微軟S2D2016滾動升級2019

Storage Space Direct（簡稱S2D）是微軟在Windows Server 2016數(shù)據(jù)中心版集成的第三代軟件定義存儲技術(shù)，S2D技術(shù)能夠?qū)⒐I(yè)標(biāo)準(zhǔn)X86服務(wù)器的本地磁盤匯總構(gòu)建出具備高可用、高性能和易擴展的軟件定義存儲架構(gòu)。S2D的優(yōu)勢在于和自家產(chǎn)品如Hyper-V/WAC/SCVMM/SCOM整合較好，適用于那些已經(jīng)廣泛使用微軟企業(yè)級產(chǎn)品的用戶，微軟不僅有成熟企業(yè)級產(chǎn)品，也有成熟的OEM生態(tài)圈，微軟不僅在今年發(fā)布了Windows Server 2019，同時還宣布了WSSD產(chǎn)品的路線圖。隨著Windows Server 2019功能的不斷優(yōu)化與增強，S2D的性能與可靠性已經(jīng)得到企業(yè)用戶認(rèn)可，相信會有部分已經(jīng)在使用2016版本S2D用戶會選擇將原有環(huán)境升級至最新版本，故本文老王將為大家介紹如何在不停機的情況下將2016環(huán)境的S2D滾動升級2019

本文老王將不會過多介紹S2D相關(guān)概念原理，我們將主要專注于S2D滾動升級的過程思考

本文老王以S2D融合架構(gòu)為例主要講解，對于超融合場景會進行簡單提示

由于目前網(wǎng)絡(luò)上面還沒有相關(guān)文章，老王會將S2D滾動升級細(xì)節(jié)全部呈現(xiàn)，以供日后國內(nèi)用戶升級時參考

滾動升級之前老王曾經(jīng)寫過一篇Hyper-V 2012滾動升級2016的文章，滾動升級的概念能夠得以實現(xiàn)，即在同一個群集內(nèi)完成不停機的升級，前提條件有二，一 群集支持混合模式，二 虛擬化軟件支持向下兼容。來到S2D同樣是這個道理，只不過不是2012到2016，而是2016到2019支持滾動升級，由于2012存儲空間與2016S2D架構(gòu)不同，所以2012存儲空間升級到2016S2D時只有在2012節(jié)點重裝2016，然后升級存儲池，因此當(dāng)中一定會產(chǎn)生宕機時間，但是2016到2019就不同了，由于2016和2019采用的是相同的S2D架構(gòu)，因此我們可以在升級過程中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同時在2016節(jié)點與2019節(jié)點撒下，意味著當(dāng)我們重做了一臺2016節(jié)點裝成2019時，這個節(jié)點可以直接加入現(xiàn)有存儲池的容錯，不會對業(yè)務(wù)產(chǎn)生任何可用性影響。

理解了前提條件之后，繼續(xù)往后看，眾所周知，S2D是基于微軟WSFC群集實現(xiàn)的架構(gòu)，而一旦一個WSFC群集變成了S2D群集之后，每個機器除了作為普通群集節(jié)點，還會承擔(dān)S2D數(shù)據(jù)寫入故障域的角色，S2D將各個群集節(jié)點本地磁盤匯總起來，在群集里面形成一個虛擬機的盤柜，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入時，S2D會把數(shù)據(jù)切分成一個個1GB的extent，按照虛擬磁盤容錯規(guī)則進行寫入，如果是鏡像，則確保extent兩個副本始終寫入在兩個不同節(jié)點，以此類推，不允許因為單個節(jié)點故障影響虛擬磁盤可用。

這樣我們就需要額外考慮一些問題，不能當(dāng)成單獨的群集滾動升級對待，例如，當(dāng)我們暫停或刪除一個節(jié)點時，對于S2D產(chǎn)生的影響，節(jié)點恢復(fù)后應(yīng)該執(zhí)行那些操作，帶著這些疑問我們走進環(huán)境開始實戰(zhàn)

