儲存空間：如何創造真正具有彈性的捲

如果您管理 Windows 伺服器或超融合環境，遲早您會需要 利用儲存空間創建彈性卷 這樣即使磁碟甚至整個節點發生故障，您的資料仍然可用。這不僅僅是關於效能：我們指的是當系統出現故障時（這種情況不可避免地會發生），如何保持虛擬機器、資料庫和關鍵服務的運作。

在最新版本的 Windows Server、Azure 本機部署和 Windows 10/11 中，微軟對這項技術進行了大幅改進。得益於此，您可以從以下位置進行設定： 簡易居家收納空間 最高可達具有嵌套彈性和鏡像加速奇偶校驗的儲存空間直連 (S2D) 叢集。我們將逐步詳細地了解如何規劃和部署。 建立彈性卷既可以透過 Windows 管理中心進行配置，也可以透過 PowerShell 進行配置，以及在每種情況下應該選擇哪些復原選項。

什麼是儲存空間？為什麼彈性如此重要？

Microsoft Storage Spaces 技術是一個系統， 軟體儲存虛擬化 它將標準實體磁碟（SATA、SAS、NVMe、SSD、HDD 甚至 SCM）分組到儲存池中，並在這些儲存池上建立稱為儲存空間的虛擬磁碟。這些儲存空間會被格式化並像普通的 Windows 磁碟區一樣公開。

這裡的關鍵在於儲存空間允許您定義不同的 抵抗水平 （類似於 RAID，但更靈活）並利用高級功能，例如 SSD 和 HDD 之間的儲存層、重寫快取、與故障轉移叢集整合以及叢集共用磁碟區 (CSV)，以實現高可用性場景。

在S2D領域，這些卷儲存在… 池子分佈在各個節點上 叢集中的所有伺服器同時都能看到相同的捲，這些磁碟區通常會掛載在 C:\ClusterStorage\這使您能夠以超融合的方式運行 Hyper-V 虛擬機器、標量檔案伺服器或 SQL 工作負載，而無需傳統的 SAN 陣列，並且可以考慮 中小企業的NAS伺服器.

彈性機制之所以重要，是因為每個磁碟區都可以配置為能夠承受從單一磁碟故障到多個磁碟和節點同時故障的任何情況，具體取決於伺服器數量和所選的設計類型： 雙向反射、三重反射、雙重奇異性、反射加速奇異性、嵌套彈性.

儲存空間與儲存空間直通電路中的電阻類型

在一個儲存組中，您可以從幾種儲存設計中進行選擇，每種設計都有其自身的 性能、可用​​容量和容錯能力之間的權衡在創建彈性卷之前，了解它們至關重要。

設計 簡單（無阻力） 它將資料分佈在多個磁碟上，無需額外的副本或奇偶校驗。它相當於 RAID 0：效能和容量最大化，但如果一個磁碟發生故障，該磁碟區上的資料就會遺失。它僅適用於應用程式本身保護資料的情況（例如，某些分散式系統）或用於一次性資料。

設計 反射性 它會將每個資料塊的多個副本寫入不同的磁碟。在儲存空間直通 (Storage Spaces Direct) 中，這相當於雙向鏡像或三重鏡像（及其嵌套變體）。對於大多數需要此功能的工作負載，建議採用此方案。 低延遲和高IOPS例如 Hyper-V 虛擬機器、SQL Server 或 VDI 基礎架構。

設計 平價 它使用奇偶校驗資訊對資料進行編碼（類似於經典的 RAID 5/6，但採用軟體定義）。它非常適合主要用於讀取或隨機寫入較少的數據，例如歸檔檔案、備份或多媒體檔案。它還提供更多功能。 容量效率 這種反射是以更高的 CPU 消耗和更高的寫入延遲為代價的。

基於叢集節點數量的彈性

彈性容積類型的選擇主要取決於 伺服器數量 在儲存空間直連叢集中，雙節點叢集的配置方式與七節點叢集的配置方式不同。

同 兩台伺服器 您有兩種主要選擇：傳統的雙向鏡像或嵌套式容錯。雙向鏡像在每個節點上維護所有資料的副本；它的容量效率約為 50%，並且一次只能容忍一個硬體故障（磁碟或節點）。

