Cos’è Storage Spaces Direct (S2D)?

Qualunque disco rigido arriva, prima o poi, ai limiti della propria capacità. Storage Spaces Direct è, per sem­pli­fi­ca­re, un metodo che permette di accorpare in modo logico più dischi rigidi in modo tale che appaiano all’utente come un unico grande disco. Non bisogna più pre­oc­cu­par­si del luogo di ar­chi­via­zio­ne fisico dei propri dati, poiché il file system S2D viene gestito au­to­ma­ti­ca­men­te dai server. Questo pone elevate esigenze di af­fi­da­bi­li­tà dei com­po­nen­ti uti­liz­za­ti.

Storage Spaces Direct permette di unire gli archivi dati di diversi server Windows in un unico cluster di ar­chi­via­zio­ne e, suc­ces­si­va­men­te, di dividere il cluster in unità logiche che vengono condivise con gli utenti. La gestione delle unità è affidata al software, e questo rende ne­ces­sa­rio osservare de­ter­mi­na­ti requisiti per la scelta dell’hardware.

Storage Spaces Direct (S2D) è una soluzione Software Defined Storage esclusiva di Windows Server 2016 e, pertanto, non ap­pli­ca­bi­le su tutti i PC con Windows. La tec­no­lo­gia si basa sugli Storage Spaces che sono stati in­tro­dot­ti da Microsoft con Windows Server 2012, all’epoca ancora con lo Scale-Out File Server (SOFS), un file server a sca­la­bi­li­tà oriz­zon­ta­le.

Per uti­liz­za­re Storage Spaces Direct (S2D) sono necessari più dischi rigidi in un server oppure più server con uno o più dischi rigidi ciascuno. I server possono essere collegati tramite Ethernet, per cui non sono necessari cavi par­ti­co­la­ri. Come unità sono adatte i classici dischi rigidi (HDD), i dischi SSD oppure le schede di memoria NVMe.

Affinché i com­po­nen­ti hardware impiegati possano in­te­ra­gi­re cor­ret­ta­men­te, Storage Spaces Direct richiede che tutti i di­spo­si­ti­vi e i driver di Microsoft abbiano un cer­ti­fi­ca­to Windows Server 2016.

Microsoft fornisce un elenco di server pre­con­fi­gu­ra­ti di diversi pro­dut­to­ri che sod­di­sfa­no i criteri per Windows Server 2016 – i sistemi iper­con­ver­gen­ti. Inoltre c’è la pos­si­bi­li­tà di as­sem­bla­re au­to­no­ma­men­te i com­po­nen­ti idonei. In questo caso, è con­si­glia­bi­le uti­liz­za­re com­po­nen­ti cer­ti­fi­ca­ti in base al Software-Defined Data Center (SDDC) di Microsoft.

I requisiti minimi per i pro­ces­so­ri uti­liz­za­ti nei server sono sod­di­sfat­ti dal Nehalem di Intel o dall’equi­va­len­te AMD EPYC. Oltre allo spazio di ar­chi­via­zio­ne richiesto da un singolo server Windows con pari requisiti, un nodo Storage Spaces Direct necessita di 4 GB di RAM per ogni TB di capacità dell’unità cache.

I dischi rigidi e le unità SSD possono essere collegati tramite SAS o SATA, mentre le unità USB non vengono sup­por­ta­te. Non è possibile nemmeno uti­liz­za­re con­trol­lo­ri RAID, poiché il controllo dell’hardware avviene esclu­si­va­men­te at­tra­ver­so il livello software di Storage Spaces Direct. Le unità devono essere collegate fi­si­ca­men­te al server, gli storage di rete (NAS = Network Attached Storage) non possono essere integrati.

Per il sal­va­tag­gio dei dati che vengono ri­chia­ma­ti o mo­di­fi­ca­ti di frequente, è con­si­glia­bi­le integrare nei server delle unità SSD. A questo scopo è ne­ces­sa­rio uti­liz­za­re unità SSD En­ter­pri­se che sup­por­ta­no una fun­zio­na­li­tà di Power Loss Pro­tec­tion, vale a dire che non causano errori nel file system in caso di in­ter­ru­zio­ne dell’ali­men­ta­zio­ne elettrica. Se si uti­liz­za­no unità SSD o NVMe, tutte le unità collegate in un nodo devono essere dello stesso tipo.

Per la co­mu­ni­ca­zio­ne all’interno di un cluster, i singoli nodi devono essere collegati almeno tramite una rete a 10 GBit. Le schede di rete uti­liz­za­te devono sup­por­ta­re RDMA (Remote Direct Memory Access) con i pro­to­col­li RoCE o iWARP. Per il col­le­ga­men­to delle po­sta­zio­ni di lavoro alla rete valgono le spe­ci­fi­che standard per le reti basate su Windows Server.

Storage Spaces Direct rap­pre­sen­ta una soluzione ottimale quando è ne­ces­sa­rio ampliare in modo fles­si­bi­le le capacità di memoria nella rete e garantire un’elevata sicurezza dei dati in caso di guasti dell’hardware. Questo permette di mettere a di­spo­si­zio­ne i dati in diverse sedi aziendali con­tem­po­ra­nea­men­te, a con­di­zio­ne che le sedi siano collegate con una con­nes­sio­ne di rete veloce.

Un altro ambito di utilizzo sono le macchine virtuali basate sulla tec­no­lo­gia Hyper-V nella rete che, grazie a Storage Spaces Direct, risultano molto più scalabili. Ad esempio, in questo modo più macchine virtuali possono accedere agli stessi dati.

