Software-Defined Storage im Microsoft-Netzwerk Storage Spaces Direct in Windows Server 2019 nutzen

Mit Storage Spaces Direct können Unternehmen den lokalen Datenspeicher von Servern in einem Cluster zusammenfassen und zu einem virtuellen Pool integrieren. Das ermöglicht eine effektive Nutzung des Speichers. Wir zeigen die Möglichkeiten in Windows Server 2019.

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Storage Spaces Direct ermöglichen das Zusammenfassen physischer Festplatten zu einem gemeinsamen Pool im Cluster. Storage Spaces Direct benötigen in Windows Server 2016 einen Cluster mit mindestens drei Hosts. Unter vier Hosts unterstützt die Technik nur die Spiegelung der Daten zur Absicherung (mirrored resiliency). Sollen auch paritiätsbasierte Datenträger (parity-based resiliency) erstellt werden, sind mindestens vier oder mehr Hosts notwendig.

Einfachere Bereitstellung von Storage Spaces Direct

In Windows Server 2019 sind auch Cluster mit zwei Knoten möglich. Storage Spaces Direct sind standardmäßig vor dem Ausfall eines Hosts geschützt. Die Technik kann den Ausfall eines ganzen Racks mit Servern verkraften, die Bestandteil eines Storage Spaces Direct sind. Das hängt natürlich von der Konfiguration ab sowie der Anzahl der Server, die Bestandteil des Clusters sind. Um Storage Spaces Direct zu nutzen, muss Windows Server 2019 Datacenter eingesetzt werden.

In Windows Server 2019 lassen sich in den Storage Spaces drei Storage-Tiers nutzen: NVMe, SSD und HDD. NVMe-Speicher wird zum Zwischenspeichern der Daten verwendet, während die SSD und HDD zur Datenspeicherung dienen. Administratoren können aber auch verschiedene Kombinationen dieser drei Datenträgertypen erstellen, und entsprechende Storage-Tiers definieren.

Wenn im Speicherpool SSD- oder NVMe-Platten integriert sind, kann beim Erstellen von virtuellen Datenträgern die Option „Speicherebenen auf diesem virtuellen Datenträger erstellen“ aktiviert werden. Diese Option ist verfügbar, wenn im Speicherpool verschiedene Datenträgertechnologien zum Einsatz kommen, also SSD/NVMe und HDD.

Storage Spaces Direct in der Praxis

Grundlage von S2D ist ein Cluster, in dem die Knoten über verschiedene physische Datenträger verfügen. Dabei kann es sich auch um verschiedene Datenträgersysteme handeln. Die Kommunikation zwischen den Datenträgern erfolgt mit dem SMB-Protokoll, inklusive SMB-Multichannel und SMB-Direct. Die Verbindung erfolgt über den Software Storage Bus in Windows Server 2019. Auf diesen setzen die Storage Pools auf. Diese fassen die physischen Festplatten der einzelnen Clusterknoten zu einem oder mehreren Speichern zusammen.

Die nächste Schicht sind Storage Spaces. Diese stellen virtuelle Festplatten dar, die auf die Storage Pools aufbauen, die wiederum auf die physischen Festplatten der Clusterknoten aufbauen. Das Cluster Shared Volume (C:\ClusterStorage) ist dabei ebenfalls mit dem S2D verbunden. Die Daten in diesem Verzeichnis der Clusterknoten werden im Storage Space Direct abgelegt.

Auf allen Servern, die Mitglied des Clusters für Storage Spaces Direct werden sollen, muss die Serverrolle Dateiserver und die Clusterfeatures installiert sein. Am einfachsten geht das in der PowerShell mit dem Befehl: „Install-WindowsFeature -Name File-Services, Failover-Clustering -IncludeManagementTools“.