La 嵌套阻力 它是為 Azure 本機部署或 Windows Server 2019/2022 中僅有兩個節點的叢集而設計。它結合了鏡像（以及可選的伺服器內部奇偶校驗）和伺服器之間的鏡像，使雙節點叢集能夠支援 多重同時故障 （例如，一個節點上的完整磁碟和一個磁碟在另一個節點上）而不損失磁碟區的可用性。

同 三台伺服器 建議使用三重鏡像。該系統在每個節點上維護三份數據副本，理論效率為 33,3%：對於 1 TB 的可用數據，至少需要 3 TB 的物理容量。作為回報，只要池中三分之二的磁碟未丟失，您就可以透過保持虛擬磁碟在線來承受至少兩個硬體（磁碟或節點）同時發生的故障。

同 四台或更多伺服器 選項範圍擴大：您可以選擇逐音量三重反射、雙重奇偶校驗（擦除編碼）或兩者的組合。 反射加速的奇偶性它將高性能鏡像部分與高容量效率平價部分相結合。

嵌套彈性：其運作方式及適用場景

嵌套彈性是 Azure 本機部署和 Windows Server 上 S2D 的主要新功能。它專為超融合集群而設計。 恰好有兩個節點 它不能用於單一伺服器、三個或更多節點，也不能用於 Windows Server 2016。

其目標是即使在發生意外情況時，也能確保數據量在線。 多處硬體同時發生故障這是傳統雙向鏡像無法實現的。它在分公司、小型企業或僅需部署兩台實體伺服器的緊湊型私有雲環境中尤其有用。

這個想法源自於典型的方案。 RAID 5 + 1在每個伺服器內部，都應用了一種設計（鏡像或奇偶校驗）來防止本地單元遺失；此外，還在伺服器之間應用了鏡像來防止其中一個節點遺失。

主要有兩種變體： 嵌套雙向反射 y 嵌套反射加速奇偶性嵌套鏡像技術會在每台伺服器上儲存四份資料副本，每台伺服器的不同磁碟上各儲存兩份，從而實現卓越的效能，但代價是容量效率降低 25%。鏡像加速嵌套奇偶校驗技術結合了鏡像部分（用於儲存最近寫入的資料）和奇偶校驗部分（用於儲存「冷」資料），其效率通常在 35% 到 40% 之間，具體取決於磁碟數量和分配給每個部分的百分比。

這些卷的建立和管理是透過以下方式完成的： PowerShell 中的儲存 cmdlet依靠儲存層來定義如何在不同媒體類型（HDD、SSD、SCM）之間組合鏡像和奇偶校驗。

使用 Windows 管理中心建立彈性卷

Windows 管理中心大大簡化了使用儲存空間直通 (Storage Spaces Direct) 在叢集中建立磁碟區的流程。透過其 Web 控制台，只需幾個步驟即可定義磁碟區。 雙重反射、三反射或反射加速奇異性 同時啟用重複資料刪除、完整性校驗和或 BitLocker 加密等選項。

為了創造一個體積 雙重或三重反射 在已配置的集群中，存取 Windows 管理中心，連接到該集群，然後轉到「工具」面板中的「磁碟區」部分。在「清單」標籤上，您將看到現有磁碟區的清單和「建立」按鈕。

點擊「建立」按鈕將開啟磁碟區建立面板，您可以在其中定義卷。 卷名恢復類型（雙向鏡像或三向鏡像，取決於伺服器數量）以及要預留的硬碟空間大小。在進階選項中，您可以勾選複選框來啟動… 資料去重、完整性校驗和 或對該磁碟區進行 BitLocker 加密。

建立確認後，根據請求的大小，該過程可能需要幾分鐘。在磁碟區建立完成並出現在清單清單中，供叢集使用之前，您將在入口網站的右上角收到通知。

如果您正在尋找的是數量 鏡像加速奇偶校驗（MAP）介面中的操作步驟類似，但在彈性部分，您需要選擇「反射加速奇偶校驗」。然後，您可以定義要套用的奇偶校驗百分比（例如，80% 奇偶校驗和 20% 反射），並且同樣可以啟用或停用重複資料刪除、完整性和 BitLocker。

從 Windows 管理中心開啟磁碟區並處理文件

建立彈性磁碟區後，您可以直接從控制台管理它們，而無需在節點上開啟遠端桌面會話。 Windows 管理中心整合了… 文件管理工具 它允許您探索路線、上傳文件或執行基本操作。