環(huán)境介紹，當(dāng)前有一套三節(jié)點S2D2016群集，已經(jīng)開啟了S2D，已經(jīng)創(chuàng)建一個鏡像容錯的虛擬磁盤正在使用

我們將通過不停機滾動升級的方式最終將三個節(jié)點都升級為2019，關(guān)于驗證不停機的方法，老王采用實時寫入腳本進行驗證，腳本如下

for /L %i in (1,1,30000) do fsutil File createnew %i 1024 

這段腳本的意思是每隔一秒鐘對S2D卷寫入一個1KB的文件，寫入30000次，如果寫入在升級過程中沒有中斷，可以持續(xù)寫入，則說明滾動升級沒有對寫入造成任何影響，腳本可以在一個節(jié)點一直跑到最后，直到最后這個節(jié)點要升級時，切換到其它節(jié)點繼續(xù)跑。

在執(zhí)行S2D滾動升級之前，首先要做的一個步驟是檢查，檢查四樣?xùn)|西

1.虛擬磁盤是否健康

2.是否有未完成的存儲作業(yè)

3.檢查磁盤操作狀態(tài)，是否存在Needs Rebalance提示，如果有請執(zhí)行Optimize-Storagepool操作

4.是否存在CAU或VMM等自動更新任務(wù)，如有，請針對群集節(jié)點全部關(guān)閉，以防止影響手動操作群集升級過程。

確保環(huán)境已就緒，我們就要開始執(zhí)行S2D滾動升級第一個操作，暫停節(jié)點，對于一般的群集節(jié)點而言，暫停節(jié)點意味著按照放置規(guī)則排出角色到其它節(jié)點，對于S2D意義又多了一點，首先，正常情況下，數(shù)據(jù)會在三個節(jié)點之間隨機找到兩個節(jié)點進行鏡像寫入，假設(shè)一個群集節(jié)點宕機，那么對于虛擬磁盤來說會變成降級狀態(tài)，因為在該節(jié)點上面的extent副本將不可用，意味著一些數(shù)據(jù)塊可能此時會是沒有第二個副本可用的，暫停節(jié)點后數(shù)據(jù)再次寫入，extent將不會再次撒在暫停節(jié)點，當(dāng)節(jié)點恢復(fù)后，暫停期間其它節(jié)點寫入的增量數(shù)據(jù)會自動同步到暫停節(jié)點。如果是超融合場景下，此步驟虛擬機中也將一起被排出到其它節(jié)點。

暫停節(jié)點時S2D將執(zhí)行刷新和提交數(shù)據(jù)，因此務(wù)必要記得執(zhí)行暫停節(jié)點操作，當(dāng)節(jié)點被置為暫停狀態(tài)后，下一個操作是將節(jié)點從S2D群集中刪除，我們僅執(zhí)行逐出操作，這意味著僅在群集中刪除該節(jié)點，但并不刪除已經(jīng)在群集池中注冊的物理磁盤，即便節(jié)點被逐出群集，但節(jié)點的本地磁盤依然會被記錄在群集池中，只是被標(biāo)記為丟失狀態(tài)，即便是節(jié)點重做系統(tǒng)后，只要磁盤還插在節(jié)點上，那么就可以重新與群集池中的磁盤關(guān)聯(lián)。

逐出之后，對節(jié)點進行脫域，干凈重裝2019操作系統(tǒng)，機器名可以和原來一樣，也可以重新命名，此過程略

當(dāng)節(jié)點被暫停逐出后，可以看到虛擬磁盤此時的操作狀態(tài)為降級，這是因為丟失了一個故障域節(jié)點，但并不影響對磁盤的寫入，可通過寫入腳本看出，對于一個故障域的虛擬磁盤來說，此時群集不能再有節(jié)點宕機，否則磁盤將不可訪問，如果是三路鏡像，有兩個故障域，則可以再允許宕機一個節(jié)點。

