Windows Server 上的存储空间直通：完整的 S2D 指南

如果您管理 Windows Server 并正在考虑实现现代化 存储 凭借软件定义的基础，存储空间直通（简称 S2D）是值得拥有的技术之一。 允许您将来自多个服务器的内部磁盘整合到一个集群中，并将其公开为共享存储。 具有高性能、弹性和非常合理的日常使用管理。

广义上讲，这是 Windows Server 2016、2019 和 2022 的 Azure 本地版和数据中心版以及 Windows Server 2022 的 Azure 版内置的功能。 使用 S2D，您可以从 硬件 行业标准，几分钟内即可准备好存储集群 对于虚拟化工作负载，无论是在融合还是超融合架构中。

什么是存储空间直通

存储空间直通是一种软件定义的存储解决方案，它聚合来自一组物理服务器的本地驱动器以创建一个公共池。 该存储池自动应用分层、缓存、弹性和擦除编码。，因此管理员专注于创建卷和提供数据，而不是微观管理磁盘。

该技术是 Azure Local 21H2 和 20H2 版本的基石，也是 Windows Server Datacenter 2016、2019 和 2022 的一部分。 从 2 节点集群运行，最多可扩展至 16 台服务器，能够结合 SSD、同一架构内的 HDD、NVMe 或持久内存。

除了传统的物理集群外，还支持由以下组成的客户集群 虚拟机 在私有云或公共云上。 在生产中，基于 Windows Server 时支持来宾部署，在多租户或高级实验室场景中是一个有用的选项。

S2D 的工作原理及其架构

在底层，S2D 依赖于系统的几个部分：故障转移群集、群集共享卷、带有 SMB Direct 和多通道的 SMB 3 以及存储空间技术本身。 关键的创新之处在于软件存储总线，这种结构使得所有服务器都能看到彼此的本地驱动器，就像它们是自己的一样。

服务器通过以太网相互连接并形成集群，无需光纤通道或共享 SAS。 通过启用 S2D，每个节点的内部驱动器被组合成一个逻辑池。 软件管理。从那里，您可以创建以 CSV 形式挂载的卷，即使磁盘或完整节点发生故障，它们仍可访问。

在这些卷上，您可以托管虚拟机的 .vhd 和 .vhdx 文件， 数据库 或用户文件。 该集群可以作为横向扩展文件服务器或 Hyper-V 超融合平台运行，将虚拟机直接放置在卷上。

为了加快 I/O 速度，S2D 使用存储总线层缓存，将较快的驱动器映射到较慢的驱动器。 此服务器端读写缓存可改善延迟和性能。，尤其是挖掘 NVMe over PCIe 的潜力。

堆栈的关键组件和部件

• 网络硬件：S2D 使用 SMB3、SMB Direct 和以太网上的 SMB 多通道。建议使用 10GbE 或更高版本，并支持 RDMA（iWARP 或 RoCE）。 确保节点间通信的低延迟和更高性能，你可以使用 使用 ntttcp 进行测试 在Windows上。
• 存储硬件: : 需要 2 到 16 台带有直接连接驱动器（SATA、SAS、NVMe 或持久内存）的认可服务器。 每台服务器必须至少有两个 SSD 和至少四个附加驱动器。；SATA 和 SAS 设备必须位于 SAS HBA 和扩展器后面。
• 故障转移群集：故障转移群集是服务器级别高可用性的基础。 它负责节点编排、资源标记和取消标记以及服务连续性。.
• 存储总线软件：该软件总线构成了软件定义的存储结构，从而无需传统的 SAN。 将其视为光纤通道或共享 SAS 的合理替代品，而是由软件定义的。
• 存储总线层缓存：缓存将读取和写入分配到链接到较慢介质的快速介质上。 这可以吸收 I/O 突发并增加持续 IOPS。 不会给管理员带来额外的复杂性。
• 储存池：存储池包含所有符合条件的驱动器。它是自动创建和填充的。 通常的建议是每个集群一个池，并采用默认配置 以简化操作。
• 存储空间：您在池上创建的虚拟磁盘可以使用镜像、擦除编码或组合。 在 S2D 中，通常配置对两个同时发生的故障的容忍度 通过三向镜像，每个副本位于不同的服务器上，并且可以通过机箱和机架了解故障域。
• 参考文献：ReFS 文件系统针对虚拟化和 .vhdx 进行了优化。 为创建、扩展或合并检查点提供加速，加上用于检测和纠正位错误的校验和，以及在热层和冷层之间移动数据的实时层。
• CSV：集群共享卷公开了一个可从任何服务器访问的单一命名空间。 对于每个节点，每个卷的行为就像是在本地安装的一样。，大大简化了并发访问。
• 横向扩展文件服务器：在融合场景中，该层将 SMB3 公开给远程客户端，例如另一个 Hyper-V 集群。 事实上，它将 S2D 变成了 NAS 易于扩展和管理，适用于 同步网络文件夹.

性能、弹性和效率

使用 S2D，无论是混合配置还是全闪存配置，内部测试记录的数据都超过了每台服务器 13,7 万 IOPS。 嵌入式虚拟机管理程序架构和集成缓存可提供一致且极低的延迟.