在「卷冊」部分的「庫存」標籤下，選擇您感興趣的捲冊。在詳情頁面，您將看到它的 小路 在檔案系統中（例如，C:\ClusterStorage\ 下的 CSV 路徑）。在頂部，按一下「開啟」以啟動整合到 Windows 管理中心的「檔案」工具。

從那裡您可以導航到磁碟區路徑，瀏覽託管虛擬機器、備份或使用者資料的資料夾，並使用「上傳」選項將檔案從本機上傳到叢集磁碟區。

完成後，只需使用瀏覽器的「後退」按鈕即可返回「工具」面板。這是一種非常便捷的方法。 快速數據處理 無需依賴傳統的文件資源管理器。

ReFS磁碟區中的重複資料刪除、完整性和加密

在現代 S2D 環境中，將磁碟區格式化為以下格式非常常見： CSVFS_ReFS也就是說，ReFS 檔案系統上的共用叢集磁碟區。 ReFS 專為虛擬化而設計，可顯著提升效能並防止資料損壞。

在最新版本的 Windows Server 中，ReFS 支持 數據去重這樣一來，在託管大量類似的虛擬機器或包含重複資料塊的備份時，可以顯著節省空間。重複資料刪除功能按磁碟區啟用，並日後處理模式運作：容量節省不會立即顯現，而是在引擎掃描內容並刪除重複項後才會反映出來。

此外，這些卷冊可以利用以下特點： 資料完整性 基於校驗和，可以檢測並糾正隱性損壞，並且可以 使用 BitLocker 加密 保護靜態資料。所有這些選項都可以在建立磁碟區時（透過 Windows 管理中心）或透過 PowerShell 啟用。

如果您需要更多關於如何在特定場景下啟用加密和去重功能的詳細信息，微軟提供了專門的文檔，但重要的是要理解它們是… 互補功能 儲存空間的彈性：彈性可防止硬體故障，而重複資料刪除、完整性和 BitLocker 可提高效率和安全性。

使用 PowerShell 建立磁碟區：New-Volume 和儲存層

雖然 Windows 管理中心可以滿足大多數情況，但對於高階叢集和自動化場景，最好使用… PowerShell的關鍵 cmdlet 是 新卷它一步即可建立虛擬磁碟，執行分割區和格式化，掛載卷，並在必要時將其新增至共用叢集磁碟區。

新磁碟區需要一些基本參數： 友善名稱 （卷的邏輯名稱）， 文件系統 （通常為 CSVFS_ReFS 或 CSVFS_NTFS） 儲存池友善名稱 （池名稱，通常類似於「叢集名稱上的 S2D」或符合 S2D* 格式的名稱）以及 尺寸 輸入所需大小，例如“10 TB”。

在只有一兩台伺服器的簡單部署中，儲存空間直連會自動套用。 雙向反射 對於磁碟區而言，並且對於三台伺服器來說，這適用。 三重反射 預設情況下，您不必總是明確指定彈性類型。

當您有四台或更多伺服器時，可以使用可選參數 -ResiliencySettingName 若要強制指定佔用類型，您可以選擇鏡像或奇偶校驗。例如，您可以建立一個磁碟區用於高效能上傳（採用三重鏡像），並在同一個儲存池中建立另一個磁碟區用於歸檔（採用奇偶校驗）。

此外，PowerShell 還允許您與…一起工作 儲存層 建立分層卷。這些層級透過模板公開，模板名稱包括 MirrorOnHDD、MirrorOnSSD、NestedMirrorOnHDD、NestedParityOnSSD、ParityOnHDD 等，這些模板封裝了彈性設定（鏡像或奇偶校驗）、資料副本數、實體磁碟冗餘以及與 SSD/HDD/SCM 媒體的組合。

儲存分層使用：SSD、HDD、鏡像和奇偶校驗的組合

在擁有多種類型磁碟機（例如 NVMe、SSD 和 HDD）或大型叢集的環境中，通常需要將同一個磁碟區配置為： 將區域劃分為快速區和高容量區。這就是儲存等級的用途。

在採用三種類型驅動器的配置中，速度最快的（NVMe）驅動器通常用於緩存，而固態硬碟 (SSD) 和機械硬碟 (HDD) 則提供容量。一個磁碟區可以完全位於固態硬碟上，也可以完全位於機械硬碟上，或是使用固態硬碟和機械硬碟的組合。 分層體積 它結合了兩者，將最活躍的數據保存在 SSD 上，其餘數據則移至 HDD 上。

