Планирование томов в кластерах Azure Stack HCI и Windows Server

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

Краткие сведения: что такое тома

Тома находятся там, где помещаются необходимые файлы рабочих нагрузок, например VHD или VHDX-файлы для виртуальных машин Hyper-V. Тома объединяют диски в пуле носителей, чтобы обеспечить отказоустойчивость, масштабируемость и производительность Локальные дисковые пространства, программно-определяемую технологию хранения за Azure Stack HCI и сервером Windows.

Мы используем термин "том" для совместного обращения к тому и виртуальному диску, включая функциональные возможности, предоставляемые другими встроенными Windows функциями, такими как общие тома кластера (CSV) и ReFS. Для успешного планирования и развертывания локальных дисковых пространств понимать эти различия необязательно.

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

Выбор количества томов

Рекомендуем использовать количество томов, кратное количеству серверов в кластере. Например, если у вас есть 4 сервера, вы будете иметь более согласованную производительность с 4 общими томами, чем с 3 или 5. Это позволяет кластеру распределять "принадлежность" тома равномерно между серверами (один сервер выполняет оркестрацию метаданных для каждого тома).

Рекомендуется ограничить общее количество томов до 64 томов на кластер.

Выбор файловой системы

Рекомендуем использовать новую файловую систему Resilient File System (ReFS) для локальных дисковых пространств. ReFS — это основная файловая система для виртуализации, которая обеспечивает множество преимуществ, в том числе существенное ускорение работы и встроенную защиту от повреждения данных. Она поддерживает почти все основные функции NTFS, включая дедупликацию данных в Windows Server версии 1709 и более поздних версий. Дополнительные сведения см. в таблице сравнения функций ReFS.

Если рабочей нагрузке требуется функция, которую еще не поддерживает ReFS, можете использовать NTFS.

В одном кластере могут сосуществовать тома с разными файловыми системами.

Выбор типа устойчивости

Тома в локальных дисковых пространствах обеспечивают отказоустойчивость для защиты от проблем с оборудованием, таких как сбои дисков или серверов, и для обеспечения постоянной доступности в течение всего времени обслуживания сервера, например во время обновления программного обеспечения.

Доступные типы устойчивости не зависят от используемых типов дисков.

С двумя серверами в кластере можно использовать двустороннее зеркальное отображение или использовать вложенную устойчивость.

Двустороннее зеркальное отображение сохраняет две копии всех данных— по одной копии на дисках на каждом сервере. Его эффективность хранения составляет 50 процентов; для записи 1 ТБ данных в пуле носителей требуется не менее 2 ТБ физической емкости хранилища. Двустороннее зеркальное отображение может безопасно допускать один сбой оборудования за раз (один сервер или диск).

Вложенная устойчивость обеспечивает устойчивость данных между серверами с двусторонним зеркальным отображением, а затем добавляет устойчивость на сервере с двусторонним зеркальным отображением или четностью с зеркальным ускорением. Вложение обеспечивает устойчивость данных, даже если один сервер перезапускается или недоступен. Его эффективность хранения составляет 25 процентов с вложенным двусторонним зеркальным отображением и около 35-40 процентов для вложенного зеркального ускорения четности. Вложенная устойчивость может безопасно допускать два сбоя оборудования за раз (два диска или сервер и диск на оставшемся сервере). Из-за этого мы рекомендуем использовать вложенную устойчивость для рабочих развертываний двухсерверных кластеров. Дополнительные сведения см. в разделе " Вложенная устойчивость".

С тремя серверами следует использовать трехстороннее зеркальное отображение, чтобы обеспечить более высокую отказоустойчивость и производительность. В этом случае хранятся три копии всех данных, по одной копии на каждом сервере. Его эффективность хранилища составляет 33,3 процента— для записи 1 ТБ данных требуется не менее 3 ТБ физической емкости хранилища в пуле носителей. Трехсторонняя зеркальное отображение может безопасно допускать по крайней мере две аппаратные проблемы (диск или сервер) одновременно. Если 2 узла становятся недоступными, пул носителей потеряет кворум, так как 2/3 диска недоступны, а виртуальные диски будут недоступны. Однако узел может быть отключен, и один или несколько дисков на другом узле могут завершиться сбоем, и виртуальные диски останутся в сети. Например, в случае перезагрузки одного сервера при внезапном сбое другого диска или сервера все данные остаются в целостности и постоянно доступными.

