Funzionamento e configurazione degli Spazi di archiviazione in Windows Server 2016

Gli Spazi di archiviazione (Storage Spaces) sono stati introdotti per la prima volta in Windows Server 2012 e permettono di ottimizzare l’utilizzo di dischi fisici, ad esempio aumentando la ridondanza o la scalabilità. Per certi versi ricordano il precedente concetto di dischi dinamici e di mirroring software tramite Gestione disco, ma si tratta di una tecnologia differente, più efficace sotto molti punti di vista.
Ulteriori informazioni possono essere trovate a questa pagina:
Microsoft TechNet – Panoramica di Spazi di archiviazione
In questo articolo tratteremo esclusivamente gli spazi dei nomi disponibili in Windows Server 2016, quindi in altre versioni di Windows potrebbero non essere disponibili tutte le funzionalità illustrate.

Struttura
Gli spazi di archiviazione sono composti da tre livelli:
– Pool di archiviazione (Storage Pool)
– Disco virtuale (Virtual Disk)
– Volume

Prima di poter utilizzare dei dischi fisici con gli spazi di archiviazione è necessario aggiungerli ad un pool di archiviazione (o crearne uno nuovo) utilizzando la console degli spazi di archiviazione in Server Manager.

Per ogni disco fisico da aggiungere si può selezionare un diverso metodo di allocazione:
– Automatico: Il disco verrà utilizzato automaticamente per i dischi virtuali
– Riserva a caldo (Hot Spare): Il disco rimarrà disponibile nel pool ma non verrà utilizzato. Questa opzione viene utilizzata per lasciare un disco in pronta sostituzione in caso di eventuali guasti con uno dei dischi appartenenti al pool.
– Manuale: Il disco potrà essere utilizzato per l’archiviazione di dischi virtuali semplici, ma non verrà utilizzato automaticamente. Questa opzione generalmente viene impiegata in tutti quei casi in cui è necessario avere dischi fisici dedicati e quindi una correlazione diretta tra dischi virtuali e dischi fisici, ma richiede una gestione manuale costante anche per eventuali guasti.
Quest’ultimo tipo di allocazione non può essere utilizzata per dischi fisici che devono contenere dischi virtuali in mirror o in parity, inoltre non dovrebbe essere utilizzata in pool che già utilizzano dischi in allocazione automatica.

In questo test sono stati aggiunti due dischi in allocazione manuale ad un pool quindi si è tentato di creare un disco virtuale in mirror:

Quindi un pool di archiviazione è una sorta di semplice raggruppamento dei dischi fisici che si intendono utilizzare per gli spazi di archiviazione, mentre i dischi fisici non assegnati ad alcun pool di archiviazione rimangono raggruppati alla voce predefinita “Primordial”.
Selezionando ogni pool è possibile vedere nel riquadro in basso a destra i dischi fisici aggiunti e le relative proprietà, ad esempio allocazione scelta o tipologia.
Infatti è possibile aggiungere dischi di diversa tipologia (ad esempio combinare SSD o HDD tradizionali) a patto che questi vengano tutti riconosciuti direttamente da Windows (porte SATA, SAS, JBOD), ovvero senza controller dedicati (come nel caso di schede RAID hardware).

E’ possibile creare i dischi virtuali nel pool sempre tramite la console degli spazi di archiviazione.

In fase di creazione, se il pool contiene dischi contrassegnati con tipologie differenti (SSD, HDD), è possibile abilitare facoltativamente anche i livelli di archiviazione (o storage tiers). Questa funzione permette di allocare automaticamente i file che vengono utilizzati più frequentemente nello spazio gestito dai dischi più veloci. Per assegnare la tipologia ai dischi fisici è necessario utilizzare il cmdlet Set-PhysicalDisk, in caso contrario saranno tutti di tipo “Unspecified”.
Ulteriori informazioni possono essere trovate qui:
Blog TechNet – Storage Spaces: How to configure Storage Tiers with Windows Server 2012 R2
Per specificare manualmente i file da memorizzare nello spazio gestito dai dischi più veloci, è possibile invece utilizzare il cmdlet Set-FileStorageTier.