容错涵盖磁盘、服务器和组件，并具有持续可用性。 在大型部署中，您可以配置每个机箱和每个机架的容差，这样物理故障就不会影响集群的整体完整性。

通过擦除编码（包括局部重建编码等创新）可以提高存储效率。 这使得容量效率提高高达 2,4 倍。，减少CPU消耗，将资源归还给虚拟机。

硬件和网络要求

为了获得扎实的生产经验，有几条指导原则。 具有 RDMA iWARP 或 RoCE 的 10GbE 或更高网络、兼容的电缆和交换机，以及经过验证的 SMB Direct 和多通道配置。

建议在每台服务器上至少配备两个 SSD 作为缓存，并配备多个额外容量的驱动器。 支持涵盖 SATA、SAS、NVMe 和持久内存; SATA 和 SAS 设备应位于 HBA 和 SAS 扩展器之后。

在节点数量方面，S2D支持2到16台服务器。 为了实现真正的高可用性，最好使用 3 个或更多节点。，因为在 2 个节点的集群中丢失一个节点将没有任何回旋余地。

关于最大容量，最近的文档谈到每个集群最多 400 个驱动器和 4 PB，而旧资料提到了较低的限制，例如每个池 1 PB。 请记住，这些限制取决于版本、固件和验证。 硬件制造商提供的。如果遇到空间不足的情况，请咨询 没有足够的存储空间.

部署模型

超融合用于计算和存储的单个群集。通过在同一主机上启用 Hyper-V，VM 可直接托管在 S2D 卷上。 降低中小企业和偏远地区的成本和复杂性，通过消除中间文件服务器。

收敛或分解：将存储和计算集群分开。横向扩展文件服务器位于 S2D 之上，用于公开 SMB3。 当您需要独立扩展存储和处理时，这是完美的选择，典型的大型IaaS。

何时使用 S2D

如果您想在不重新设计整个 SAN 的情况下扩展容量，S2D 非常适合。 您可以通过添加磁盘或新服务器来扩展，系统会自动合并单位并重新平衡池。

如果多台计算机需要访问同一数据集，则池的行为就像网络共享一样。 用户可以访问来自不同来源的数据，而不必担心他们的物理位置。，这有助于分散负载。

当您需要混合媒体时，S2D 会根据访问模式自动决定使用哪种类型的驱动器。 热数据在快速介质上，冷数据在较慢介质上，以透明的方式优化成本和性能。

管理和监控

随着 Windows Admin Center 的出现，管理已经有了显著的发展，它已经成为参考控制台。 查看主机健康状况、存储、性能和警报并以图形方式创建或管理卷。

为了深入了解，您可以查看设备库存、状态、固件、位置、制造商、类型、序列号和池成员资格。 它非常适合识别问题磁盘并迅速采取行动。 在影响服务之前，例如 重建损坏的 NTFS 分区.

此外，S2D 集成了每个 VM 的存储 QoS 控制，具有最小和最大 IOPS 限制。 健康服务提供综合监控和警报，新的 API 使得在集群级别收集丰富的容量和性能指标变得更加容易。

PowerShell 仍然是最强大的自动化和诊断工具。 科曼多斯 像 Enable-ClusterS2D 允许您激活该功能并调整检查 必要时可用于实验室。

实用实验室指南：从零到第一卷

在测试环境中，您可以启用两个节点的 S2D 来熟悉该技术。 在生产中，最好使用三个或更多节点和经过认证的硬件。 以确保真正的容错和兼容性。

准备每个安装了 Windows Server、Hyper-V 和群集功能的主机。 从集群管理器验证节点和网络是否健康其中一个网络用于公司业务，另一个网络专用于存储流量。

至于磁盘，它将操作系统留在其卷上，并在每个节点上呈现至少三个未分区状态的数据驱动器，必要时进行初始化。 避免重复使用池中的系统磁盘 如果您在实验室中使用 SATA，则假设它在生产中不受支持。

在集群上以管理员身份打开 PowerShell 并运行：Enable-ClusterS2D -PoolFriendlyName S2D。 如果您的实验室使用不合格的单位，请添加 -SkipEligibilityChecks 跳过生产验证。

自动配置完成后，您将在集群管理器的存储部分看到新的池。 从那里您可以创建一个虚拟磁盘，并在其上创建一个卷 与相应的助手。

创建虚拟磁盘时，选择池并选择弹性：简单、镜像或奇偶校验。 在镜子中，您可以选择双向或三向；副本越多，容错能力越大，容量消耗也越大。

选择虚拟磁盘大小，确认，然后创建卷。 对于虚拟化，Microsoft 推荐 ReFS 因为它对 .vhdx 及其完整性功能进行了优化。

创建后，从集群管理器将该卷添加为集群共享卷。 您将看到 ClusterStorage 文件夹出现在 C: 每个节点都具有读写访问权限，准备承载负载。

从 Hyper-V 管理器中，在该 CSV 中创建一个 VM 并将其添加到集群。 您将能够在节点之间实时移动它而不会中断，就像使用传统的 SAN 阵列一样。

版本、限制和支持

S2D 存在于 Windows Server 2016、2019 和 2022 数据中心以及 Azure On-Premises 20H2 和 21H2 中。 也适用于 Windows Server Azure 版本 2022，并针对混合场景进行了具体改进。

在规模方面，目前的基准是每个集群最多16个节点、400多个单元，每个集群的总容量高达4PB。 一些先前的资料提到了 1 PB 池限制；假设上限取决于完整堆栈和提供商的验证。

对于生产，请使用经过 Microsoft 和 OEM 合作伙伴验证的硬件，以及固件版本和 驱动程序 推荐。 磁盘、HBA 和 NIC 的随机混合可能会导致不兼容 性能或支持，因此最好依赖更新的兼容性列表。