Spazi di archiviazione con livelli: una guida completa in Windows

Quando inizi a armeggiare con Spazi di stoccaggio e la famosa suddivisione in livelli Su Windows, si scoprono subito due cose: è incredibilmente potente e l'interfaccia grafica è decisamente carente, soprattutto su Windows 10 e negli scenari più impegnativi. La maggior parte delle configurazioni interessanti richiede assolutamente l'utilizzo [dello strumento/metodo appropriato]. PowerShell e un po' di pianificazioneche si tratti di un homelab o di un server di produzione.

Sebbene a prima vista possa sembrare una tecnologia riservata a grandi array di storage e ambienti aziendali, la verità è che Spazi di archiviazione con archiviazione a livelli È presente fin da Windows Server 2012 R2 e può essere utilizzato anche in Windows 10, a patto che si soddisfino determinati requisiti. hardware e sentirsi a proprio agio con la linea di comandiDiamo un'occhiata più da vicino a come funziona, cosa si può fare con esso e quali sono gli errori da evitare.

Cosa sono gli spazi di archiviazione con livelli e perché ne vale la pena?

In Windows Server 2012 R2 è apparsa una funzionalità denominata Livelli di archiviazione all'interno degli spazi di archiviazioneL'idea è semplice ma molto potente: combinare SSD e dischi rigidi meccanici (HDD) nello stesso pool e fare in modo che il sistema posizioni automaticamente i dati a cui si accede più frequentemente sugli SSD, mantenendo sugli HDD tutti i dati a cui si accede meno frequentemente.

In pratica, questo trasforma un set di dischi normali in una sorta di unità ibrida “su larga scala”Il sistema vede un singolo disco virtuale, ma al di sotto, i blocchi attivi risiedono su SSD, mentre il resto rimane su dischi più lenti ed economici. In questo modo si ottiene prestazioni vicine a quelle degli SSD con capacità HDD senza complicare le cose con soluzioni di caching esterne.

Un dettaglio importante è che la suddivisione in livelli negli spazi di archiviazione funziona tramite livello di blocco, non livello di fileIl sistema analizza quali blocchi vengono letti e scritti più frequentemente e li riposiziona automaticamente. Tutto questo avviene tramite attività pianificate che vengono abilitate dopo la creazione del primo disco virtuale a più livelli.

In molti ambienti domestici o di laboratorio, prima che questa caratteristica fosse nota, le persone finivano per assemblare due gruppi di immagazzinamento separatoUno con un SSD per un caricamento rapido e un altro con un HDD per volumi più grandi. Grazie ai livelli, è possibile unificarli in un unico pool e semplificare notevolmente la gestione, mantenendo al contempo prestazioni e capacità.

Requisiti di base per l'utilizzo di spazi di archiviazione con livelli

Per essere in grado di creare una piscina con condizioni a livelli È necessario soddisfare diversi requisiti hardware e di sistema operativo. Avere semplicemente un paio di dischi scollegati e collegati in modo casuale non è sufficiente.

Il minimo indispensabile è avere almeno un SSD e un HDD nel sistema in modo che Windows possa creare due livelli distinti all'interno dello stesso gruppo. In scenari reali, e soprattutto se si desidera una resilienza speculare, saranno necessari più dischi affinché ne valga la pena.

Da una prospettiva di sistema, la capacità di suddivisione in livelli è supportata in Windows Server 2012 R2 e versioni successiveSu questi server, Server Manager include procedure guidate per la creazione di pool e dischi virtuali con archiviazione a livelli guidata, sebbene molte opzioni avanzate siano ancora più comode tramite PowerShell.

Nel caso di Windows 10Il supporto per gli Spazi di archiviazione è ancora presente, ma l'interfaccia grafica del Pannello di controllo non mostra alcuna opzione per lavorare con i livelli. Ciò significa che La configurazione di tutti i livelli viene eseguita esclusivamente con i cmdlet di PowerShellAlcune guide e repository forniscono script che automatizzano il rilevamento dei dischi, la creazione di pool e la creazione di dischi virtuali con livelli, proprio perché l'interfaccia grafica non è di alcun aiuto in questo scenario.

Come funzionano il rilevamento del disco e il tipo di supporto

Uno dei punti critici per la suddivisione in livelli funziona bene Windows deve identificare correttamente quali unità sono SSD e quali sono HDD. Questa informazione è memorizzata nella proprietà. Tipo di supporto di ciascun disco fisico, che deve essere impostato su SSD o HDD a seconda dei casi.

