Fornecer armazenamento económico para cargas de trabalho do Hyper-V utilizando o Windows Server

Aplica-se a: System Center 2012 R2, Windows Server 2012 R2

A quem se destina este guia? Aos fornecedores de serviços (anfitriões) que oferecem IaaS (Infrastructure-as-a-Service - Infraestrutura como Serviço) e às grandes empresas que estão a configurar nuvens privadas.

Como é que este guia o pode ajudar? Este guia de soluções pode ser utilizado para compreender o design e a implementação de elevado nível para uma solução de armazenamento com base num servidor específico para clusters de computação Hyper-V. São possíveis outras soluções, mas não são aqui descritas.

A solução utiliza Espaços de Armazenamento com camadas de armazenamento, um cluster de Servidores de Ficheiros de Escalamento Horizontal, e partilhas de ficheiros com protocolo SMB (Server Message Block) fáceis de gerir, para criar uma solução de armazenamento definida pelo software que maximiza o desempenho do armazenamento, reduz os custos e dimensiona os recursos de computação e de armazenamento de forma independente.

Sabia que o Microsoft Azure oferece uma funcionalidade semelhante na nuvem? Saiba mais sobre as soluções de armazenamento e virtualização do Microsoft Azure. Criar uma solução híbrida no Microsoft Azure: - Aprenda sobre armazenamento sólido, bastante responsivo e económico para as máquinas virtais do Azure - Mova VMs entre o Hyper-V e o Microsoft Azure

O diagrama seguinte ilustra o problema e o cenário abordados neste guia de soluções.

Armazenamento para cargas de trabalho virtualizadas

Neste guia de soluções:

• Cenário, declaração de problema e objetivos

• Qual é a abordagem de planeamento e estrutura recomendada para esta solução?

• Quais são os passos de alto nível para implementar esta solução?

Cenário, declaração de problema e objetivos

Esta secção descreve o cenário, a declaração de problema e os objetivos deste guia de soluções.

Cenário

Neste cenário, assumimos que é um fornecedor anfitrião de média dimensão que oferece serviços geridos (incluindo a infraestrutura como serviço) ou uma organização grande que pretende configurar nuvens privadas. Está a oferecer às empresas a capacidade de moverem uma variedade cada vez maior de cargas de trabalho para a nuvem, alojadas em máquinas virtuais de Hyper-V. Mas estas novas cargas de trabalho incluem uma quantidade de dados impressionante...

Declaração de problema

Como estará certamente bem ciente, o armazenamento representa uma das maiores despesas no alojamento de serviços em nuvem. Os requisitos ao nível dos dados continuam a aumentar e, embora os preços dos discos rígidos estejam a baixar, provavelmente, terá vindo a adquirir um número cada vez maior de unidades de estado sólido (SSDs) numa tentativa de melhorar o desempenho. O efeito geral é que a aquisição e funcionamento do armazenamento continuam a ser dispendiosos.

As opções de armazenamento existentes envolvem redes de armazenamento (SANs) que utilizam recursos de infraestrutura de Canal de Fibra, embora possa também considerar a opção iSCSI em instâncias onde o desempenho não seja essencial. Embora estas opções possam proporcionar configurações de armazenamento flexíveis, apresentam algumas desvantagens descritas em seguida:

• As SANs de Canal de Fibra (e até o iSCSI) são bastante dispendiosas.

• A configuração e a manutenção das SANs podem ser complexas.

Como tal, o problema geral que pretende resolver é:

• De que forma pode fornecer armazenamento resiliente e de elevado desempenho aos anfitriões Hyper-V, mas mantendo os custos baixos?

Objetivos da organização

Basicamente, pretende uma solução de armazenamento que proporcione o seguinte:

• Disponibilidade contínua - Necessita de fornecer armazenamento remoto que esteja continuamente disponível para manter o período de indisponibilidade reduzido ao mínimo.

• Armazenamento escalável - Tem de fornecer centenas de terabytes de armazenamento com níveis elevados de débito aos milhares de máquinas virtuais que pretende alojar (esta solução fornece cerca de 150 a 600 TB de capacidade para 1.000 a 8.192 máquinas virtuais com mais ou menos 75 GB por máquina virtual).

• Elevado desempenho - Necessita de armazenamento que possa fornecer um excelente desempenho para cada máquina virtual e serviço.

• Gestão eficiente - Necessita de ferramentas de gestão eficientes e potentes que o ajudem a configurar e a gerir inteiramente a solução de plataforma em nuvem, que consiste em centenas de discos e dúzias de nós de servidor.

• Baixo custo - Necessita de evitar que o armazenamento consuma a totalidade do seu orçamento.

Qual é a abordagem de planeamento e estrutura recomendada para esta solução?