С четырьмя или более серверами можно выбрать для каждого тома, следует ли использовать трехстороннее зеркальное отображение, двойную четность (часто называемую "стирание кодирования"), или смешивать два с зеркальным ускорением четности.

Двойная четность обеспечивает ту же отказоустойчивость, что и трехстороннее зеркальное отображение, но лучшую экономичность хранения. С четырьмя серверами эффективность хранилища составляет 50,0 процента; для хранения 2 ТБ данных в пуле носителей требуется 4 ТБ физической емкости хранилища. Это повышает эффективность хранилища на 66,7 % с семью серверами и продолжается до 80,0 % эффективности хранилища. Кодирование четности требует большего объема вычислений, что может ограничивать его производительность.

Выбор типа устойчивости зависит от требований рабочей нагрузки. Ниже приведена таблица, в которой перечислены рабочие нагрузки, подходящие для каждого типа устойчивости, а также производительность и эффективность хранения каждого типа устойчивости.

Тип устойчивости Эффективность емкости Speed Рабочие нагрузки Зеркальное отображение Трехсторонняя зеркальная копия: 33%Двустороннее зеркало: 50 % Высокая производительность Виртуализированные рабочие нагрузки Базы данныхДругие высокопроизводительные рабочие нагрузки Четность с зеркальным ускорением Зависит от доли зеркального отображения и четности Гораздо медленнее зеркала, но до двух раз быстрее, чем двойной паритет Лучше всего подходит для больших последовательных операций записи и чтения Архивация и резервное копирование Инфраструктура виртуализированных рабочих столов Двойной четности 4 сервера: 50 %16 серверов: до 80 % Максимальная задержка & ввода-вывода на ЦП при записи Лучше всего подходит для больших последовательных операций записи и чтения Архивация и резервное копирование Инфраструктура виртуализированных рабочих столов

Рабочие нагрузки, у которых жесткие требования к задержке, а также рабочие нагрузки с большим количеством смешанных случайных операций ввода-вывода в секунду, например связанные с базами данных SQL Server или требовательными к производительности виртуальными машинами Hyper-V, необходимо запускать на томах с зеркальным отображением для повышения производительности.

Зеркальное отображение работает быстрее, чем любой другой тип устойчивости. Мы используем зеркальное отображение почти для всех примеров производительности.

Рабочие нагрузки, которые выполняют запись редко, например связанные с хранилищами данных или автономным неструктурированным защищенным хранилищем, необходимо запускать на томах с двойной четностью для повышения экономичности хранения. Для рабочих нагрузок, связанных с традиционными файловыми серверами, инфраструктурой виртуальных рабочих столов (VDI), а также других рабочих нагрузок, которые не создают много плавающих случайных операций ввода-вывода и/или не требуют наилучшей производительности, также можно использовать двойную четность. Четность неизбежно увеличивает загрузку ЦП и задержку ввода-вывода, особенно при записи, если сравнивать ее с зеркальным отображением.

Рабочие нагрузки, которые записывают большие последовательные проходы, такие как целевые объекты архивации или резервного копирования, имеют другой вариант: один том может смешивать зеркальное отображение и двойное равенство. Записанные данные сначала оказываются в зеркально отображаемом разделе, а затем постепенно перемещаются в раздел четности. Это ускоряет прием больших объемов данных и снижает использование ресурсов при этом, так как ресурсоемкое кодирование четности может выполняться в течение более длительного времени. Объем данных, записываемых за раз (например, ежедневная резервная копия) должен свободно помещаться в раздел зеркала. Например, если 100 ГБ принимаются один раз в день, рекомендуем использовать зеркальное отображение для объема 150–200 ГБ и двойную четность для остального объема.

Итоговая экономичность хранения зависит от выбранных пропорций. Примеры см. в этом ролике.

Если вы наблюдаете резкое снижение производительности записи частично с помощью приема данных, это может указывать на то, что зеркальная часть недостаточно велика или что зеркальное ускорение четности не подходит для вашего варианта использования. Например, если производительность записи уменьшается с 400 МБ/с до 40 МБ/с, рассмотрите возможность расширения зеркальной части или переключения на трехсторонние зеркальные.

В развертываниях с дисками двух типов более быстрые диски обеспечивают кэширование, а более медленные — емкость. Это происходит автоматически. Дополнительные сведения см. в статье Общие сведения о кэше в локальных дисковых пространствах. В таких развертываниях все тома в конечном итоге располагаются на дисках одного типа — дисках хранения.