Negli ambienti reali, spesso accade che alcuni dischi rigidi meccanici appaiano come Tipo di supporto: sconosciuto o non specificatoQuando ciò accade, la procedura guidata grafica del disco virtuale non consente di abilitare l'opzione per creare un archivio a livelli; la casella di controllo appare disabilitata e il sistema avvisa che i requisiti per la suddivisione in livelli non sono soddisfatti.

La soluzione, fortunatamente, è semplice: bisogna usare PowerShell per forzare il tipo di supporto di quei dischi con valore sconosciuto ed etichettarli come HDD. In genere, i dischi appartenenti al pool elencati come Non specificato vengono filtrati e la modifica viene applicata in blocco utilizzando una condizione WHERE (o la sua abbreviazione ? in PowerShell) per evitare di compromettere ciò che già funziona correttamente.

Finché non avrai corretto quei tipi di media e aggiornato le informazioni del pool, Non sarà possibile attivare la casella di controllo per la creazione del disco con i livelli di archiviazione nella procedura guidata Server Manager, né possono generare livelli coerenti da script automatizzati.

Creazione di un pool e di dischi virtuali tramite l'interfaccia di Windows Server

In Windows Server 2012 R2 e versioni successive, il flusso di lavoro di base per la configurazione di un ambiente di Spazi di archiviazione con livelli tramite interfaccia grafica Si può riassumere in una serie di passaggi abbastanza chiari, anche se ci sono dettagli avanzati che andrebbero regolati manualmente.

Innanzitutto, dal Server Manager o Centro di amministrazione di WindowsCollega tutte le unità che intendi utilizzare: almeno un SSD e un HDDIn un tipico esempio di laboratorio, si potrebbero trovare configurazioni con quattro SSD e nove dischi rigidi da 1 TB, alcuni dei quali riservati come hot spare. Tutti i dispositivi compaiono nel cosiddetto Piscina primordiale, che è fondamentalmente l'insieme dei dischi disponibili non ancora assegnati a nessun gruppo specifico.

Da quel pool primario, l'assistente viene lanciato a Crea un nuovo pool di archiviazioneAl pool viene assegnato un nome e vengono selezionati i dischi che ne faranno parte. In questa fase, alcuni dischi possono anche essere contrassegnati come hot-spare, consentendo loro di entrare automaticamente in gioco in caso di guasto di un altro disco del pool.

Dopo aver confermato la selezione, la procedura guidata crea il pool e lo prepara per iniziare a definire i dischi virtuali su di esso. Prima di procedere, è fondamentale verificare nell'interfaccia o tramite PowerShell che Gli SSD sono elencati come SSD e gli HDD come HDD.e che non ci siano più dischi con il tipo Sconosciuto, perché ciò bloccherebbe la creazione di livelli.

Una volta risolta la questione dei tipi di media e dopo un Aggiornamento del gestore del server Per incorporare le ultime modifiche, ora puoi avviare la procedura guidata per creare un nuovo disco virtuale su quel pool, questa volta selezionando la casella che attiva la creazione di storage a livelli SSD/HDD.

Regolazione, resilienza e provisioning delle colonne

Prima o durante la creazione del disco virtuale, è consigliabile rivedere alcune parametri di progettazione del pool e del disco virtuale stessoin particolare il numero di colonne e la configurazione della resilienza, perché influiscono direttamente sulle prestazioni e sulla capacità utilizzabile.

Per impostazione predefinita, i pool di spazi di archiviazione utilizzano in genere un selezione automatica del numero di colonneQuesto determina la distribuzione dei dati sui dischi fisici. In un esempio pratico, se si utilizza un layout mirror con quattro SSD, potrebbe essere necessario impostare manualmente due colonne per quel tipo di resilienza; se si crea un singolo volume con i quattro SSD, si potrebbero preferire quattro colonne per distribuire meglio il carico.

Questa impostazione non può essere facilmente modificata dopo aver creato il disco virtuale, quindi di solito è una buona idea Modificare la resilienza del pool e le proprietà delle colonne utilizzando PowerShell prima di procedere con la procedura guidata grafica. In questo modo, il layout risultante sarà personalizzato in base al tuo scenario specifico, anziché basarsi su una configurazione automatica generica.