在虛擬化環(huán)境中執(zhí)行此操作的朋友可能會遇到一個BUG，即2019節(jié)點新做好了之后怎么也加入不到群集里面，根本原因是error 1809的問題，此節(jié)點已加入啟用存儲空間直通的群集，但未在當(dāng)前版本上進行驗證，此節(jié)點將被隔離

詳見KB  https://support.microsoft.com/en-us/help/4464776/software-defined-data-center-and-software-defined-networking

WSSD是微軟的一個全新計劃，微軟和DELL/Dataon/HPE等廠商合作，推出合作解決方案，廠商提供設(shè)備，經(jīng)過微軟認(rèn)證后即可在上面出色的運行微軟最新的SDDC技術(shù)，S2D/SDN/WAC等等，但是有的客戶可能就是虛擬化環(huán)境，或者沒有買WSSD認(rèn)證設(shè)備，那就會遇見這個問題，經(jīng)過研究得知是2019節(jié)點加入S2D群集時會經(jīng)過一個判斷，檢查注冊表的一個鍵值，如果已存在則可以運行加入S2D群集

位置在HKEY_LOCAL_MECHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\ClusSvc\Parameters下面，管理員需要在S2D群集里面每個節(jié)點鍵入該鍵值，DWORD類型，名稱S2D，數(shù)值為1，針對于2019節(jié)點，需事先建Parameters項，再新建鍵值即可規(guī)避此問題

處理完成后2019節(jié)點即可正常加入S2D2016群集

當(dāng)2019節(jié)點加入到群集后，我們可以通過注冊表觀察到當(dāng)前群集已經(jīng)進入了混合模式，如下位置的MixedMode數(shù)值為1，代表群集當(dāng)前處于混合模式，如果全部升級為2019，群集FunctionalLevel升級后，則數(shù)值為0

通過獲取群集詳細(xì)信息可以看到，群集當(dāng)前功能級別為9，代表著群集當(dāng)前是Windows Server 2016的群集功能級別，如果群集節(jié)點全部升級到2019后，提升群集FunctionalLevel后，群集功能級別將升級為10。

節(jié)點正常加入群集后，先前由于重做系統(tǒng)而在群集池中失聯(lián)的磁盤，重新聯(lián)系上變?yōu)檎顟B(tài)

獲取存儲作業(yè)可以看到，首先，2019節(jié)點加入到S2D群集后，S2D先執(zhí)行Repair作業(yè)，此作業(yè)目的是將節(jié)點不在期間，各虛擬磁盤的增量數(shù)據(jù)進行重新同步，此操作證明S2D支持跨2016/2019節(jié)點撒下數(shù)據(jù)，此操作不會影響磁盤的正常寫入，但從節(jié)點暫停退出后到此修復(fù)過程，磁盤性能將有所下降。

你也可能會看到Optimize作業(yè)操作，這里解釋下為什么升級過程要留意它，以及為什么開始之前要進行檢查，在S2D運作過程中隨著數(shù)據(jù)的大量寫入刪除，可能在某一個時間節(jié)點，一個物理磁盤的利用率已經(jīng)達到了百分之90 ，而其它物理磁盤只有百分之60，這樣就有可能出現(xiàn)單個物理硬盤被寫爆，導(dǎo)致影響寫入操作，甚至虛擬磁盤脫機，因此，建議在滾動升級過程中，每做完一個節(jié)點就留意下各個磁盤的使用狀況或者群集管理器中的虛擬磁盤狀態(tài)，是否出現(xiàn)Needs Rebalance，如果有，立即執(zhí)行Optimize-Storagepool ，除此之外當(dāng)新加入節(jié)點至S2D群集時，每隔一段時間大概30分鐘，會自動執(zhí)行Optimize-Storagepool操作，等不及的話也可以直接手動執(zhí)行。

