder NVMe im Pool integrieren, müssen sie darauf achten, dass diese auch als SSD, beziehungsweise als NVMe-SSD erkannt werden. Das ist auch im Assistenten zum Erstellen von Pools bei Medientyp zu sehen, wenn zur Erstellung der Server-Manager verwendet wird. Zeigt der Assistent hier Unbekannt an, oder einen anderen fehlerhafter Wert, lassen sich die neuen Funktionen in Windows Server 2016 nicht verwenden. Administratoren sollten daher vor der Erstellung des Speicherpools im Storage Space Direct zunächst den Medientyp der Festplatten überprüfen.

Dabei kann auch folgender Befehl verwendet werden:

Get-PhysicalDisk | fl FriendlyName, MediaType

Hier ist zu sehen, für welche Festplatte der Medientyp SSD festgelegt ist. Genauso funktioniert das in Windows Server 2012 R2, mit dem Unterschied, dass sich hier nur herkömmliche SSD verwenden lassen, die lokal angeschlossen sind. Ein serverübergreifender Zugriff ist hier nicht möglich.

In der PowerShell können sich Administratoren den Medientyp von Festplatten anzeigen lassen. SSD müssen auch als SSD angezeigt werden, ansonsten lassen sich die neuen Funktionen für Speicherpools in Windows Server 2016 nicht nutzen. Auch Storage Tiers lassen sich in der PowerShell verwalten.

Um zum Beispiel die Storage Tiers anzuzeigen, die Windows Server 2016 anlegt, wenn SSD, HDD und NVMe-SSD gemeinsam im Server verbaut sind, wird zum Beispiel folgender Befehl genutzt:

Get-StorageTier | FT FriendlyName, ResiliencySettingName, MediaType, PhysicalDiskRedundancy -autosize FriendlyName ResiliencySettingName MediaType PhysicalDiskRedundancy

Auf Basis dieser Storage Tiers und der Speicherpools im Storage Space Direct legen Administratoren Volumes an, auf denen schließlich die Daten gespeichert werden. Diese Volumes lassen sich auch optimiert für I/O konfigurieren.

Es besteht aber auch die Möglichkeit Volumes anzulegen, deren Daten hauptsächlich auf den im Vergleich langsameren SSD/HDD abgelegt sind.

Um in einem Cluster Storage Spaces Direct zu aktivieren, wird in der PowerShell folgender Befehl verwendet:

Enable-ClusterS2D

Fazit

Die Virtualisierung von Storage und Software Definied Storage spielen in Netzwerken eine immer wichtigere Rolle. In Windows Server 2016 integriert Microsoft vollkommen kostenlos erweiterte Funktionen, mit denen sich Datenspeicher in einem Cluster zusammenfassen lassen.

Das ermöglicht zahlreiche Funktionen, wie das Erstellen eines Scale Out File Servers (SOFS). Durch die automatische Konfiguration der Storage Tiers, auch auf Basis von NVMe, SSD und HDD ist die Einrichtung nicht sehr kompliziert.

Ohne zusätzliche Investitionen tätigen zu müssen, profitieren Unternehmen von den Möglichkeiten in Windows Server 2016 und erreichen wesentlich effizientere Datenspeicher.

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