Esta secção define uma solução que recomendamos para o problema e objetivos descritos acima. Esta solução centra-se na parcela de armazenamento de uma plataforma em nuvem que consiste nas seguintes três partes:

• Computação - As cargas de trabalho de inquilino são alojadas num cluster de cálculo que é executado em máquinas virtuais de Hyper-V.

• Armazenamento - As máquinas virtuais são armazenadas num cluster de servidores de ficheiros de elevado desempenho.

• Gestão - Os clusters de cálculo e de servidores de ficheiros são geridos por um cluster de gestão.

O diagrama seguinte ilustra a parcela de armazenamento desta solução:

Armazenamento baseado no Windows Server para uma Arquitetura de Solução de Máquinas Virtuais

A tabela seguinte lista os elementos que fazem parte da estrutura desta solução e descreve a razão para a escolha da estrutura.

Para estruturar a configuração de hardware e software de cada cluster nesta solução, consulte Fornecer armazenamento rentável para cargas de trabalho do Hyper-V ao utilizar o Windows Server: guia de planeamento e design.

Desafios desta solução

Apresentamos alguns dos desafios envolvidos nesta solução, assim como algumas estratégias para os resolver.

• Problemas de firmware e de controladores

  Para reduzir os problemas de firmware e de controlador, especialmente em escala, recomendamos a compra de todo o hardware de produção a partir de um fornecedor que testa e suporta o hardware como uma solução integrada com os Espaços de Armazenamento.Microsoft Cloud Platform (CPS) powered by Dell é um exemplo de uma solução do género. Também é importante seguir as recomendações de cada fornecedor sobre o controlador mais recente recomendado e as versões do firmware a utilizar.

  Execute também o Assistente para Validar uma Configuração e resolver os problemas antes de configurar cada cluster. Para mais informações, consulte Validate Hardware for a Failover Cluster (Validar Hardware para um Cluster de Ativação Pós-falha).

• Dificuldade em apagar completamente informações anteriores de Espaços de Armazenamento e Clustering de Ativação Pós-falha de JBODs e discos físicos

  Normalmente, este problema não ocorre com hardware novo mas, se estiver a utilizar hardware existente para testar a configuração, utilize os cmdlets do módulo Storage Windows PowerShell para apagar completamente todos os dados de Espaços de Armazenamento e Clustering de Ativação Pós-falha dos discos físicos e JBODs antes de configurar a solução. Nalguns casos, desligar e voltar a ligar os JBODs pode ajudar a remover informações de reserva persistentes dos dispositivos.

  Sugestão
  Consulte Limpar completamente uma Configuração Existente de Espaços de Armazenamento para obter um script que pode ajudar a apagar tudo numa configuração de Espaços de Armazenamento.

• Grande escala da solução

  Esta solução exige um investimento de hardware significativo para efetuar a configuração para fins de teste. Isto pode ser resolvido utilizando uma solução mais pequena para testes. Por exemplo, poderia utilizar um cluster de servidores de ficheiros com dois nós e dois JBODs, um cluster de gestão mais simples e menos nós de computação. Quando estiver satisfeito com a solução no seu laboratório, pode adicionar nós e JBODs ao cluster de servidores de ficheiros, embora tenha de recriar os espaços de armazenamento para garantir que os dados são armazenados em todas as inclusões com suporte de deteção de inclusão.

Quais são os passos de alto nível para implementar esta solução?

Pode utilizar os passos desta secção para implementar a solução. Confirme a implementação correta de cada passo antes de continuar para o passo seguinte.

1. Estruturar a solução e adquirir hardware certificado

   Utilize o Guia de Considerações de Conceção de Armazenamento Definido pelo Software para planear e conceber a sua solução de armazenamento. Também pode utilizar Fornecer armazenamento rentável para cargas de trabalho do Hyper-V ao utilizar o Windows Server: guia de planeamento e design para obter uma descrição geral de uma conceção de grandes dimensões para armazenamento, computação e clusters de gestão.

2. Disponibilizar suporte e cabos para todo o hardware

   Ligue o cluster de servidores de ficheiros, o cluster de gestão, o cluster de cálculo e os comutadores de redes aos quais eles se ligam. Não ligue já este hardware a redes externas.

3. Atualizar todo o firmware

   Atualize o firmware de JBODs, discos, servidores, comutadores de rede e HBAs para as versões certificadas, à medida que coloca o hardware online.

4. Implementar o Windows Server 2012 R2 no cluster de gestão

   Instale o Windows Server 2012 R2 com a opção de instalação Server Core no cluster de gestão para reduzir a quantidade de atualizações de software que se aplicam ao servidor (partindo do princípio que não está a utilizar um cluster de gestão existente). Utilize um portátil ligado à rede de gestão para configurar remotamente todos os nós, ou instale o Windows Server com a opção de instalação GUI.

