Qu’est-ce que Storage Spaces Direct (S2D) ?

Chaque disque dur finit tôt ou tard par être rempli. Pour expliquer les choses sim­ple­ment, Storage Spaces Direct fusionne lo­gi­que­ment plusieurs disques durs afin qu’ils ap­pa­rais­sent comme un seul et unique lecteur de grande taille pour l’uti­li­sa­teur. Ce dernier n’a plus à se soucier du lieu de stockage physique de ses données, sachant que le système de fichiers S2D est géré au­to­ma­ti­que­ment par les serveurs. Cela impose des exigences élevées aux com­po­sants utilisés du point de vue de la tolérance aux pannes.

Storage Spaces Direct réunit les supports de stockage de dif­fé­rents serveurs Windows au sein d’un cluster de stockage et ensuite divise celui-ci en lecteurs logiques qui sont partagés avec les uti­li­sa­teurs. Le logiciel s’occupe de contrôler les lecteurs, ce qui requiert une con­fi­gu­ra­tion ma­té­rielle par­ti­cu­lière.

Storage Spaces Direct (S2D) est une solution de software-defined storage de Windows Server 2016, ce qui veut dire qu’elle ne fonc­tionne pas sur tous les PC sous Windows. Cette tech­no­lo­gie repose sur les espaces de stockage in­tro­duits par Microsoft dans Windows Server 2012, qui em­ployaient encore à l’époque le Scale-Out File Server (SOFS), un serveur de fichiers à montée en charge ho­ri­zon­tale.

Pour utiliser Storage Spaces Direct (S2D), il faut plusieurs disques durs dans un serveur ou plusieurs serveurs ayant chacun un ou plusieurs disques durs. Les serveurs sont connectés entre eux par Ethernet, autrement dit il n’y a pas besoin de câbles spéciaux. Pour les disques, il faut au choix des disques durs clas­siques (HDD), des SSD ou des cartes mémoires NVMe.

Pour que les com­po­sants matériels utilisés fonc­tion­nent ensemble sans heurts, tous les appareils et pilotes né­ces­si­tent un cer­ti­fi­cat Windows Server 2016 pour l’uti­li­sa­tion de Storage Spaces Direct.

Microsoft fournit une liste de serveurs pré­con­fi­gu­rés de dif­fé­rents fa­bri­cants qui rem­plis­sent les critères imposés aux systèmes hy­per­con­ver­geants Windows Server 2016.

Il est également permis d’assembler soi-même des com­po­sants adéquats. Dans pareil cas, les com­po­sants doivent être certifiés par le Software-Defined Data Center (SDDC) de Microsoft.

S’agissant des pro­ces­seurs des serveurs, l’Intel Nehalem ou l’AMD EPYC, par exemple, satisfont à la con­fi­gu­ra­tion minimale. Outre l’espace de stockage requis pour un serveur Windows aux exigences iden­tiques, un nœud S2D requiert 4 Go de RAM par To de cache.

Les disques durs et SSD peuvent être raccordés par SAS ou SATA. Les pé­ri­phé­riques USB ne sont pas pris en charge. L’emploi de con­trô­leurs RAID n’est pas autorisé non plus, car le contrôle du matériel passe obli­ga­toi­re­ment par la couche lo­gi­cielle de Storage Spaces Direct. Les lecteurs doivent être branchés phy­si­que­ment au serveur, ce qui exclut les serveurs NAS (Network Attached Storage).

Pour stocker des données qui sont fré­quem­ment con­sul­tées ou modifiées, il est conseillé d’installer des SSD dans les serveurs. Ces SSD doivent être des « En­ter­prise SSD » disposant d’une fonction de Power Loss Pro­tec­tion pour éviter que le système de fichiers ne soit endommagé en cas de coupure de courant. En cas d’usage de disques SSD ou de cartes NVMe, tous les lecteurs d’un nœud doivent être du même type.

Pour la com­mu­ni­ca­tion au sein d’un cluster, les nœuds doivent être reliés au moins par un réseau 10 Gbit. Les cartes réseau doivent prendre en charge RDMA (Remote Direct Memory Access) avec les pro­to­coles RoCE ou iWARP. Con­cer­nant le rac­cor­de­ment des postes de travail au réseau, les spé­ci­fi­ca­tions ha­bi­tuelles pour les réseaux basés sur Windows Server s’ap­pli­quent.

Les espaces de stockage direct con­vien­nent idéa­le­ment pour étendre de manière flexible des capacités de stockage en réseau et pour garantir une haute sécurité des données lors des pannes ma­té­rielles. Les données peuvent être mises à la dis­po­si­tion de plusieurs sites de l’en­tre­prise si­mul­ta­né­ment (une connexion réseau rapide entre les sites est alors requise).

Un autre champ d’ap­pli­ca­tion est celui des machines vir­tuelles fondées sur la tech­no­lo­gie Hyper-V, qui de­vien­nent beaucoup plus évo­lu­tives grâce à S2D. Plusieurs machines vir­tuelles peuvent par exemple accéder aux mêmes données.

