Windows Server 2016 Storage Spaces Direct (S2D)

Transkript

1 Windows Server 2016 Storage Spaces Direct (S2D) Manfred Helber

2 Agenda Storage Spaces Direct (S2D) als Feature in Windows Server Datacenter S2D Auswahl geeigneter Systeme und Sizing von Lösungen für S2D Lösungen für S2D aus dem Hause Thomas-Krenn

3 Hyper-V Cluster (auch in Windows Server 2016 Standard) Server 1 Server 2 Hyper-V Cluster Spiegelung über Storage Storage 1 Storage 2

4 Storage Spaces Direct (S2D) als Feature in Windows Server 2016 Datacenter

5 Industrie standard Server mit internen Laufwerken

6 Kein shared Storage, keine speziellen Kabel nur Ethernet

7

8 Zunächst wird aus den Servern ein Cluster gebildet

9

10 Anschließend wird ein Software-defined Storage Pool erstellt

11

12 Anschließend können die Volumes erstellt werden

13 Natürlich sind auch mehrere Volumes möglich

14 Hyper-Converged

15 Flexible Skalierungsoptionen Von 2 bis 16 Servern Bis zu 400 Laufwerke Über 3 PB RAW Storage pro Cluster Server können für Scale-Out hinzugefügt werden Laufwerke können für Scale-Up hinzugefügt werden Der Pool nimmt neue Laufwerke automatisch auf Industrie Standard Server Keine speziellen Kabel Nur Ethernet (min 2x 10 Gbit) In Windows Server 2016 Datacenter Edition ohne Zusatzkosten enthalten

16 Flexible Skalierungsoptionen Von 2 bis 16 Servern Bis zu 400 Laufwerke Über 3 PB RAW Storage pro Cluster Server können für Scale-Out hinzugefügt werden Laufwerke können für Scale-Up hinzugefügt werden Der Pool nimmt neue Laufwerke automatisch auf Industrie Standard Server Keine speziellen Kabel Nur Ethernet (min 2x 10 Gbit) In Windows Server 2016 Datacenter Edition ohne Zusatzkosten enthalten

17 Neue Möglichkeiten mit WS 2016 Datacenter und S2D

18 S2D Auswahl geeigneter Systeme und Sizing von Lösungen für S2D

19 Auswahl von Laufwerken für S2D Aktuell werden von S2D drei unterschiedliche Laufwerkstypen unterstützt NVMe (Non-Volatile Memory Express) Weiterentwicklung der Solid-State Drives welche direct an den PCIe Bus angeschlossen werden. Typische Formfaktoren sind 2.5, U.2, PCIe Add-In-Card (AIC) und M.2. NVMe Laufwerke bieten mehr IOPS und IO Durchsatz mit geringerer Latenz als die anderen beiden für S2D unterstützten Laufwerkstypen SSD (Solid-State Drives) werden über konventionelle SATA oder SAS Schnittstelle angeschlossen HDD (Hard Drive Disk) magnetische, rotierende Speichermedien welche für große Speicherkapazitäten optimiert sind

20 All Flash Konfigurationen für maximale Performance 1. Nur NVMe. Bietet unerreichte Performance bei gleichzeitig enorm geringer Latenz. Wenn alle Laufwerke identisch sind wird kein Cache konfiguriert. Wenn unterschiedliche NVMe Typen/Geschwindigkeiten gemischt werden können die schnelleren als Cache für die langsameren Laufwerke konfiguriert werden. Erfordert manuelles Setup. 2. NVMe + SSD. Bei Verwendung von NVMe und SSD werden die NVMe Laufwerke automatisch für das Caching von Schreibvorgängen für die SSDs genutzt. Dies erlaubt es Schreibvorgänge über den Cache abzuwickeln welche nur bei Bedarf auf die SSD Ebene verlagert werden. Dies bietet NVMe-ähnliches Schreibverhalten Lesevorgänge werden direkt von den SSDs bedient. 3. Nur SSD. Wenn alle Laufwerke identisch sind wird kein Cache konfiguriert. Wenn unterschiedliche SSD Typen/Geschwindigkeiten gemischt werden können die schnelleren als Cache für die langsameren Laufwerke konfiguriert werden. Erfordert manuelles Setup.