同樣地，當節點達到四個或更多時，體積可以混合 三重反射和雙重奇偶性 形成鏡像加速奇偶校驗卷。 MirrorOnMediaType 和 NestedMirrorOnMediaType 範本（用於效能部分）以及 ParityOnMediaType 和 NestedParityOnMediaType 範本（用於容量部分）可以輕鬆建立這些混合磁碟區。

若要查看叢集中可用的儲存級別，您可以在 PowerShell 中執行類似這樣的命令： Get-StorageTier | Select FriendlyName, ResiliencySettingName, PhysicalDiskRedundancy這將傳回等級清單及其相關的彈性類型和冗餘度。

當您想要建立分層體積時，可以使用具有以下參數的 New-Volume 指令。 -StorageTierFriendlyNames y -儲存層大小指定要合併的層級以及每個層級的大小。例如，您可以建立一個 1 TB 的捲，其中 300 GB 為 MirrorOnHDD 層級，700 GB 為容量層級（奇偶校驗層級），從而實現快速層級和容量高效層級之間 30:70 的比例。

嵌套彈性：使用 PowerShell 建立範本和磁碟區

在 Windows Server 2019 中，要使用巢狀復原功能，首先需要 建立儲存層級模板 對應關係。這只需在建立磁碟區之前執行一次，之後任何新磁碟區都可以引用這些範本。

如果您的儲存磁碟機是 HDD，請以管理員身分啟動 PowerShell 並執行如下 cmdlet： 新儲存層 指定儲存池 S2D*、描述性名稱（例如 NestedMirrorOnHDD 或 NestedParityOnHDD）、ResiliencySettingName 屬性（鏡像或奇偶校驗）、MediaType（HDD 或 SSD）、資料副本數、實體磁碟冗餘、群組數、故障域感知（StorageScaleUnit）和列隔離形式。

對於固態硬碟，您需要變更參數。 -媒體類型 您將 FriendlyName 設定為 *OnSSD，並將其他參數設定為 SSD。這樣做的目的是為了不修改其他內部定義，以免破壞嵌套恢復機制的預期行為。

一旦你創建了這些模板， 第2步 這涉及到使用 New-Volume 建立嵌套磁碟區。對於簡單的嵌套雙向鏡像，只需引用 NestedMirrorOnHDD 模板（或其 SSD 變體）。 -StorageTierFriendlyNames 並在 StorageTierSizes 中指定所需的大小。

對於嵌套鏡像加速奇偶校驗卷，需要結合兩個圖層模板：NestedMirrorOnHDD 和 NestedParityOnHDD（或其 SSD 版本）。在一個經典範例中，對於一個 500 GB 的捲，其中 20% 用於鏡像，80% 用於奇偶校驗，您需要在 NestedMirrorOnHDD 中創建 100 GB，在 NestedParityOnHDD 中創建 400 GB，從而在兩者之間取得良好的平衡。 進氣性能 （在反射部分快速書寫） 容量效率.

擴充對快取單元的保護

預設的嵌套式彈性配置可以防止多個容量單元同時發生故障，或防止一台伺服器和另一台伺服器上的一個容量單元同時發生故障。然而， 快取單元 它們是一種特殊情況，因為它們通常用作多個容量磁碟的讀寫快取。

如果你想確保即使一個快取單元遺失而另一個節點宕機，你也能容忍這種情況，唯一可靠的方法是： 不要查閱地契。當然，這會對效能產生負面影響，因此微軟提供了一個中間選項：當節點宕機一段時間後自動停用寫入快取。

具體來說，您可以配置系統，使得如果雙節點叢集中的一台伺服器超過 30 分鐘處於非活動狀態，則 寫入快取 其內容被清空至容量單元。這樣，即使剩餘線上節點上的快取單元發生故障，叢集也能容忍這種情況，前提是某些快取讀取操作可能會受到影響。

為了啟用此行為，需要一種類型的 cmdlet。 設定儲存健康設置 關於叢集的儲存子系統，將控制此邏輯的特定設定設為 True。啟動後，系統會區分三種情況：兩個節點均處於活動狀態（快取讀取和寫入，效能最高）、節點不活動時間少於 30 分鐘（也啟用讀取和寫入緩存，但不啟用快取未命中容錯）以及節點不活動時間超過 30 分鐘（僅快取讀取，寫入不使用緩存，效能較低，但啟用快取未命中容錯）。

