Windows Server 2016: Software-defined Storage inklusive

Windows Server 2016 kommt im Herbst. Anhand der Technical Preview 5 haben wir einen Blick auf Neuerungen wie die Storage Spaces Direct (S2D) geworfen.

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Profi-Tipps zu Windows Server 2016

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Microsoft hat sich nach langem Zögern Mitte Juli 2016 endlich dazu durchgerungen, bekanntzugeben, wann die nächste Version des Windows Servers mit dem Namen Windows Server 2016 auf den Markt kommen soll. Er soll auf der hauseigenen Veranstaltung Ignite, die vom 26. bis zum 30. September in den USA in Atlanta stattfindet, endgültig den IT-Profis vorgestellt werden.

Drei Versionen – Datacenter, Standard und Essentials – werden von diesem Zeitpunkt an mit einer ganzen Reihe von Neuerung und Verbesserungen zur Verfügung stehen. Zu den Erweiterungen im Storage-Bereich gehört dabei unter anderem eine Technik, die von Microsoft als „Storage Spaces Direct“ (S2D) bezeichnet wird.

Diese Technik ermöglicht es den Administratoren grundsätzlich, hochverfügbare und skalierbare Storage-Systeme mit Hilfe von lokalem Speicherplatz der Windows-Server aufzubauen.

Wie es begann: Scale-Out File Server

Mit dem Windows Server 2012 und dem Windows Server 2012 R2 hat Microsoft bereits eine neue Form von Software-definied Storage in seine Serversysteme integriert. Diese Technik bekam den Namen Scale-Out File Server (SoFS). Sie kommt in Zusammenarbeit mit Hyper-V oder SQL-Server zum Einsatz und stellt eine zusätzliche Speicherschicht (Storage Tier) dar, die von der verarbeitenden Schicht (Compute Tier) –  also zumeist Hyper-V – getrennt ist.

Es handelt sich hier aber nicht um einen File-Server im klassischen Sinn. Die Verbindung zwischen SoFS und Hyper-V wird mittels SMB 3.0 mit Multichannel (hier kommen Standard-NICs zum Einsatz) und SMB-Direct (Remote Direct Memory Access, RDMA) aufgebaut. Ein solches System arbeitet File-orientiert und ist nicht blockbasiert.

Beim Einsatz eines SoFS werden Hard Disk Drives (HDDs) zusammen mit Solid State Disks (SSDs) verwendet, wobei das System die Daten, auf die häufig zugegriffen wird, automatisch auf die schnelleren SSDs verlagert.

Mit SoFS konnten Administratoren bei richtiger Implementierung kleine und vor allen Dingen auch kostengünstige Cluster-Speicherlösungen sowie beispielsweise auch große Mengen von Storage für Hyper-V beim Einsatz in öffentlichen oder privaten Cloud-Installationen bereitstellen. Zu den oft genannten Einschränkungen/Nachteilen dieses Konzepts wurden neben der Beschränkung auf SAS-gestützte Festplatten (Serial Attached SCSI) und SSDs auch immer wieder Komplexität und Kosten der SAS-Schicht sowie Qualitätsunterschiede bei den Herstellern von JBOD-Festplatten genannt.

Nun alles zusammen: Storage Spaces Direct (S2D)

Möchte man den Vergleich ziehen, so hat Microsoft mit dem Scale-Out File Server eine konvergente Speicherlösung für den Windows Server 2012/2012 R2 zur Verfügung gestellt.

Folgerichtig sind die Entwickler in Redmond mit dem Windows Server 2016 einen Schritt weitergegangen und bieten mit S2D erstmals den hyperkonvergenten Ansatz beim Storage: Compute-Schicht (Hyper-V) und Storage stehen nun auf einer Hardware zusammen bereit. Allerdings können die beiden Schichten getrennt skalieren, was sich in der Praxis durchaus als vorteilhaft erweisen kann.

Der grundsätzliche Aufbau eines Scale-Out File Servers, wie er mit Hilfe JBOD-Medien unter dem Windows Server 2012 und 2012 R2 realisierbar ist.