A questo punto è necessario selezionare il layout di archiviazione per il nuovo disco virtuale, ovvero una sorta di livello RAID.

Solo il Mirror e il Parity consentono di non avere perdite di dati in caso di guasti ad uno o più dischi fisici appartenenti al pool di archiviazione.
Un altro passaggio importante è quello del provisioning dello spazio.
E’ possibile scegliere tra:
– Thin: L’allocazione dello spazio per il disco virtuale avviene dinamicamente fino alla saturazione dello spazio disponibile nel pool. Questo è il metodo che offre il maggior livello di flessibilità, ma ha prestazioni inferiori ed aumenta la complessità della configurazione (rischi di overprovisioning).
– Fisso (Fixed): L’allocazione dello spazio viene eseguita immediatamente.
Queste due tipologie sono del tutto simili a quelle del provisioning degli hard disk virtuali di Hyper-V.
In questa simulazione è stato creato un disco virtuale in mirror con allocazione Thin da 1 TB su un pool che attualmente offre uno spazio totale di 380 GB (circa 190 GB per dischi in mirror). Notare che per Windows il volume contenuto nel disco virtuale ha effettivamente una capacità massima di 1 TB quindi, quando l’effettiva allocazione arriverà al livello massimo, sarà necessario aggiungere dischi fisici al pool.

Una volta creato anche il disco virtuale quest’ultimo sarà effettivamente visibile come un nuovo singolo hard disk in Gestione disco, ma sarà necessario crearci all’interno uno o più volumi per rendere lo spazio effettivamente utilizzabile da Windows.
Per eseguire l’operazione consiglio di utilizzare sempre la console degli spazi di archiviazione, soprattutto se si è scelto un provisioning di tipo Thin.

Questi volumi potranno essere formattati in NTFS o con il nuovo ReFS.
Per ulteriori informazioni su quest’ultimo filesystem vedere:
Windows IT Pro Center – Panoramica del file system ReFS (Resilient File System)
Anche se Windows non impedisce l’operazione, salvo rari casi, sconsiglio fortemente di provare a gestire i dischi degli spazi di archiviazione con Gestione disco.

Gestione dei guasti
Nel caso di dischi virtuali con resilienza dei dati (mirror, parity) è supportato anche un numero massimo di guasti con i dischi fisici (ad esempio 1 disco in caso di mirror a 2 dischi o parity a 3 dischi) senza avere perdite di dati nei volumi.

Se non sono presenti dischi per il recupero automatico (dischi aggiuntivi impostati come Hot Spare), sarà necessario procedere il prima possibile con una riparazione manuale:
– Sostituire fisicamente il disco danneggiato
– Aggiungere il nuovo disco al pool di archiviazione degradato
– Posizionarsi sull’area in basso a destra e rimuovere il vecchio disco danneggiato dal pool utilizzando il tasto destro del mouse (si tratta solo di una visualizzazione in quanto fisicamente il disco è stato già rimosso)
Windows utilizza automaticamente i nuovi dischi aggiunti al pool (con allocazione automatica) per ricostruire il disco virtuale, quindi in fase di eliminazione di un disco danneggiato il pool deve già contenere il disco sostitutivo.
– Selezionare l’opzione di riparazione del disco virtuale e attendere che torni nello stato di integrità.

La configurazione degli spazi di archiviazione viene memorizzata direttamente sui dischi fisici, quindi generalmente sono accessibili anche da altre versioni di Windows che hanno il supporto a questa funzionalità.
Tuttavia, per consentire un utilizzo completo dello spazio di archiviazione, è necessario eseguire l’importazione:
Windows Server 2012: How to Import a Storage Pool on Another Server
In questo esempio, un sistema con Windows Server 2016 ha avuto un danneggiamento con il disco di sistema e con uno dei dischi del pool dove era archiviato un disco virtuale in parity.
Inserendo i due dischi rimanenti in un computer Windows 10 è stato possibile accedere ugualmente ai dati.

