¿Qué es Storage Spaces Direct (S2D)?

En algún momento, todos los discos duros acaban lle­ná­n­do­se. Storage Spaces Direct es un método que sirve para unir varios discos duros de manera lógica para que parezcan una sola gran unidad de disco a ojos del usuario. El usuario ya no tiene que preo­cu­par­se por la ubicación física del al­ma­ce­na­mie­n­to de sus datos, ya que los se­r­vi­do­res gestionan el sistema de archivos S2D de forma au­to­má­ti­ca. Este sistema exige una fia­bi­li­dad contra caídas muy elevada por parte de los co­m­po­ne­n­tes empleados.

Storage Spaces Direct, en español, espacio de al­ma­ce­na­mie­n­to directo, permite agrupar los soportes de datos de di­fe­re­n­tes se­r­vi­do­res de Windows en un único clúster de al­ma­ce­na­mie­n­to que luego se divide en unidades de disco lógicas que se habilitan para los usuarios. En este contexto, el software es el encargado de controlar las unidades de disco, lo que implica ciertos re­qui­si­tos a la hora de escoger el hardware.

Storage Spaces Direct (S2D) es un tipo de al­ma­ce­na­mie­n­to definido por software de Windows Server 2016, por lo que no puede ejecutar en cualquier ordenador con Windows. La te­c­no­lo­gía está basada en los espacios de al­ma­ce­na­mie­n­to que Microsoft introdujo ya en Windows Server 2012, en aquel entonces, todavía con el Scale Out File Server (SOFS), un servidor de archivos de escalado ho­ri­zo­n­tal.

Para usar Storage Spaces Direct (S2D) hacen falta varios discos duros en un servidor o varios se­r­vi­do­res con uno o varios discos duros cada uno. Los se­r­vi­do­res pueden co­ne­c­tar­se por Ethernet, así que no hacen falta cables es­pe­cia­les. Como unidades de disco pueden uti­li­zar­se discos duros clásicos (HDD), SSD o tarjetas de memoria NVMe.

Para que los co­m­po­ne­n­tes de hardware in­ter­ac­túen de manera ar­mo­ni­za­da, todos los equipos y co­n­tro­la­do­res de Microsoft necesitan un ce­r­ti­fi­ca­do Windows Server 2016 para usar Storage Spaces Direct. Microsoft cuenta con una lista de se­r­vi­do­res pre­co­n­fi­gu­ra­dos de di­fe­re­n­tes pro­vee­do­res. Todos ellos cumplen los re­qui­si­tos de Windows Server 2016: sistemas hi­pe­r­co­n­ve­r­ge­n­tes. Otra po­si­bi­li­dad es reunir los co­m­po­ne­n­tes adecuados por cuenta propia. En este caso, debes usar co­m­po­ne­n­tes ce­r­ti­fi­ca­dos por el Software-Defined Data Center (SDDC) de Microsoft.

El Intel Nehalem, o el similar AMD EPYC, cumplen los re­qui­si­tos mínimos para pro­ce­sa­do­res usados en los se­r­vi­do­res. Además del espacio de al­ma­ce­na­mie­n­to requerido por un servidor Windows que cumpla los mismos re­qui­si­tos, un nodo Storage Spaces Direct necesita 4 GB de memoria RAM por cada TB de caché de la unidad de disco.

Los discos duros o SSD pueden co­ne­c­tar­se mediante SAS o SATA. Las unidades USB no son co­m­pa­ti­bles y tampoco pueden uti­li­zar­se co­n­tro­la­do­res RAID, ya que la ac­ti­va­ción del hardware se realiza ex­clu­si­va­me­n­te a través de la capa de software de Storage Spaces Direct. Las unidades de disco deben estar co­ne­c­ta­das fí­si­ca­me­n­te al servidor, no es posible integrar espacios de al­ma­ce­na­mie­n­to de red (NAS, Network Attached Storage).

Para guardar datos a los que se accede a menudo o que se modifican con fre­cue­n­cia, lo más re­co­me­n­da­ble es usar SSD en los se­r­vi­do­res. En este caso, deben usarse SSD En­te­r­pri­se co­m­pa­ti­bles con Power Loss Pro­te­c­tion, es decir, unas que no generen errores en el sistema de archivos en caso de que se in­te­rru­m­pa la ali­me­n­ta­ción de la corriente. Al usar SSD o NVMe, todas las unidades de disco montadas se deben encontrar en un nodo del mismo tipo.

Para permitir la co­mu­ni­ca­ción dentro de un clúster, los di­fe­re­n­tes nodos deben estar co­ne­c­ta­dos al menos mediante una red de 10 GBit. Las tarjetas de red empleadas deben ser co­m­pa­ti­bles con RDMA (Remote Direct Memory Access) con los pro­to­co­los RoCE o iWARP. A la hora de conectar las es­ta­cio­nes de trabajo a la red, se aplican las es­pe­ci­fi­ca­cio­nes ha­bi­tua­les para redes de Windows Server.

Los espacios de al­ma­ce­na­mie­n­to directo son perfectos para aumentar de manera flexible las ca­pa­ci­da­des de al­ma­ce­na­mie­n­to en red y para ga­ra­n­ti­zar una seguridad de datos elevada en caso de fallos de hardware. De esta forma, los datos están di­s­po­ni­bles si­mu­l­tá­nea­me­n­te en di­fe­re­n­tes ubi­ca­cio­nes de la empresa, siempre y cuando exista una conexión de red rápida entre las ubi­ca­cio­nes.

Otro ámbito de apli­ca­ción son las máquinas virtuales basadas en la te­c­no­lo­gía Hyper-V en red, ya que con Storage Spaces Direct se pueden escalar de manera más sencilla. De esta forma, varias máquinas virtuales pueden acceder a los mismos datos.