Nella procedura guidata di creazione del disco virtuale, quando si abilitano i livelli, verrà chiesto di selezionare tipo di layout: semplice, speculare o paritàPer i tipici carichi di lavoro di dati fault-tolerant, il mirroring è l'approccio più comune negli esempi di laboratorio e in molte installazioni, spesso in specchio bidirezionale, che duplica i dati su due set di dischi.

Un punto chiave che non può essere trascurato è che, quando si utilizza l'archiviazione a livelli, Il provisioning del disco virtuale deve essere corretto.In questo contesto, il thin provisioning con livelli non è possibile. La procedura guidata obbliga a selezionare il provisioning fisso, riservando spazio nel pool fin dall'inizio in base alle dimensioni e alla resilienza definite.

Dimensioni dei livelli, spazio utilizzabile e attività di ottimizzazione

Durante il processo di creazione di un disco virtuale a livelli, Windows visualizza le dimensioni massime che è possibile allocare al Livello SSD e livello HDDEntrambi vengono combinati per formare un singolo disco virtuale, come se si trattasse di un'unica unità visualizzata dal sistema operativo.

In molti esempi, l'opzione usuale è quella di allocare il massimo possibile in entrambi gli stratiVerrà utilizzato tutto lo spazio SSD disponibile e tutto lo spazio HDD utilizzabile, nel rispetto delle restrizioni di layout e colonne. Di conseguenza, la dimensione finale del disco virtuale può essere significativamente inferiore alla capacità totale del pool di dischi virtuali, soprattutto con il mirroring, poiché i dati vengono essenzialmente duplicati su più colonne.

È comune vedere casi con 9 TB di capacità del disco fisico che finiscono in circa 3,6 TB di volume utilizzabileCiò avviene proprio perché lo spazio SSD è più piccolo e perché la configurazione mirroring consuma circa il doppio dello spazio logico rispetto alla dimensione finale, lasciando inoltre dischi di riserva nel pool per altri usi.

Dopo aver completato la procedura guidata e aver creato il volume e il file system sul disco virtuale (utilizzando tutto lo spazio disponibile sul disco virtuale(un requisito quando ci sono livelli), lo storage è pronto per salvare i dati. Da lì, il Attività pianificate sui livelli di archiviazioneche vengono attivati ​​automaticamente dopo la creazione del primo volume con livelli e sono responsabili dello spostamento dei blocchi attivi sull'SSD in base ai modelli di accesso.

Se in qualsiasi momento si desidera forzare questo ribilanciamento dei dati, è possibile avviare manualmente le attività corrispondenti o utilizzare strumenti come deframmenta con opzioni specifiche sul disco virtuale a livelliin modo che Windows possa riorganizzare i blocchi e sfruttare al meglio il livello veloce.

Creazione e automazione con PowerShell in Windows 10 e Server

In Windows 10, e anche in alcuni scenari server avanzati, il modo più flessibile e diretto per lavorare con gli spazi di archiviazione e i livelli è affidarsi a Cmdlet di PowerShell e di archiviazioneIn effetti, in Windows 10 l'interfaccia grafica di Storage Spaces non mostra nulla relativo alla suddivisione in livelli, quindi non c'è altra opzione se si desidera questa funzionalità.

Alcuni amministratori hanno pubblicato script che Rilevano automaticamente tutti i dischi "raw" nel sistemaCreano un pool, correggono il tipo di supporto di tutti gli HDD che risultano etichettati in modo errato, generano i livelli SSD/HDD e infine definiscono un disco virtuale che aggrega tutto lo spazio in un'unica unità logica.

Questi script in genere presuppongono configurazioni minime come avere Almeno 1 SSD e 1 HDD per un singolo volume con cacheOppure scenari più robusti, ad esempio 2 SSD e 2 HDD per un mirror a livelli, oppure 1 SSD e 2 HDD per un semplice storage a strisce che somma la capacità degli HDD, accompagnato da un livello veloce per la cache di lettura e scrittura.

In molti casi, la logica è inclusa per consentire ridimensionare manualmente la cache SSD e del disco virtuale stesso, perché il dimensionamento automatico non sempre funziona bene o si adatta alle tue esigenze. In questo modo puoi decidere quanti gigabyte di SSD dedicare all'accelerazione del tuo spazio di archiviazione, a seconda del tipo di carichi di lavoro che prevedi.

È anche comune che questi script creino un singola grande unità logica utilizzando tutto lo spazio disponibile nel pool, assegnandogli una lettera di unità e un'etichetta personalizzate, configurabili tramite variabili all'inizio del file copione in modo che sia facile adattarlo a ogni ambiente.

