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.