Storage Spaces Direct (S2D) es una solución de al­ma­ce­na­mie­n­to definido por software en la que un software se encarga de gestionar los medios de al­ma­ce­na­mie­n­to del hardware. Así, las ca­pa­ci­da­des de al­ma­ce­na­mie­n­to y las ventajas técnicas de los di­fe­re­n­tes soportes de datos pueden agruparse de forma ce­n­tra­li­za­da, incluso si están co­ne­c­ta­dos a di­fe­re­n­tes se­r­vi­do­res en di­fe­re­n­tes espacios. De esta manera, el servidor y los soportes se agrupan en un Storage Space Direct Cluster.

Si se utilizan di­fe­re­n­tes te­c­no­lo­gías de al­ma­ce­na­mie­n­to, el software decide au­to­má­ti­ca­me­n­te qué datos se almacenan en qué hardware. Los archivos a los que se accede a menudo, se almacenan en soportes NVMe rápidos, los archivos que se modifican con fre­cue­n­cia, en SSD, y las copias de seguridad y los datos a los que se accede con poca fre­cue­n­cia, en discos duros clásicos.

Como memoria caché también deben usarse en la medida de lo posible soportes SSD o NVMe. Los usuarios de la red ven todo el Clúster como un solo elemento de red ha­bi­li­ta­do. No tienen que preo­cu­par­se por qué datos se en­cue­n­tran en cada hardware.

La ad­mi­ni­s­tra­ción se lleva a cabo en el servidor, mediante la he­rra­mie­n­ta gráfica “Server Manager” del sistema operativo Windows Server 2016 o a través de la línea de comandos. Durante la in­s­ta­la­ción del Storage Space Direct Cluster, antes que nada, se agrupan todos los discos duros de los di­fe­re­n­tes se­r­vi­do­res en un Storage Pool. Es im­po­r­ta­n­te que solo se integren en el clúster aquellas unidades de disco que contienen datos de usuario. Las unidades de disco del sistema operativo de los se­r­vi­do­res pe­r­ma­ne­cen in­de­pe­n­die­n­tes.

Los discos duros y soportes de al­ma­ce­na­mie­n­to de se­mi­co­n­du­c­to­res adecuados se detectan y añaden au­to­má­ti­ca­me­n­te. De esta forma, más adelante, pueden in­te­grar­se más discos duros y se­r­vi­do­res en el clúster para escalar la capacidad de al­ma­ce­na­mie­n­to según haga falta. Cada nodo permite integrar cuatro unidades de disco de datos y dos unidades de disco de caché aparte del disco duro del sistema.

En el nuevo clúster se crean discos virtuales que aquí se denominan Cluster Shared Volume (CSV). A co­n­ti­nua­ción, se formatean estos CSV, un proceso que permite dos sistemas de archivos. Microsoft re­co­mie­n­da el CSV-ReFS (Resilient File System), porque se adapta mejor a la te­c­no­lo­gía Storage Spaces Direct que el CSV-NTFS, basado en el clásico NTFS para discos duros. Los CSV pueden ex­te­n­de­r­se por varias unidades de disco de hardware, pero esto no afecta al usuario dado que todas son ge­s­tio­na­das por el sistema.

Cada nodo Storage Space Direct puede alcanzar una capacidad total de al­ma­ce­na­mie­n­to de hasta 100 TB. Un Storage Pool de varios se­r­vi­do­res solo puede usar una capacidad máxima de 1 PB (PetaByte = 1024 TB), a pesar de que Storage Spaces Direct (S2D) permite hasta 16 se­r­vi­do­res.

La co­mu­ni­ca­ción de red entre los distintos nodos se realiza a través del protocolo SMB3, una evolución del Server Message Block (SMB) con SMB Direct y SMB Mu­l­ti­cha­n­nel.

A través de la función Failover Cluster Feature de Windows Server 2016, los espacios de al­ma­ce­na­mie­n­to directo ofrecen una serie de medidas para proteger los datos al­ma­ce­na­dos contra fallos de hardware. De esta manera, si hay un fallo en un disco duro o en un nodo entero, no se pierde ningún dato y el sistema sigue fu­n­cio­na­n­do en su conjunto. En la mayoría de los casos, los usuarios ni se enteran del fallo de hardware.

Cuando un clúster está formado solo por dos nodos, se crean copias espejo de doble vía que si­n­cro­ni­zan los datos de ambos nodos, de manera que un nodo o un disco duro puede dejar de funcionar co­m­ple­ta­me­n­te sin suponer ningún problema. A partir de tres nodos, es re­co­me­n­da­ble realizar una creación de copias espejo de triple vía.

En este último caso, no hay problema si uno de los tres nodos deja de funcionar co­m­ple­ta­me­n­te y en otro hay varios discos duros que no funcionan. Sin embargo, nunca debe verse afectada más de la mitad del total de las unidades de disco de datos, ya que entonces, deja de ase­gu­rar­se la co­n­si­s­te­n­cia de los datos. Esta norma no se aplica a los fallos en los discos duros del sistema operativo, ya que estos equivalen a un fallo de un servidor.

• Buena po­si­bi­li­dad de escalado, pueden añadirse más se­r­vi­do­res sin problema.
• Alta di­s­po­ni­bi­li­dad gracias a copias espejo de los datos; los fallos de hardware no implican pérdida alguna de datos.
• A di­fe­re­n­cia de so­lu­cio­nes similares de otros fa­bri­ca­n­tes, puede usar hardware de servidor estándar siempre y cuando cuente con la ce­r­ti­fi­ca­ción de Microsoft.
• El sistema ha sido op­ti­mi­za­do para se­r­vi­do­res SQL y vi­r­tua­li­za­cio­nes con Hyper-V.