21 Ausgeglichene Lösung Performance und Kapazität 1. NVMe + HDD. Die NVMe Laufwerke beschleunigen Lese- und Schreibvorgänge, da beides gecached wird. Die Daten werden bei Bedarf auf die HDDs verlagert dabei werden die Daten für die Harddisks entsprechend optimiert um IOPS und IO Durchsatz für die HDDs zu optimieren. Dies bietet NVMe-ähnliche Schreib-Leistung für alle Daten und für häufig abgerufene Daten zusätzlich NVMe-ähnliche Leseleistung. 2. SSD + HDD. Vergleichbar zu vorherigem Beispiel. Die SSDs werden für das Caching genutzt. 3. NVMe + SSD + HDD. Bein Einsatz aller drei Laufwerkstypen bilden die NVMe Disks den Cache für die SSDs und für die HDDs. Der Vorteil dieser Konfiguration liegt darin, dass Volumes mit den SSDs (All Flash) und Volumes mit den HDDs (hybrid) im gleichen Cluster gebildet werden können.

22 Write-only Caching bei All Flash Deployments Write-only Caching bei All-Flash Deployments Wenn das Caching bei All Flash Deployments aktiviert ist werden nur Schreibvorgänge gecached. Dies reduziert die Last auf den Kapazitäts- Laufwerken, da viele Schreibvorgänge im Cache zusammengeführt und bei Bedarf auf die Kapazitäts-Ebene ausgelagert werden. Gleichzeitig verlängert sich durch dieses Verhalten die Lebenserwartung der Kapazitäts-Laufwerke. Deshalb wird empfohlen für den Cache Write-optimized Laufwerke zu nutzen welche auch bei intensiven Schreibvorgängen entsprechende Lebensdauer bieten. Da Lese-Vorgänge kaum Auswirkungen auf die Lebensdauer von Flash Laufwerken haben werden diese bei All Flash Deployments nicht gecached sondern direkt von der Kapazitätsebene bedient. Nur wenn neu geschriebene Daten noch nicht auf die Kapazitäts-Laufwerke ausgelagert wurden werden diese beim Lesen direkt von den Cache Laufwerken geliefert.

23 Read/Write Caching bei hybriden Deployments Read/Write Caching bei hybriden Deployments Schreib- und Lesevorgänge werden gecached somit ergibt sich Flash ähnliches Verhalten für das Storage. Der Lese-Cache speichert aktuelle und häufig verwendete Daten für schnellen Zugriff und um den random Traffic auf den HDDs zu minimieren. Schreibvorgänge werden gecached um Lastspitzen abzufangen und einen optimierten Datenstrom auf die Kapazitätslaufwerke zu übertragen. Storage Spaces Direct nutzen einen Algorithmus welcher Schreibvorgänge vor dem Übertragen auf die Kapazitäts-Ebene so optimiert, dass sich dieser ähnlich einem sequentiellen Workload verhält, auch wenn der tatsächliche Workload random ist (wie z.b. bei VM Workloads). Dies maximiert die IOPS und den Durchsatz der HDDs.

24 Caching bei Einsatz von NVMe + SSD + HDD Bein Einsatz aller drei Laufwerkstypen bilden die NVMe Disks den Cache für die SSDs und für die HDDs. Der Vorteil dieser Konfiguration liegt darin, dass Volumes mit den SSDs (All Flash) und Volumes mit den HDDs (hybrid) im gleichen Cluster gebildet werden können.

25 Caching mögliche Konfigurationen im Überblick Deployment Cache Laufwerke Laufwerke für Kapazität Cache Verhalten (Default) Nur NVMe Nur SSD keine (Optional: manuell konfiguriert) keine (Optional: manuell konfiguriert) NVMe SSD Write-only (wenn konfiguriert) Write-only (wenn konfiguriert) NVMe + SSD NVMe SSD Write-only NVMe + HDD NVMe HDD Read + Write SSD + HDD SSD HDD Read + Write NVMe + SSD + HDD NVMe SSD + HDD Read + Write für HDD, Write-only für SSD

26 Serverseitige Architektur Der Cache wird auf Laufwerksebene implementiert: Einzelne Cache Laufwerke werden mit einem oder mehreren Kapazitäts-Laufwerken auf dem gleichen Server verlinkt. Da die Redundanz bei S2D immer mindestens auf Server-Ebene gebildet wird (bedeutet, dass die Daten immer gleichzeitig auf mehrerer Server geschrieben werden) profitieren Daten im Cache von der gleichen Redundanz wie die Daten auf der Kapazitäts-Ebene. Wenn z.b. ein 3-Wege-Spiegel genutzt wird werden immer drei Kopien der Daten auf verschiedene Server geschrieben wo Sie zunächst im Cache abgelegt werden. Unabhängig ob die Daten auf die Kapazitäts-Ebene ausgelagert werden oder nicht es existieren bei dieser Konfiguration immer 3 Kopien.