В развертываниях с дисками трех типов только самые быстрые диски (NVMe) обеспечивают кэширование, а другие диски (SSD и HDD) обеспечивают емкость. Вы можете выбрать, где будет располагаться каждый том: полностью на уровне SSD, полностью на уровне HDD или и там, и там.

Рекомендуем использовать уровень SSD для размещения самых требовательных к производительности рабочих нагрузок в системе только с флэш-накопителями.

Выбор размера томов

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

Если вы используете решение резервного копирования, которое зависит от службы теневого копирования томов (VSS) и поставщика программного обеспечения Volsnap ( как это обычно с рабочими нагрузками файлового сервера), ограничение размера тома до 10 ТБ повысит производительность и надежность. Системы резервного копирования, которые используют новые API RCT Hyper-V, клонирование блоков ReFS или нативные API резервного копирования SQL, хорошо работают на томах размером 32 ТБ и более.

Размер тома — это объем данных, которые могут в нем храниться. Он указывается с помощью параметра -Size командлета New-Volume, а затем отображается в свойстве Size при запуске командлета Get-Volume.

Размер отличается от занимаемого места тома — общего объема физической памяти, который он занимает в пуле носителей. Занимаемое место зависит от его типа устойчивости. Например, место, которое занимают тома, использующие трехстороннее зеркальное отображение, в три раза больше их размера.

В пуле носителей должно быть достаточно места для томов.

Нераспределенное пространство в пуле носителей повышает производительность и безопасность данных, так как тома могут восстанавливаться "на месте" после сбоя дисков. Если емкости достаточно, тома могут восстановиться "на месте" до состояния полной устойчивости даже до замены отказавших дисков. Это происходит автоматически.

Рекомендуем зарезервировать эквивалент одного диска хранения на сервер (до 4 дисков). Вы можете зарезервировать больше, но эта минимальная емкость гарантирует немедленное параллельное восстановление "на месте" после сбоя любого диска.

Например, если у вас 2 сервера и диски хранения по 1 ТБ, зарезервируйте 2 ТБ в пуле (2 x 1 = 2). Если у вас 3 сервера и диски хранения по 1 ТБ, зарезервируйте 3 ТБ (3 x 1 = 3). Если у вас 4 или больше серверов и диски хранения по 1 ТБ, зарезервируйте 4 ТБ (4 x 1 = 4).

В кластерах с дисками всех трех типов (NVMe + SSD + HDD) рекомендуем зарезервировать место, равное суммарному размеру одного SSD и одного HDD на сервер (до 4 дисков в каждом случае).

Пример. Планирование емкости

Рассмотрим один кластер с четырьмя серверами. У каждого сервера есть кэш-диски, а также 16 дисков хранения по 2 ТБ.

Из этих 128 ТБ в пуле носителей мы резервируем четыре диска (8 ТБ), чтобы диски после сбоя могли восстанавливаться "на месте" без какой-либо спешки. После этого в пуле остается 120 ТБ физической памяти, с помощью которой можно создать тома.

Предположим, нам нужно разместить в развертывании высокоактивные виртуальные машины Hyper-V, но нам также нужно хранить много старых файлов и резервных копий. Так как у нас четыре сервера, создадим четыре тома.

Поместим виртуальные машины на первые два тома (Volume1 и Volume2). Мы выбираем файловую систему ReFS (для быстрого создания и контрольных точек) и трехстороннее зеркальное отображение для максимальной производительности. Поместим автономное неструктурированное защищенное хранилище на другие два тома (Volume 3 и Volume 4). Мы выбираем файловую систему NTFS (для дедупликации данных) и двойную четность для максимальной емкости.

Необязательно делать все тома одного размера, но для простоты можем сделать все тома по 12 ТБ.

Volume1 и Volume2 занимают 12 ТБ x 33,3 процента эффективности = 36 ТБ физической емкости хранилища.

Том3 и Том4 занимают 12 ТБ x 50,0 % эффективности = 24 ТБ физической емкости хранилища.

Физической памяти, доступной в нашем пуле, как раз достаточно для четырех томов. Идеально!

Необязательно создавать все тома сразу. Вы всегда можете расширить или создать тома позже.

Для простоты в этом примере используются десятичные единицы (с основанием 10), то есть 1 ТБ = 1 000 000 000 000 байтов. Однако размеры хранилищ в Windows отображаются в двоичных единицах (с основанием 2). Например, диски по 2 ТБ будут отображаться в Windows как диски по 1,82 ТиБ. Для пула носителей размером 128 ТБ будет отображаться 116,41 ТиБ. Это ожидаемое поведение.