Scale-Out Fileserver mit Windows Server 2012 R2

Die SAN-Lösung von Microsoft

Mit Windows Server 2012 R2 hat Microsoft viele bereits vorhandene Technologien und Features verbessert und einige interessante neue Funktionen hinzugefügt. Insbesondere im Storagebereich und bei der Virtualisierung mittels Hyper-V wurde vieles neu entwickelt und optimiert. Viele Anforderungen sind durch neue Lösungsansätze nun realisierbar. Das Herzstück einer modernen Infrastruktur ist der zentrale Datenspeicher, ohne Shared Storage sind beispielsweise Funktionalitäten wie Hochverfügbarkeit oder Live Migration mit Hyper-V nicht realisierbar. Aus diesem Grund hat Microsoft mit Windows 2012 R2 den Shared Storage Bereich in Hinblick auf Skalierbarkeit, Verfügbarkeit und Leistung runderneuert. Zwei Begriffe tauchen in diesem Zusammenhang immer wieder auf, Storage Spaces und Scale-Out Fileserver. Hierbei handelt es sich um zwei grundlegend unterschiedliche Konzepte, die aber auch aufeinander aufbauen können. Im folgenden sollen diese Begriffe erläutert werden.

Quelle: Microsoft

Storage Spaces

Das Konzept das hinter Microsoft Storage Spaces steckt ist trotz der Flexibilität einfach. Als Hardwaregrundlage dienen zertifizierte JBOD-Systeme, deren Festplatten zu einem sogenannten „Storage Pool“ zusammengefasst werden. Aus diesem Storage Pool heraus lassen sich Virtual Disks erzeugen.

Beim Erstellen dieser „Virtual Disks“ wird das Storage Layout gewählt, hier stehen „Simple“ (ohne Datensicherheit), „Mirror“ (2- oder 3-Wege Spiegelung) oder Parity (analog zu einem RAID 5) zur Auswahl. Storage Spaces können auch als Shared Storage für einen Failover-Cluster fungieren. Die Verwaltung der Storage Spaces erfolgt dann über den Failover Cluster Manager. Auf dem Cluster Shared Volume, können dann z.B. Hyper-V VMs gespeichert werden. Storage Spaces können in dieser Form die Basis für einen Scale-Out Fileserver darstellen. Storage Spaces sind also die Antwort von Microsoft auf klassische blockbasierende SAN- und Storageumgebungen zu sehen.

Erläuterungen zum Microsoft Scale-Out Fileserver

Mit dem Scale-Out Fileserver präsentiert Microsoft eine Lösung für einen Fileserver mit horizontaler Skalierung. Horizontal bedeutet in diesem Zusammenhang das Hinzufügen von zusätzlicher Hardware. Dabei soll der Fileserver aber keine klassische Datenablage darstellen, sondern viel mehr einen hochverfügbaren und performanten Speicher für Applikationsdaten, besonders für virtuelle Maschinen unter Microsoft Hyper-V und Microsoft Exchange- oder SQL-Datenbanken. Klassische Dateiablagen können dann beispielsweise innerhalb einer Hyper-V Maschine bereitgestellt werden. Dabei nehmen die Scale-Out Fileserver eine Zwischenposition zwischen dem darunter liegenden Storage und den Host-Servern ein, die später auf den Speicher zugreifen. Im Gegensatz zu klassischen SAN-Lösungen arbeitet ein Scale-Out Fileserver nicht auf Block- sondern auf Fileebene. Die Anbindung zu den Hosts erfolgt nicht über Fibre-Channel(FC) oder das iSCSI Protokoll, sondern über das Protokoll SMB 3.x von Microsoft.
Zu den wesentlichen Neuerungen in der SMB Version 3.0 gehören SMB-Multichannel und SMB Direct. Mit SMB-Multichannel können mehrere Netzwerkverbindungen parallel genutzt werden. Dies sorgt nicht nur für eine bessere Performance, auch die Verfügbarkeit erhöht sich dadurch deutlich. Unabhängige Tests der SNIA mit 40 GBit Infiniband Netzwerkkomponenten haben gezeigt, dass auch mit einem Windows Fileserver Transferraten über 3700 MB/s möglich sind.

Quelle: Microsoft

Mit Hilfe von SMB-Direct und RDMA-fähigen Netzwerkkarten ist es möglich Daten direkt in den RAM des Servers zu übertragen. Dies bringt gleich zwei Vorteile mit sich, erstens die hohe Performance bei direkten Zugriffen auf den RAM und zweitens die reduzierte Prozessorlast.
Anders als beim klassischen Failover-Cluster handelt es sich bei der Scale-Out Fileserver Rolle um einen Active/Active-Cluster. Das bedeutet der Cluster kann gleichzeitig Aufgaben der SMB Clients abarbeiten. Das Gesamtsystem lässt sich somit durch Hinzufügen von weiteren Servern zum Cluster horizontal skalieren. In einen Cluster lassen sich bis zu 8 Server zusammenschließen. Dadurch erhöht sich die Performance und bedingt durch den Aufbau erhält man auch ein automatisches Failover beim Ausfall eines Servers. Mit VSS for SMB File Share und Transparentfailover sowie SMB Persistent ist ein Scale-out-File-Server auch für Backup und Ausfallszenarien gut gerüstet.
Die Basis eines Scale-Out Fileservers bildet der darunter liegende Speicher. Hier können alle Arten von Speichersystemen eingesetzt werden die von Windows im Failover Cluster unterstützt werden. Hierzu zählen SAS, iSCSI, Fibre Channel und natürlich auch SAS JBODs in Kombination mit Storage Spaces.

Microsoft Storage-Spaces zusammengefasst

In SMB Umgebungen können Storage Spaces als Basis für die Installation eines Hyper-V Clusters durchaus eine Alternative zu einem klassischen Hardware RAID darstellen. An einigen Stellen muss Microsoft bei der Bedienung jedoch noch nacharbeiten. Deshalb würde ich einen Einsatz in größeren Umgebungen nicht empfehlen.

Microsoft Scale-Out-Fileserver zusammengefasst

Durch redundante Auslegung aller Komponenten eines Scale-Out Fileservers, vermeidet man einen Single Point of Failure. Die Lösung profitiert dann sowohl von der höheren Performance durch SMB Multichannel, als auch von einer höheren Verfügbarkeit durch die redundant ausgelegte Hardware. Typische Anwendungsszenarien von SOFS sind Hyper-V Server Farmen aber auch MS-SQL Datenbanken. Mit SMB 3.2 (mit R2 eingeführt) wurden Optimierungen für zufällige Lese- Schreibzugriffe mit kleinen Blockgrössen, wie sie für SQL Server OLTP typisch sind im SMB Protokoll integriert.

Autor

Matthias Beller

Solution Architect

Kommentar

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