27 Cache Drives werden dynamisch angepasst Das Verhältnis zwischen Cache-Laufwerken und Kapazitäts-Laufwerken kann zwischen 1:1 und 1:12 liegen teilweise auch darüber hinaus. Die Bindung der Laufwerke wird automatisch aktualisiert wenn Laufwerke hinzugefügt oder entfernt werden. Jeder S2D Knoten benötigt mindestens zwei Cache Laufwerke. Es wird empfohlen die Anzahl der Kapazitäts-Laufwerke als ein Vielfaches der Anzahl der Cache-Laufwerke zu wählen. Bei z.b. 4 Cache Laufwerken wäre die Empfehlung 8 Kapazitäts- Laufwerke zu nutzen (1:2) dies ergibt eine bessere Performance als mit 7 oder 9 Kapazitätslaufwerken.

28 Auswahl des Redundanz Levels mit zwei Servern Die einzige Option für S2D Cluster mit zwei Servern ist die 2-Wege-Spiegelung Diese Konfiguration hält zwei Kopien aller Daten über zwei Server verteilt Die Storage-Effizienz liegt bei 50% - um 1 TB an Daten zu schreiben werden mindestens 2 TB physische Speicherkapazität im Storage Pool benötigt Die 2-Wege-Spiegelung kann zeitgleich einen Hardwarefehler tolerieren (Ausfall eines Servers oder eines Datenträgers im S2D Pool)

29 Wie werden die Daten bei der 2-Wege-Spiegelung genau verteilt? In der Animation wird ein Volume mit 1 TB Größe gezeigt Das Volume wird in Slabs (Scheiben) zu je 256 MB Größe zerlegt In dem Beispiel mit dem 1 TB Volume ergibt dies in etwa 4000 dieser Scheiben

30 Wie werden die Daten bei der 2-Wege-Spiegelung genau verteilt? Beispiel mit drei Servern und 2-Wege-Spiegelung Für jeden Slab werden zwei Kopien erstellt Diese Slabs werden gleichmäßig auf die Server verteilt

31 Wie erfolgt das Rebalancing bei Hinzufügen von Disks oder Servern? Das animierte Szenario startet mit drei Servern und 2-Wege-Spiegelung Es wird ein weiterer S2D Clusterknoten hinzugefügt (Add-ClusterNode -Name <Name>) Die zusätzlichen Laufwerke werden automatisch zum S2D Pool hinzugefügt Das Rebalancing startet automatisch nach 30 Minuten der Status kann über Get-StorageJob abgefragt werden Alternativ kann das Rebalancing über Optimize-StoragePool -FriendlyName "S2D* gestartet werden

32 Auswahl des Redundanz Levels mit zwei Servern Die einzige Option für S2D Cluster mit zwei Servern ist die 2-Wege-Spiegelung Diese Konfiguration hält zwei Kopien aller Daten über zwei Server verteilt Die Storage-Effizienz liegt bei 50% - um 1 TB an Daten zu schreiben werden mindestens 2 TB physische Speicherkapazität im Storage Pool benötigt Die 2-Wege-Spiegelung kann zeitgleich einen Hardwarefehler tolerieren (Ausfall eines Servers oder eines Datenträgers im S2D Pool)

33 Auswahl des Redundanz Levels mit drei Servern Bei Einsatz von drei Servern wird die 3-Wege-Spiegelung für gesteigerte Fehlertoleranz und Performance empfohlen Die 3-Wege-Spiegelung hält drei Kopien aller Daten eine Kopie auf jedem Server Die Storage Effizienz der 3-Wege-Spiegelung liegt bei 33,3 % - um 1 TB an Daten zu schreiben werden mindestens 3 TB physische Speicherkapazität im Storage Pool benötigt Die 3-Wege-Spiegelung ermöglicht es zeitgleich zwei Hardwarefehler zu tolerieren (es können zeitgleich bis zu zwei Server oder Laufwerke in unterschiedlichen Server ausfallen) Beispiel: ein Server wird zu Wartungszwecken neu gestartet zeitgleich tritt auf einem weiteren Server ein Hardwarefehler auf (Ausfall einer Disk oder vollständiger Serverausfall) ist die 3-Wege-Spiegelung konfiguriert bleiben auch in diesem Fall alle Daten durchgängig zugreifbar und erhalten