Dabei setzt Microsoft auf den sogenannten Software Storage Bus (SSB) auf. Dieser erlaubt es, dass die Administratoren auch lokale Speichermedien (Direct Attached Storage, DAS) wie etwas SATA-Festplatten oder per JBOD (Just a Bunch of Disks, Verbund von Festplatten ohne Redundanz) bereitgestellte Medien zum geteilten Storage eines Clusters hinzufügen und dort zu verwenden. So können die Systembetreuer dann auch lokale Ressourcen besser nutzen.

Ein weiterer Vorteil: Es ist ihnen dann unter anderem dadurch möglich, SSDs und HDDs „gemischt“ einzusetzen, sowie die lokalen Medien auch als Cluster Shared Volumen zu nutzen. Die entsprechenden virtuellen Maschinen werden bei S2D lokal auf dem Cluster Shared Volumen abgelegt, was dem Bild der hyperkonvergenten Infrastruktur entspricht.

Die grundlegende Architektur von Storage Space Direct: Aufbauend auf ein vorhandenes SMB-3.0-Netzwerk wird grundsätzlich ein Pool von „normalen Festplatten“ zu einem großen virtuellen Speicherplatz zusammengefasst

Auch hier funktioniert die Kommunikation über SMB 3.0 wobei Microsoft hier die Kommunikation über SMB Direct (RDMA) als präferierte Lösung beschreibt. Neben anderen Vorteilen verspricht der Hersteller, dass durch den Einsatz von S2D grundsätzlich die Kosten von Cluster-Speicher verringert werden können, weil dadurch Einrichtung und Betrieb eines Failover-Clusters deutlich vereinfacht werden. Allerdings setzt der Einsatz dieser Technik voraus, dass der Windows Server 2016 in der Datacenter-Version zum Einsatz kommt. Die Standard-Edition des neuen Servers unterstützt Storage Spaces Direct leider nicht.

Funktioniert das alles nicht auch schon mit den Shared VHDx-Dateien?

Wer sich etwas länger mit den Windows-Server-Systemen und den Möglichkeiten von Hyper-V beschäftigt, kennt die Möglichkeiten zum Teilen von Speicher, die durch die Shared VHDx-Dateien zur Verfügung stehen und mag sich deshalb fragen, ob die hier geschilderten Möglichkeiten und Features nicht schon durch diese Technik auch auf den bisherigen Systemen zur Verfügung standen. Natürlich stehen die Shared VHDx-Dateien auch weiterhin auf dem Windows Server 2016 bereit und stellen eine gute Möglichkeit dar, einem Gast-Cluster (einem Cluster, der innerhalb von virtuellen Maschinen läuft) gemeinsamen Speicherbereich zur Verfügung zu stellen.

Mehrere VMs können dabei auf solche virtuellen Festplatten gleichzeitig zugreifen, um so Cluster Shared Storage (CVS) bereitzustellen. Fällt ein Knoten (also eine VM aus), so besitzen die anderen VMs noch Zugriff auf die VHDx-Dateien und die Cluster-Rollen, die den Speicher in den VMs benutzen, können auch weiterhin auf die Daten zugreifen.

S2D erlaubt es hingegen, dass Cluster-Rollen auf geteilten Speicherplatz innerhalb der VMs zugreifen, ohne dass dabei Shared VHDx-Dateien auf dem Host bereitgestellt werden müssen. Die Cluster-Rollen besitzen dabei Zugriff auf alle Festplatten aller VMs. Administratoren, die diese Technik einsetzen, können den VMs beispielsweise eine Boot/System-Platte und zusätzlich zwei oder mehr VHDx-Dateien, die für jede VM konfiguriert sind, bereitstellen. Sie können dann einen Cluster innerhalb der virtuellen Maschine erstellen, S2D konfigurieren und besitzen robusten geclusterten Speicherplatz, der von den Cluster-Rollen innerhalb der VMs genutzt werden kann.

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Artikel wurde zuletzt im August 2016 aktualisiert

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