Scenari di esempio: prestazioni, cache e pool ibridi

Uno scenario tipico documentato con Spazi di archiviazione e parte di suddivisione in livelli di due HDD da 2 TB e un SSD da circa 200 GBDa questi tre dischi è possibile creare un disco virtuale che offre al sistema un'unità dati di circa 3,6 TB (un volume singolo o a strisce) che sfrutta la capacità di entrambi gli HDD, mentre l'SSD funge da livello veloce con circa 200 GB di cache di lettura e scrittura.

Nei test nel mondo reale, l'intero array di dischi è in genere connesso a Interfacce SATA da 3 Gb/sCiò limita in qualche modo la velocità massima teorica, ma l'utilizzo dell'SSD come livello caldo comporta comunque una differenza notevole in termini di latenze e IOPS rispetto a un set di dischi puramente meccanici senza cache.

È importante capire che il classico pannello Spazi di archiviazione in Windows Non visualizza né consente di manipolare i livelli: vengono visualizzati solo il pool, il disco virtuale e il volume, senza alcun dettaglio sul livello a cui appartiene ciascun elemento. Per visualizzare o modificare le impostazioni dei livelli, è assolutamente necessario PowerShell o strumenti di gestione più avanzati.

Un altro dettaglio interessante è il comportamento della resilienza di tipo mirror con i livelli: quando si sceglie mirror in un ambiente con SSD e HDDWindows tenta di applicare la logica di mirroring a entrambi i livelli, quindi per ottenere un mirror completo che duplichi sia il livello SSD che HDD, sarà necessario almeno quattro album (due SSD e due HDD) per avere una ridondanza efficace in entrambi i livelli.

Va inoltre notato che alcune ottimizzazioni interne, come la cache di riscritturaQuesti principi non vengono applicati con la stessa intensità a tutti i pattern di I/O. Ad esempio, in alcuni casi è documentato che la cache di scrittura non viene utilizzata per flussi sequenziali superiori a 256 KB, che vanno quasi direttamente su disco, per evitare di sovraccaricare l'SSD con scritture continue che non offrono alcun reale vantaggio.

Utilizzo di spazi di archiviazione a livelli in ambienti virtualizzati

In numerose discussioni sui laboratori domestici e sui piccoli ambienti di produzione, sorge una domanda ricorrente: come si comporta? Spazi di archiviazione con livelli quando utilizzati come archiviazione sottostante per Macchine virtualisoprattutto se parliamo di server Hyper-V o cluster gestiti da vCenter.

La chiave è capire che, dal punto di vista dell'hypervisor, L'intera complessità dello strato di archiviazione è trasparenteIl server di virtualizzazione vede semplicemente un datastore o un volume di una certa dimensione, indipendentemente dalla presenza di RAID tradizionali, sistemi di tiering, array di storage esterni, NAS, SAN o qualsiasi altra cosa al di sotto. Tutto ciò che gli interessa è lo spazio disponibile e, in pratica, le prestazioni risultanti.

Pertanto, se si configura un server con, ad esempio, un pool di 1 NVMe da 1 TB e 16 TB su unità SATAconfigurato come un disco virtuale con spazi di archiviazione e livelli, e su quel disco crei un datastore in cui memorizzi VHD o VHDX Sulle tue macchine, l'hypervisor vede solo X TB di storage. Il tiering viene applicato al livello più basso, gestito da Windows, senza che Hyper-V, vCenter o il sistema operativo guest stesso debbano saperlo.

Alcuni amministratori chiedono specificatamente se, quando si assegna lo spazio in diversi VHD di medie dimensioni (Ad esempio, tre dischi virtuali da 3 TB presentati a una VM basata su file), Storage Spaces continuerà a sfruttare la suddivisione in livelli. La risposta è sì: il sistema continua a spostare i blocchi attivi sugli SSD, indipendentemente dal numero di VHD definiti al di sopra di esso, perché funziona a livello di blocchi fisici all'interno del disco virtuale di base.

Ciò che dovresti considerare è il ruolo che il server avrà con gli spazi di archiviazione: sarà un semplice datastore per l'hypervisor o un file server diretto?In genere, combinare entrambi gli utilizzi nella stessa istanza non è una buona idea, a causa di problemi di prestazioni, gestione e altro. di riservaInoltre, alcune soluzioni come Veeam B&R possono influenzare il modo in cui si configura l'architettura di storage per mantenere backup coerenti.

