Was ist Microsoft Storage Spaces Direct (S2D)?

Kombination aus schnellen NVMe/SSDs und kosteneffizienten HDDs für eine optimale Balance zwischen Leistung und Kapazität. Hot Data werden bevorzugt auf SSDs gespeichert, während Cold Data auf HDDs abgelegt werden. Die SSDs dienen zudem als Cache, um Schreib- und Lesezugriffe zu beschleunigen. Diese Technologie sorgt für eine effiziente Nutzung aller Speicherressourcen und verhindert, dass einzelne Laufwerke überlastet oder ungenutzt bleiben.

Storage Spaces Direct (S2D) verwendet eine intelligente Datenverteilung, um sicherzustellen, dass alle verfügbaren Speichergeräte effizient genutzt werden. Dies geschieht durch eine Kombination aus Lastverteilung, automatischem Tiering und Speicheroptimierung:

1. Automatische Lastverteilung

   • S2D erkennt die Auslastung einzelner Datenträger und verteilt eingehende Schreib- und Leseanforderungen dynamisch, sodass keine Festplatte oder SSD überlastet wird.
   • Falls ein Laufwerk stark beansprucht wird, verschiebt das System Daten automatisch, um eine gleichmäßige Lastverteilung zu gewährleisten.

1. Vermeidung von Engpässen

   • Durch die parallele Nutzung aller verfügbaren Speichermedien werden Flaschenhälse reduziert, die in herkömmlichen Speicherlösungen oft durch einzelne überlastete Laufwerke entstehen.
   • Dies verbessert die Gesamtperformance des Clusters, da keine einzelnen Speichermedien zum Engpass werden.

1. Dynamische Speicherplatznutzung

   • S2D verteilt Datenblöcke automatisch über den gesamten Speicherpool, sodass freie Kapazitäten optimal genutzt werden.
   • Dadurch wird verhindert, dass einzelne Laufwerke nahezu voll sind, während andere noch ungenutzte Kapazitäten aufweisen.

Storage Spaces Direct (S2D) gewährleistet hohe Ausfallsicherheit durch Mirroring und Erasure Coding. Daten werden entweder zweifach oder dreifach gespiegelt, sodass sie bei Laufwerksausfällen weiterhin verfügbar sind. Alternativ kann Erasure Coding genutzt werden, um Speicherplatz effizienter zu nutzen, indem Paritätsinformationen zur Wiederherstellung gespeichert werden.

S2D schützt nicht nur vor Laufwerksausfällen, sondern auch vor Serverausfällen, indem Daten über mehrere Knoten repliziert werden. Bei einem Ausfall übernimmt ein anderer Cluster-Knoten automatisch die Workloads, wodurch keine Downtime entsteht. Defekte Komponenten werden nahtlos ersetzt, und das System rekonstruiert verlorene Daten automatisch, um die Redundanz wiederherzustellen.

Storage Spaces Direct (S2D) kann die Investitionskosten senken, da es keine proprietäre SAN- oder NAS-Hardware benötigt, sondern auf handelsüblichen x86-Servern läuft. Die Skalierung erfolgt flexibel durch Hinzufügen von Laufwerken oder Servern, wodurch teure Überkapazitäten vermieden werden. Zudem sind keine zusätzlichen Storage-Lizenzen nötig, da S2D in Windows Server Datacenter integriert ist, was Wartungs- und Verwaltungskosten reduziert.

S2D nutzt das Cluster-Aware Updating (CAU), um Windows-Updates ohne Ausfallzeiten durchzuführen. Dabei werden einzelne Knoten im Cluster nacheinander aktualisiert, während die anderen weiterhin den Betrieb aufrechterhalten.

1. Schrittweise Aktualisierung: Ein Knoten wird aus dem Cluster entfernt, erhält das Update und startet neu, bevor er wieder in den Verbund aufgenommen wird. Danach folgt der nächste Knoten.
   
   
2. Automatischer Workload-Shift: Während der Aktualisierung übernimmt das Cluster automatisch die laufenden Workloads, um Datenverfügbarkeit und Betriebsstabilität zu gewährleisten.
   
   
3. Kein manueller Eingriff nötig: Das Update erfolgt automatisiert über Windows Admin Center oder PowerShell, wodurch Wartungsaufwand und Risiken durch manuelle Fehler minimiert werden.

Diese Methode sorgt dafür, dass Updates regelmäßig und sicher eingespielt werden, ohne dass Anwendungen oder virtuelle Maschinen beeinträchtigt werden.

Seit der Einführung in Windows Server 2016 stetig weiterentwickelt, mit Verbesserungen in Performance, Skalierbarkeit und Verwaltung, insbesondere durch Features wie Performance History Tracking und verbesserte Resilienzmechanismen.

S2D ermöglicht eine stufenlose Erweiterung der Speicherkapazität, indem entweder zusätzliche Laufwerke in bestehende Server integriert oder weitere Serverknoten dem Cluster hinzugefügt werden.

1. Vertikale Skalierung: Innerhalb eines bestehenden Servers können NVMe, SSDs oder HDDs hinzugefügt werden, wodurch der Speicherpool wächst, ohne dass neue Hardware angeschafft werden muss.
   
   
2. Horizontale Skalierung: Durch das Hinzufügen neuer Serverknoten erweitert sich nicht nur der Speicherplatz, sondern auch die Rechenleistung und Netzwerkbandbreite, ohne bestehende Workloads zu beeinträchtigen.
   
   
3. Automatische Integration: Neue Ressourcen werden automatisch erkannt und in den Cluster integriert, ohne dass manuelle Konfigurationen erforderlich sind.
   
   
4. Bedarfsgerechte Anpassung: Unternehmen können mit einer kleinen Konfiguration starten und das System schrittweise an steigende Anforderungen anpassen, wodurch Überinvestitionen vermieden werden.

S2D nutzt NVMe-Speicher für extrem schnelle Zugriffszeiten und RDMA (Remote Direct Memory Access), um Daten mit minimaler Latenz zwischen den Cluster-Knoten zu übertragen. Diese Technologien ermöglichen direkte Speicherkommunikation ohne Umwege über das Betriebssystem, reduzieren die CPU-Belastung und steigern die Effizienz in virtualisierten Umgebungen und datenintensiven Workloads.