Wird in einem Clusterknoten in der PowerShell der Befehl „Get-Physicaldisk" eingegeben, zeigt die PowerShell die Festplatten aller Clusterknoten an, sowie die Information, dass diese poolfähig sind. Allerdings funktioniert das erst dann, wenn die Storage Spaces Direct-Funktion im Cluster aktiviert ist.

Die Festplatten dürfen dazu über keine eigenen Partitionen verfügen. Im Rahmen des Konfigurationsüberprüfungs-Assistenten im Failovercluster-Manager gibt es einen eigenen Test, der sicherstellt, ob im Cluster Storage Spaces Direct eingesetzt werden können. Dieser sollte vor der Einrichtung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass alles korrekt konfiguriert werden kann.

Im Rahmen der Einrichtung können die Clusterknoten in der PowerShell auf Cluster-Tauglichkeit und Unterstützung für Storage Spaces Direct getestet werden. Der Befehl dazu lautet:

Test-Cluster -Node <Knoten1,Knoten2,Knoten3,Knoten4> -Include „Storage Spaces Direct“,Inventory,Network,„System Configuration“.

Speicherpool erstellen

Sobald der Cluster aufgebaut ist, lässt sich die Funktion in der PowerShell mit „Enable-ClusterStorageSpacesDirect“ aktivieren.

Bei der Verwendung des CMDlets Enable-ClusterStorageSpacesDirect erstellt die PowerShell automatisch eine automatisierte Konfiguration, die auf der Hardware aufbaut, die im Storage Space Direct zusammengefasst ist.

Das CMDlet erstellt dazu zum Beispiel den Storage-Pool sowie die passenden Storage-Tiers, wenn im System SSDs und herkömmliche HDDs integriert sind. In einer solchen Konfiguration wird der NVMe-Teil zum Zwischenspeichern genutzt, während SSDs und HDDs für das Speichern von Daten zur Verfügung stehen.

Der Cluster hat zunächst keinen gemeinsamen Datenspeicher. Sobald der Cluster erstellt und Storage Spaces Direct aktiviert ist, wird zunächst der Storage Pool erstellt, im Anschluss die Storage Spaces. Anschließend werden auf Basis des erstellten Storage Pools virtuelle Festplatten, auch Storage Spaces genannt, erzeugt. Die Verwaltung der zugrundeliegenden Speicherstruktur wird durch den Cluster vorgenommen. Dateiserver oder Hyper-V-Hosts müssen also nicht wissen, auf welchen physischen Datenträgern die Daten tatsächlich gespeichert sind.

Ausfallsicherheit bei Storage Spaces Direct

Storage Spaces Direct sind vor dem Ausfall eines Hosts geschützt. Bei entsprechender Anzahl Clusterknoten können auch mehrere Clusterknoten ausfallen, ohne dass der S2D in Mitleidenschaft gezogen wird. Auch komplette Gehäuse, Racks oder sogar ganze Rechenzentren können ausfallen. In Windows Server 2019 kann auch in einem 2-Node-Cluster ein ganzer Knoten ausfallen, ohne dass Daten im Speicherpool verloren gehen. Standardmäßig wird beim Erstellen eines Storage Pools bereits mit Hochverfügbarkeit gearbeitet. Informationen zur Ausfallsicherheit können in der PowerShell angezeigt werden:

„Get-StoragePool -FriendlyName <PoolName> | FL FriendlyName, Size, FaultDomainAwarenessDefault“

Überprüfen der Hochverfügbarkeit von Speicherpools in Storage Spaces Direct

Virtuelle Festplatten, also die Storage Spaces im Speicherpool der Storage Spaces Direct-Umgebung, erben die Hochverfügbarkeit vom Storage-Pool aus dem sie erstellt werden. Der Wert von Storage Spaces bezüglich der Hochverfügbarkeit kann ebenfalls in der PowerShell angezeigt werden:

„Get-VirtualDisk -FriendlyName <VirtualDiskName>| FL FriendlyName, Size, FaultDomainAwareness, ResiliencySettingName“.

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