卷規劃：數量、大小和檔案系統

在你貿然開始創作卷冊之前，不妨停下來片刻，做好規劃。要創作的捲冊數量取決於… 泳池尺寸和最大允許尺寸 按卷劃分，建議每個節點至少有一個卷，以分散所有權和元資料編排負載。

在許多實作方式中，建議不要超過 每個集群 64 卷這主要是由於管理複雜性和控制開銷所造成的。就檔案系統而言，ReFS 通常是虛擬化場景的首選，因為它具有高彈性，並且針對 VHDX 進行了最佳化；而當您需要 ReFS 尚不支援的功能，或者想在早期版本中使用傳統的資料去重功能時，NTFS 仍然非常有用。

在選擇阻力類型時，必須權衡以下需求： 性能與容量如果低延遲和 IOPS 至關重要（例如關鍵虛擬機器、高負載資料庫），請選擇鏡像。如果優先順序是儲存大量資料但寫入次數較少（例如歸檔、備份、冷資料），則雙奇偶校驗非常合適。對於大規模順序寫入模式（例如備份、歸檔），一個非常好的選擇是將鏡像和奇偶校驗結合在單一磁碟區上，這樣寫入作業會先進入鏡像部分，然後在背景「過濾」到奇偶校驗部分。

El 最大建議尺寸 Azure 本機儲存體中每個磁碟區的最大儲存容量通常為 64 TB。請注意，磁碟區的大小（可用容量）與其面積不同，面積是指它在儲存池中佔用的實體儲存空間。例如，三重鏡像卷所佔用的面積大約是其自身大小的三倍。

容量預留和規模範例

為了使儲存空間直通 本地修復數據 磁碟故障後，在儲存池中保留未分配容量至關重要。這種預留空間允許系統在磁碟發生故障時立即將受影響的資料遷移到同一叢集中的其他磁碟，而無需立即實際更換故障磁碟。

一般而言，建議預留等值的金額。 每台伺服器一個容量單元，最多四個您可以根據需要預留更多空間，但通常情況下，這個最低限額可以確保立即進行本地並行修復。例如，兩台伺服器每台配備 1TB 硬碟，則需要預留 2TB 空間；三台伺服器則需要預留 3TB；四台或更多伺服器則需要預留 4TB。

假設一個由四個節點組成的集群，每個節點配備多個快取單元和十六塊 2TB 的硬碟用於儲存容量。這樣，總共有 4 × 16 × 2TB = 128TB 的原始容量。其中，預留四塊 2TB 的硬碟（每台伺服器一塊）用於系統修復，即 8TB，剩餘 120TB 的容量可用於建立磁碟區。

假設您需要託管幾個非常活躍的虛擬機，此外還需要一個存放舊文件和備份的冷儲存區塊。您可以建立四個 12 TB 的磁碟區：前兩個使用 ReFS 檔案系統並採用三重鏡像（用於虛擬機器），後兩個使用 NTFS 檔案系統並採用雙奇偶校驗（用於歸檔）。兩個三重鏡像磁碟區將分別佔用 12 TB × 3 = 36 TB 的空間，而兩個雙奇偶校驗卷在 50% 的效率下，將分別佔用 24 TB 的空間。 36 + 36 + 24 + 24 的總和剛好等於 120 TB，完全符合可用物理容量。

實際上，Windows 以二進位單位 (TiB) 而不是十進位 TB 來表示這些數量，因此標稱 2 TB 的磁碟顯示為略小於 1,82 TiB，全域池也顯示為「較低」的值，這完全正常。

綜上所述，很明顯，Storage Spaces 和 Storage Spaces Direct 提供非常全面的服務範圍。 建立彈性卷的選項 幾乎適用於任何場景：從簡單的雙磁碟鏡像家庭群組，到具有嵌套彈性的雙節點集群，再到結合三重鏡像、雙重奇偶校驗以及SSD和HDD之間分層卷的多伺服器環境。透過選擇合適的彈性類型、規劃卷的數量和大小、預留足夠的容量，並利用Windows Admin Center和PowerShell等工具，無需依賴專有SAN，即可建立靈活、可擴展且高可用的儲存平台。