5. Instale o Hyper-V e crie máquinas virtuais para AD DS, DNS e DHCP no cluster de gestão

   Instale a função de servidor Hyper-V e, em seguida, utilize o Gestor de Hyper-V ou o Windows PowerShell para criar uma máquina virtual num nó do cluster de gestão para AD DS, DNS e DHCP. Esta máquina virtual não é de elevada disponibilidade (estes serviços replicam e balanceiam a carga sem clustering) e deve armazenar o ficheiro do disco rígido virtual (.vhdx) do sistema operativo no disco rígido local de um dos nós. Repita esta ação mais duas vezes em dois outros nós para ficar com três máquinas virtuais em três nós separados. Irá criar mais máquinas virtuais após configurar o Clustering de Ativação Pós-falha no cluster de gestão, mais adiante no procedimento de configuração.

   Para obter mais informações, consulte Install the Hyper-V role and configure a virtual machine (Instalar a função do Hyper-V e configurar uma máquina virtual).

   Nota

   Após configurar esta solução, pode, opcionalmente, criar máquinas virtuais de elevada disponibilidade que executem AD DS, DNS e DHCP, e extinguir as máquinas virtuais autónomas criadas neste passo. Fazê-lo poderá tornar a gestão mais lógica em todas as máquinas virtuais de elevada disponibilidade e armazenadas no cluster de servidores de ficheiros.

6. Implementar AD DS, DNS e DHCP

   Se estiver a instalar um novo cluster de gestão, instale o AD DS em cada uma das máquinas virtuais (três controladores de domínio) e crie uma nova floresta para os clusters de servidores, com zonas DNS integradas no Active Directory e âmbitos de DHCP para a rede de armazenamento e a rede de gestão.

   Para obter mais informações, consulte Install Active Directory Domain Services (Level 100) (Instalar os Serviços de Domínio do Active Directory [Nível 100]) e Step-by-Step: Configure DHCP for Failover (Passo a passo: configurar o DHCP para Ativação Pós-falha).

7. Configurar o cluster de servidores de ficheiros

   Execute os seguintes passos para configurar o cluster de servidores de ficheiros:

   Nota

   O Virtual Machine Manager pode criar rapidamente um servidor de ficheiros de escalamento horizontal a partir dos quatros nós bare-metal do cluster de servidores de ficheiros. O único problema é que, provavelmente, pretende armazenar os ficheiros do disco rígido virtual do Virtual Machine Manager no cluster de servidores de ficheiros que ainda não está configurado. Pode, opcionalmente, resolver este problema "da galinha e do ovo" instalando o Virtual Machine Manager numa configuração que não seja de elevada disponibilidade no cluster de gestão, utilizá-la para configurar o cluster de servidores de ficheiros e, em seguida, configurar novamente o Virtual Machine Manager numa configuração de elevada disponibilidade (armazenada no cluster de servidores de ficheiros).

   1. Instalar Windows Server 2012 R2

      Instale o Windows Server com a opção de instalação Server Core nos nós do cluster de servidores de ficheiros, com o sistema operativo instalado no disco rígido local de cada nó.

   2. (Opcional) Limpar dados de configuração existentes de Espaços de Armazenamento e Cluster de Ativação Pós-falha

      Se os JBODs e os servidores tiverem sido utilizados anteriormente para outros fins, apague completamente todos os dados de Espaços de Armazenamento e Clustering de Ativação Pós-falha dos discos físicos e JBODs. Para um script que pode ajudar a apagar completamente tudo (e significa mesmo tudo, portanto, tenha cuidado!) a partir de uma configuração dos Espaços de Armazenamento, consulte Limpar completamente uma Configuração Existente de Espaços de Armazenamento.

   3. Validar os discos físicos e as inclusões

      Verifique todos os discos físicos para certificar-se de que funcionam bem, apresentam o MediaType correto e são elegíveis para agrupamento. Verifique também se os JBODs mostram corretamente as informações de inclusões.

      Para obter um script que possa validar os discos físicos e as inclusões e efetuar algumas verificações de desempenho e estado de funcionamento consulte Script de Validação do Disco Físico de Espaços de Armazenamento.

   4. Criar agrupamentos de armazenamento em cluster

      Valide e otimize a configuração de rede do cluster, etiquetando cada rede (por exemplo, rede de armazenamento e rede de gestão) e, em seguida, crie três agrupamentos de armazenamento em cluster com quatro SSDs e 16 HDDs de cada um dos quatro JBODs, para um total de 80 discos por agrupamento.

      Para obter os passos detalhados sobre como configurar o cluster de ativação pós-falha e criar agrupamentos de armazenamento, consulte Deploy Clustered Storage Spaces (Implementar Espaços de Armazenamento em Cluster).

   5. Criar um Servidor de Ficheiros de Escalamento Horizontal

      Em seguida, crie uma função de servidor de ficheiros em cluster com a opção Servidor de Ficheiros de Escalamento Horizontal.