Come si può notare dalla schermata precedente, la pagina degli spazi di archiviazione di Windows 10 informa che è possibile eseguire un “upgrade del pool di archiviazione” per aggiungere il supporto a nuove funzioni, questo perché la versione di Windows Server 2016 utilizzata per creare il pool è come release per gli spazi di archiviazione meno recente rispetto alla versione di Windows 10 utilizzata.
Prima di aggiornare la versione di un pool considerare che i sistemi operativi più recenti hanno la retrocompatibilità con pool di archiviazione creati con le versioni precedenti, mentre non è garantito il contrario.
In ogni caso, in caso di dischi virtuali e pool degradati, è sempre consigliabile eseguire l’operazione di recupero direttamente sul sistema operativo dove era stato configurato l’ambiente inizialmente, soprattutto se era stato utilizzato un layout di tipo parity per i dischi virtuali.
Durante le simulazioni eseguite ci sono stati casi in cui un disco virtuale in parity degradato non è risultato leggibile in altri sistemi operativi, quindi consiglio comunque di eseguire sempre un backup anche del disco di sistema utilizzato per creare lo spazio di archiviazione e di utilizzare eventualmente un altro sistema operativo per accedere ai dati solo quando tutti i dischi virtuali si trovano in stato di integrità.

Aggiunta di spazio senza perdita di dati
Per aggiungere, senza perdita di dati, spazio a volumi ospitati negli spazi di archiviazione è necessario aggiungere dischi fisici al pool ed estendere sia il disco virtuale che, eventualmente, il volume contenuto. Fanno ovviamente eccezione i dischi virtuali con un provisioning Thin già opportunamente sovradimensionati come capienza massima, in tal caso è sufficiente solo aggiungere i dischi fisici al pool.
Prima di eseguire l’operazione è comunque fortemente consigliato eseguire un backup di tutti i dati contenuti nei volumi in quanto viene comunque modificata la struttura dello spazio di archiviazione.
Per iniziare aggiungere i nuovi dischi fisici al pool, quindi fare click con il tasto destro del mouse sul disco virtuale e selezionare la voce “Estendi disco virtuale”.
Notare che lo spazio aggiuntivo effettivamente utilizzabile per espandere il disco virtuale potrebbe variare in base al layout utilizzato e al numero e alle caratteristiche dei dischi fisici aggiunti.

Una volta eseguita l’espansione del disco virtuale è possibile eventualmente espandere anche il volume contenuto utilizzando direttamente la sezione “Volumi” di Server Manager. Questo passaggio è equivalente all’espansione di un volume in un classico hard disk che presenta dello spazio non allocato.
L’aggiunta di spazio può essere eseguita anche su dischi virtuali che hanno un provisioning di tipo fisso.
Più complicate invece sono le operazioni di aggiunta di spazio che comportano la totale sostituzione di uno dei dischi del pool, infatti l’operazione può comunque essere eseguita solo con dischi virtuali in mirror o in parity in quanto è necessario procedere come per la sostituzione di un disco danneggiato.

Deduplicazione dati
La funzionalità di deduplicazione dati è supportata anche in volumi archiviati su spazi di archiviazione, ma solo se utilizzano un filesystem di tipo NTFS.
A partire dalla versione 1709 di Windows Server 2016 la deduplicazione sarà supportata anche su volumi formattati in ReFS.
Nonostante la portabilità offerta dagli spazi di archiviazione anche con versioni client di Windows, i file contenuti sottoposti ad ottimizzazione non saranno accessibili da sistemi operativi che non hanno la funzionalità di deduplicazione abilitata, per questo motivo si consiglia di utilizzare sempre la stessa versione di Windows Server per accedere agli spazi di archiviazione.
Per abilitare la deduplicazione dati in Windows Server 2012 o successivi aggiungere la relativa funzione al ruolo File Server tramite Server Manager:

Nelle proprietà dei volumi contenuti nel disco virtuale è possibile vedere la quantità di dati recuperata:


Il processo di deduplicazione dati viene gestito dai task pianificati presenti in Microsoft > Windows > Deduplication.
Per avviare immediatamente un’ottimizzazione avviare manualmente il task “BackgroundOptimization”.

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