Repair作業(yè)是為了同步節(jié)點暫停時其它節(jié)點更新的數(shù)據(jù)，Optimize作業(yè)是為了平衡節(jié)點添加后各節(jié)點物理磁盤使用情況，兩者不要混淆

由于每做一個節(jié)點時虛擬磁盤會降級，重做完成后節(jié)點需要重新同步數(shù)據(jù)，平衡負(fù)載，因此請務(wù)必每次僅執(zhí)行一個節(jié)點的升級操作，如果在一個節(jié)點加入群集后還未執(zhí)行完畢Repair和Optimize作業(yè)就執(zhí)行下一個節(jié)點，將會產(chǎn)生宕機的風(fēng)險。

確認(rèn)第一個節(jié)點執(zhí)行完畢Repair和Optimize作業(yè)，虛擬磁盤操作狀態(tài)恢復(fù)為OK就可以開始做下一個節(jié)點

暫停節(jié)點 - 逐出節(jié)點 - 節(jié)點退域 - 重做系統(tǒng) - 修改注冊表 - 加入群集 - 等待Repair作業(yè)和Optimize作業(yè)執(zhí)行 - 檢查群集虛擬磁盤狀態(tài) 

第二個節(jié)點按照相同步驟執(zhí)行，所謂滾動升級，意思就是我們每次只重裝故障域允許的節(jié)點，確保重裝之后，虛擬磁盤僅為降級，不會影響讀寫，節(jié)點重做完成加入群集后 虛擬磁盤又恢復(fù)為完整，再重做下一臺，始終通過補上的方式阻止磁盤失去讀寫。操作步驟并不難，關(guān)鍵是要理解每一步背后所發(fā)生的事情，以及每一個操作執(zhí)行后應(yīng)該關(guān)注的內(nèi)容。

按照這樣的滾動思維做到最后一個節(jié)點時，最后一個節(jié)點執(zhí)行完所有步驟，檢查群集虛擬磁盤狀態(tài)為OK，即代表所有節(jié)點已經(jīng)不停機滾動升級至2019，但目前群集功能級別仍然是Windows Server 2016，升級群集功能級別后群集功能級別將為10，享受WSFC2019所有新功能，此操作不可逆

檢查注冊表位置可以發(fā)現(xiàn)MixedMode已經(jīng)取消為0鍵值

除此之外，如果檢查存儲池可以看到，目前存儲池的版本還是Windows Server 2016 

執(zhí)行命令 Get-StoragePool -FriendlyName "PoolName" | Update-StoragePool 升級存儲池為最新版本，此操作不可逆。

群集功能級別與存儲池升級后，可以發(fā)現(xiàn)2019的新功能，和WAC集成實現(xiàn)的性能歷史記錄，通過在S2D創(chuàng)建一個10GB的磁盤以存放歷史數(shù)據(jù)，此功能為S2D2019專有

最后如果是超融合架構(gòu)，還需要升級虛擬機配置，此操作需關(guān)閉虛擬機才可以升級，需單獨規(guī)劃時間進行操作。

需要注意，升級群集功能級別，升級存儲池，升級虛擬機配置，這三個操作都不可逆，一旦敲下命令就沒有后悔藥可以吃，如果舉棋不定，可以在混合模式期間進行觀察回退，升級群集功能級別之后就不能回退了。

升級過程最主要的是要理解執(zhí)行每個操作步驟對S2D群集會發(fā)生的事情，做到思路清晰，心里有數(shù)，操作步驟并不繁瑣，按部就班完成各節(jié)點升級，每一個步驟都不可以跳躍，每個節(jié)點升級完成都應(yīng)該謹(jǐn)慎檢查再下一個節(jié)點，按照順序操作我們就能實現(xiàn)不停機的S2D滾動升級，最終完成操作系統(tǒng)升級，群集功能級別升級，存儲池升級，虛擬機升級。