      Para mais informações, consulte Implementar Servidor de Ficheiros de Escalamento Horizontal.

   6. Criar o disco de testemunho para o cluster de servidores de ficheiros

      Utilize o Gestor de Servidores ou o cmdlet New-VirtualDisk para criar um espaço de espelho de duas vias com 3 GB sem camadas de armazenamento, para utilização como disco de testemunho para o cluster de servidores de ficheiros e, em seguida, configure o quórum do cluster.

      Para obter mais informações, consulte Configure the cluster quorum (Configurar o quórum de cluster).

   7. Criar camadas de armazenamento, espaços de armazenamento, partições, volumes e CSVs

      Crie os espaços de armazenamento consoante a estrutura e, em seguida, crie uma partição, um volume e um CSV por espaço de armazenamento.

   8. Criar partilhas de ficheiros continuamente disponíveis para as máquinas virtuais do cluster de gestão

      Crie uma partilha de ficheiros SMB continuamente disponível por CSV utilizado pelas máquinas virtuais no cluster de gestão, e conceda permissões de controlo total para as contas de computador de cada nó de cluster de gestão, para a conta SYSTEM e para grupo Administradores de Domínio.

      Para obter mais informações, consulte o artigo Passo 3: criar uma partilha de ficheiros SMB

8. Configurar o cluster de gestão e as restantes máquinas virtuais de gestão

   Execute os passos seguintes para configurar o Clustering de Ativação Pós-falha no cluster de gestão e crie máquinas virtuais de elevada disponibilidade para os restantes serviços de gestão e infraestrutura (já configurou o AD DS, o DNS e o DHCP em máquinas virtuais autónomas). A maior parte das máquinas virtuais são máquinas virtuais de elevada disponibilidade mas, para alguns serviços, poderá pretender utilizar clustering de convidados para criar um cluster entre máquinas virtuais.

   1. Instalar o Clustering de Ativação Pós-falha e configurar o cluster Hyper-V

      Utilize o seguinte tópico para criar o cluster de gestão e configurar o Hyper-V para suportar máquinas virtuais altamente disponíveis Deploy a Hyper-V Cluster (Implementar um Cluster do Hyper-V).

   2. Configurar a Atualização com Suporte para Clusters

      Configure a Atualização com Suporte para Clusters para facilitar a atualização do cluster, minimizando ou eliminando o período de indisponibilidade. Para obter mais informações, consulte Cluster-Aware Updating overview (Descrição geral da Atualização com Suporte para Clusters).

   3. Implementar o SQL Server

      Implemente o SQL Server para suportar o Virtual Machine Manager. Para mais informações, consulte os seguintes tópicos:

      • Instâncias de Cluster de Ativação Pós-falha Always On (sempre ativadas) (SQL Server)

      • Instalar o SQL Server com partilha de ficheiros SMB como opção de armazenamento

      • Criar um Novo Cluster de Ativação Pós-falha do SQL Server (Configuração)

   4. Implementar Virtual Machine Manager

      Implementar Virtual Machine Manager num cluster convidado. O Virtual Machine Manager é utilizado para implementar e gerir os nós de computação e outros componentes de rede nesta solução.

      Para mais informações, consulte os seguintes tópicos:

      • Instalar um Servidor de gestão do VMM de Elevada Disponibilidade

      • Implementar um Cluster Convidado Utilizando um Disco Rígido Virtual Partilhado

   5. Implementar o Windows Server Update Services

      Utilize o Virtual Machine Manager, em conjunção com o Windows Server Update Services, para atualizar todas as máquinas virtuais nesta solução.

      Para obter mais informações, consulte Managing Fabric Updates in VMM (Gerir Atualizações de Infraestrutura no VMM) (ou Deploy Windows Server Update Services in Your Organization (Implementar o Windows Server Update Services na sua Organização) se não estiver a utilizar o Virtual Machine Manager).

9. Implementar os nós de computação e os clusters

   Quando a infraestrutura estiver configurada, utilize o Virtual Machine Manager ou o Windows PowerShell para implementar os nós de computação do bare-metal e configurá-los num cluster de ativação pós-falha, com o Virtual Machine Manager e o Windows Server Update Services a fornecer atualizações para os nós de cluster.

   Para mais informações, consulte Administrar o System Center 2012 - Virtual Machine Manager.

10. Configurar a rede de inquilinos

    Para configurar a rede de inquilinos, consulte Implementar infra-estruturas de rede inquilina altamente escaláveis para fornecedores de alojamento.

11. Implementar as máquinas virtuais de inquilinos

    Após a configuração da rede de inquilinos, utilize o Virtual Machine Manager ou o Windows PowerShell para implementar as máquinas virtuais de inquilinos.

Consulte também

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