Storage Spaces Direct (S2D) è una soluzione Software-Defined Storage nella quale la gestione dei supporti di ar­chi­via­zio­ne hardware viene affidata a un software. In questo modo è possibile cen­tra­liz­za­re le capacità di ar­chi­via­zio­ne e i vantaggi tecnici dei singoli supporti dati, anche se questi sono collegati a server diversi e in luoghi fi­si­ca­men­te separati. I server e le memorie vengono quindi accorpati in un unico cluster di Storage Spaces Direct.

Se si uti­liz­za­no diverse tec­no­lo­gie di ar­chi­via­zio­ne, il software decide au­to­no­ma­men­te quali dati vengono ar­chi­via­ti in quale hardware. I file uti­liz­za­ti di frequente vengono ar­chi­via­ti in memorie NVMe veloci (se di­spo­ni­bi­li), i file elaborati a cadenza periodica vengono ar­chi­via­ti su unità SSD, mentre i file di backup e i dati ri­chia­ma­ti di rado vengono ar­chi­via­ti su dischi rigidi tra­di­zio­na­li. Anche come cache è con­si­glia­bi­le uti­liz­za­re unità SSD o NVMe.

Per gli utenti nella rete, l’intero cluster appare come una con­di­vi­sio­ne di rete. Gli utenti non devono infatti pre­oc­cu­par­si di quali dati sono ar­chi­via­ti su quale hardware.

L’am­mi­ni­stra­zio­ne avviene sul server mediante il tool grafico “Server Manager” del sistema operativo Windows Server 2016 oppure tramite la riga di comando. Durante l’in­stal­la­zio­ne del cluster di spazi di ar­chi­via­zio­ne diretta, tutti i dischi rigidi dei vari server vengono dapprima accorpati in un pool di ar­chi­via­zio­ne. Molto im­por­tan­te è che nel cluster vengano collegate solo le unità sulle quali vengono ar­chi­via­ti i dati degli utenti. Le unità del sistema operativo del server rimangono in­di­pen­den­ti.

I dischi rigidi e le memorie a se­mi­con­dut­to­ri uti­liz­za­bi­li vengono ri­co­no­sciu­ti au­to­ma­ti­ca­men­te e aggiunti. Al cluster possono quindi essere aggiunti suc­ces­si­va­men­te altri dischi rigidi e server, così da scalare la capacità di ar­chi­via­zio­ne in base alle necessità. In ciascun nodo è possibile integrare, oltre al disco rigido di sistema, fino a quattro unità di dati e due unità cache.

Sul nuovo cluster vengono suc­ces­si­va­men­te creati dei dischi virtuali che, in questo caso, vengono de­no­mi­na­ti Cluster Shared Volume (CSV). Questi CSV vengono quindi for­mat­ta­ti e per­met­to­no di uti­liz­za­re due file system. Microsoft consiglia il CSV ReFS (Resilient File System), che offre una migliore com­pa­ti­bi­li­tà con la tec­no­lo­gia degli spazi di ar­chi­via­zio­ne diretta rispetto al CSV NTFS basato sul classico NTFS per dischi rigidi. I CSV possono esten­der­si su varie unità hardware, aspetto che, per l’utente, risulta to­tal­men­te ir­ri­le­van­te, dato che viene gestito esclu­si­va­men­te dal sistema.

Ogni singolo nodo Storage Spaces Direct può avere una capacità di ar­chi­via­zio­ne totale di massimo 100 TB. Un pool di ar­chi­via­zio­ne composto da vari server può uti­liz­za­re soltanto una capacità massima di 1 PB (PetaByte = 1.024 TB), sebbene Storage Spaces Direct (S2D) ammetta fino a 16 server.

La co­mu­ni­ca­zio­ne di rete tra i singoli nodi avviene tramite il pro­to­col­lo SMB3, un’evo­lu­zio­ne del Server Message Block (SMB) con SMB Direct e SMB Mul­ti­chan­nel.

Con la fun­zio­na­li­tà Failover Cluster Feature in Windows Server 2016, Storage Spaces Direct offre proprie modalità per pro­teg­ge­re i dati ar­chi­via­ti in caso di problemi dell’hardware. In caso di errore di un disco rigido o di un intero nodo, non si verifica alcuna perdita di dati e il sistema nel suo complesso rimane fun­zio­nan­te. Nella maggior parte dei casi, gli utenti non si accorgono affatto del problema dell’hardware.

Se in un cluster sono presenti solo due nodi, viene eseguito un mirroring a due vie che sin­cro­niz­za i dati di entrambi i nodi, rendendo così tol­le­ra­bi­le il guasto completo di un nodo o di un disco rigido. A partire da tre nodi è con­si­glia­bi­le un mirroring a tre vie. In questo caso, la tol­le­ran­za è garantita anche qualora uno dei tre nodi diventi to­tal­men­te inattivo e uno o più dischi in un altro nodo smettano di fun­zio­na­re.

Il problema non può tuttavia in­te­res­sa­re con­tem­po­ra­nea­men­te più della metà di tutte le unità di ar­chi­via­zio­ne, poiché al­tri­men­ti non è più possibile garantire la coerenza dei dati. Questo non vale in caso di guasto di un disco rigido del sistema operativo, equi­pa­ra­bi­le a un mal­fun­zio­na­men­to del server.

• Buona sca­la­bi­li­tà, pos­si­bi­li­tà di ag­giun­ge­re fa­cil­men­te altri server.
• Elevata di­spo­ni­bi­li­tà grazie al mirroring dei dati; i problemi dell’hardware non causano la perdita dei dati.
• Al contrario di quanto avviene con soluzioni simili di altri pro­dut­to­ri, è possibile uti­liz­za­re hardware per server standard, a con­di­zio­ne che siano cer­ti­fi­ca­ti Microsoft.
• Il sistema è ot­ti­miz­za­to per server SQL e vir­tua­liz­za­zio­ni con macchine Hyper-V.