Storage Spaces Direct est une solution de software-defined storage dans laquelle un logiciel s’occupe de gérer les supports de stockage matériels. Les capacités de stockage et les avantages tech­niques des dif­fé­rents supports peuvent ainsi être mu­tua­li­sés de manière centrale même s’ils sont raccordés sé­pa­ré­ment à dif­fé­rents serveurs. Les serveurs et stockages sont réunis au sein d’un cluster Storage Spaces Direct.

En présence de tech­no­lo­gies de stockage dif­fé­rentes, le logiciel décide tout seul quelles données en­tre­po­ser sur quel matériel. Les fichiers utilisés très fré­quem­ment sont stockés sur des cartes NVMe, les fichiers modifiés ré­gu­liè­re­ment sur des SSD, et enfin les fichiers de sau­ve­garde et les données rarement con­sul­tées sur des disques durs clas­siques.

Pour le cache, le mieux est aussi d’utiliser des SSD ou NVMe. Pour les uti­li­sa­teurs du réseau, le cluster apparaît comme partage réseau. Ces derniers n’ont pas à s’inquiéter de savoir quelles données se trouvent sur quel matériel.

L’ad­mi­nis­tra­tion est réalisée sur le serveur au moyen de l’outil graphique « Server Manager » du système d’ex­ploi­ta­tion Windows Server 2016 ou via la ligne de commande. Lors de l’ins­tal­la­tion du cluster Storage Spaces Direct, tous les disques durs des serveurs sont d’abord réunis dans un pool de stockage. Il est essentiel que seuls les lecteurs sur lesquels sont stockées des données uti­li­sa­teur soient inclus dans le cluster. Les lecteurs de système d’ex­ploi­ta­tion des serveurs restent in­dé­pen­dants.

Les disques durs et disques à semi-con­duc­teurs uti­li­sables sont au­to­ma­ti­que­ment reconnus et ajoutés. De cette manière, il est possible d’ajouter ul­té­rieu­re­ment des disques durs et serveurs sup­plé­men­taires au cluster et d’augmenter la capacité de stockage en fonction des besoins. Dans chaque nœud, en plus du disque dur système, jusqu’à quatre lecteurs de données et deux lecteurs de cache peuvent être installés.

Sur le cluster tout juste constitué, des disques virtuels appelés Cluster Shared Volume (CSV) sont créés. Ces CSV sont ensuite formatés et deux systèmes de fichiers sont possibles. Microsoft re­com­mande le système de fichiers ré­si­lients CSV-ReFS, qui est mieux adapté à la tech­no­lo­gie Storage Spaces Direct que le CSV-NTFS, basé sur le NTFS classique pour les disques durs. Les CSV peuvent s’étendre sur plusieurs disques matériels, ce qui n’a aucune incidence pour l’uti­li­sa­teur et est géré ex­clu­si­ve­ment par le système.

Chaque nœud S2D peut avoir une capacité de stockage maximale de 100 To. Un pool de stockage de plusieurs serveurs est limité à une capacité maximale de 1 Po (1 pétaoctet = 1 024 To), bien que Storage Spaces Direct autorise jusqu’à 16 serveurs.

La com­mu­ni­ca­tion réseau entre les nœuds s’opère via le protocole SMB3, une version évoluée de Server Message Block (SMB) avec SMB Direct et SMB Mul­ti­chan­nel.

Storage Spaces Direct offre avec la fonc­tion­na­lité « cluster de bas­cu­le­ment » de Windows Server 2016 un moyen de protéger les données stockées contre les pannes ma­té­rielles. Si un disque dur ou un nœud entier subit une avarie, aucune donnée n’est perdue et le système continue à tourner nor­ma­le­ment. La plupart du temps, les uti­li­sa­teurs ne s’aper­çoi­vent de rien.

Dans un cluster ne contenant que deux nœuds, il se produit une mise en miroir double qui syn­chro­nise les données des deux nœuds, de sorte qu’un nœud ou un disque dur peut défaillir com­plè­te­ment sans en­dom­ma­ger les données.

À partir de trois nœuds, il est conseillé de réaliser une mise en miroir triple. Dans ce cas de figure, l’un des trois nœuds peut tomber en panne et sur un autre plusieurs disques durs peuvent refuser le service. Cependant, à aucun instant il ne doit y avoir plus de la moitié des lecteurs de données de touchés, sous peine de com­pro­mettre l’intégrité des données. Cela n’est pas valable pour une panne de disque dur de système d’ex­ploi­ta­tion, qui s’assimile à une panne de serveur.

• Ex­cel­lente évo­lu­ti­vité : ajout facile de serveurs sup­plé­men­taires.
• Haute dis­po­ni­bi­lité grâce à une mise en miroir des données : les pannes ma­té­rielles n’en­traî­nent pas de perte des données.
• Con­trai­re­ment aux solutions com­pa­rables d’autres four­nis­seurs, du matériel serveur standard peut être employé dès lors qu’il est certifié par Microsoft.
• Le système est optimisé pour les serveurs SQL et vir­tua­li­sa­tions avec Hyper-V.