Modifiche al comportamento di suddivisione in livelli in Windows Server 2019 e utilizzo di ReFS

A partire da Di Windows Server 2019Il meccanismo di tiering subisce cambiamenti significativi di cui dovresti essere a conoscenza se provieni da un modello R2 del 2012 o del 2016. Uno dei punti più sorprendenti è che La logica di scalatura dei dati tra i livelli è in una certa misura invertitaLe scritture iniziali tendono a essere eseguite prima sul livello freddo (HDD) e successivamente vengono promosse al livello caldo (SSD) in base ai modelli di accesso.

Questa sfumatura può implicare un drastico cambiamento nella percezione degli IOPS Dopo un aggiornamento del sistema operativo, in particolare con carichi di lavoro fortemente incentrati sulle scritture iniziali, gli utenti che hanno migrato i propri spazi di archiviazione con archiviazione a livelli alla versione 2019 hanno notato notevoli differenze nelle prestazioni dovute a questo nuovo comportamento.

Un altro aspetto critico è che, in queste versioni più recenti, Il supporto per i livelli non è più disponibile per i volumi NTFSSe si desidera continuare a utilizzare l'archiviazione a livelli in Windows Server 2019, è necessario utilizzare il file system RefsCiò costringe a riconsiderare la progettazione di molti ambienti che per anni avevano utilizzato NTFS senza problemi.

Il problema è duplice: da un lato, Non esiste un percorso di migrazione diretto sul posto da NTFS a ReFSPertanto, qualsiasi transizione comporta la creazione di nuovi volumi in ReFS e lo spostamento dei dati, con i rischi e la finestra di manutenzione associati. Inoltre, ReFS ha storicamente presentato alcuni problemi e limitazioni in alcune versioni, il che induce alcuni amministratori a pensarci due volte prima di adottarlo.

In generale, se stai pianificando un aggiornamento o una migrazione a Windows Server 2019 e vuoi continuare a sfruttarlo al meglio Spazi di stoccaggio con livelliSi consiglia vivamente di prendere in considerazione la creazione di nuovi volumi in ReFS ora, partendo dal presupposto che ci saranno lavori di copia dei dati e di testare attentamente il comportamento del file system e la suddivisione in livelli sul proprio carico di lavoro prima di metterlo in produzione.

Migliori pratiche, rischi e limiti della tecnologia

Per quanto flessibili possano essere gli spazi di archiviazione, vale la pena ricordare che è comunque una tecnologia complessa con alcune asperitàUn errore in un comando PowerShell avviato con privilegi elevati può causare l'eliminazione di pool, dischi virtuali o interi volumi, pertanto è necessario procedere con cautela e utilizzare backup verificati.

È fondamentale avere un inventario chiaro dei dischi fisici, delle loro capacità e del loro ruolo (SSD vs. HDD, hot spare, ecc.) prima di eseguire script che “Scoprono tutti i dischi grezzi e li aggiungono a un pool”Questa automazione funziona bene in un ambiente controllato, ma può essere pericolosa su server con dischi contenenti dati provenienti da altre funzioni.

Allo stesso modo, quando si decide di utilizzare l'archiviazione a livelli per uso domestico o di laboratorio, è necessario presumere che si stia utilizzando funzionalità avanzate a livello aziendale al di fuori dei percorsi più documentati e supportatiQuesto è particolarmente vero quando si parla di Windows 10 e di combinazioni insolite. Questo non significa che non funzionerà, ma piuttosto che potrebbero esserci comportamenti non ottimizzati o modifiche inaspettate tra le versioni.

Un altro punto ricorrente è che, sebbene l'idea di combinare SSD e HDD in un unico spazio di archiviazione sia molto attraente, Non è sempre la soluzione ideale per tutti i carichiCi sono casi in cui un RAID di SSD dedicati per database I dati critici, insieme a un semplice pool di HDD per i file inattivi, sono più facili da gestire e diagnosticare rispetto a un singolo volume con livelli complessi.

Gli spazi di archiviazione con livelli sono una parte molto potente dell'ecosistema di archiviazione di Windows che, se ben progettato e compreso, consente di configurare armadi ibridi altamente capaci con hardware relativamente economicoQuesto vale sia negli ambienti di laboratorio che nelle distribuzioni più complesse. La chiave è padroneggiare PowerShell, rispettare i limiti di ogni versione di Windows e scegliere con attenzione quando utilizzare questa tecnologia e quando optare per qualcosa di più semplice.