34 Auswahl des Redundanz Levels mit mindestens vier Servern Bei Einsatz von vier oder mehr Servern kann für jedes Volume zwischen der 3-Wege-Spiegelung, Dual Parity (auch als Erasure Coding bezeichnet) oder einem Mix aus beiden Optionen gewählt werden Dual Parity bietet die gleiche Fehlertoleranz wie die 3-Wege-Spiegelung allerdings mit besserer Storage Effizienz Bei vier Servern liegt die Storage Effizienz bei 50 % - um 2 TB an Daten zu speichern werden 4 TB physische Kapazität im S2D Pool benötigt Bei Einsatz von sieben Servern ist so eine Storage Effizienz von 66,7 % möglich die maximal mögliche Storage Effizienz liegt bei 80 % Zu beachten ist, dass die Berechnung der Parity mehr Rechenleistung benötigt

35 Festlegen der Größe von Volumes Einsatz von Backup Software Bei Einsatz einer Backup Lösung welche Volume Shadow Copy Service (VSS) nutzt wird empfohlen die Größe von Volumes auf 10 TB zu begrenzen um die Performance zu optimieren Backup Lösungen welche die neuere Hyper-V RCT API und/oder ReFS Block Cloning und/oder die nativen SQL Server Backup APIs bietet auch bei Volumes mit bis zu 32 TB und darüber hinaus gute Performance Footprint Die Größe des Volumes gibt die Kapazität an welche das Volume bietet um Daten zu speichern Der Footprint beschreibt die benötigte Größe um diese Datenmenge unter der gewählten Redundanz-Option im S2D Pool zu speichern Bei der 3-Wege-Spiegelung belegt der Footprint das 3-Fache der Volumegröße Der Footprint der Volumes muss vollständig in den S2D Pool passen

36 Festlegen der Größe von Volumes Reserve Durch Reserve Kapazitäten im S2D Pool besteht die Möglichkeit einer automatischen Reparatur nach Laufwerksfehlern Voraussetzung ist ausreichend viel freier Speicherplatz um den Laufwerksfehler kompensieren zu können Empfehlung ist es je Server mindestens den Speicherplatz eines Kapazitätslaufwerkes als Reserve zu planen - je nach Anforderung entsprechend mehr Es geht nicht um Laufwerke sondern um Kapazitäten denken Sie an die Slabs Befinden sich in einem Cluster alle drei Laufwerkstypen (NVMe + SSD + HDD) wird empfohlen mindestens die Kapazität einer SSD und einer HDD als Reserve zu planen

37

38 Auswahl von Komponenten für S2D (Windows Server SDDC Standard/Premium) + Viel Erfahrung!

39 Lösungen für S2D aus dem Hause Thomas-Krenn

40 Lösungen für S2D aus dem Hause Thomas-Krenn 2HE System auf Supermicro-Basis mit 12 3,5 Einschüben (auch 2,5 möglich) RI2212 Scaleable Supermicro Mainboard X11DPH-T mit 7 PCIe-Slots (für HBA, Netzwerkkarten und NVMe-Disks) & 10Gbit RJ45 onboard bis zu 768 GB RAM & 2x Intel Scaleable-CPUs (Purley) Intel Xeon Gold 6er-Serie CPUs frei wählbar Avago/LSI i HBA 2x 150GB Boot-SSDs NVMe, SSDs und HDDs frei wählbar, wird je nach Kundenwunsch individuell geplant und konfiguriert Mellanox ConnectX-4 40 Gbit Dualport QSFP28 Netzwerkkarte

41 Weitere Informationen

42 Willkommen im Club! News, Events, Schulungsvideos und Support News-Channel Support-Channel Sven Langenfeld Manfred Helber Dominique Côté Microsoft seit 2012 Initiator des Club Lizenz/Strategie Experte Gastgeber/Coordinator Trainer/Consultant Mitgründer des Clubs Technik-Experte mit Sales-Hintergrund Trainer/Consultant Club-Trainer seit 2017 Sales-Experte mit Technik-Hintergrund Zuhause auf

43 Vielen Dank!