本文將深入剖析最新的Azure Stack HCI 22H2版本有那些新穎的功能，並且實地演練說明，讓管理員清楚地了解如何建構和部署單台Azure Stack HCI超融合叢集，以及知曉怎樣將固定大小磁碟區轉換為精簡佈建磁碟區。
在過去的Azure Stack HCI超融合基礎架構版本中，叢集節點的主機數量最少必須要「2台」才行。
然而，在微軟Build 2022大會上，正式發佈「Azure Stack HCI Single-Node」解決方案，打破過去版本最少2台叢集節點主機的限制，現在只要花費「1台」節點主機的預算，便能在小型零售店或分公司運作靈活性和高彈性高效能的Azure Stack HCI超融合架構，並且依照專案成長和商務需求，也能逐步將Azure Stack HCI超融合叢集擴充至最多「16台」節點主機的運作架構。
為何微軟會推出AzSHCI單台版本，主要在於聽取各方使用者的意見，希望能夠以更少的硬體設備，更低的IT預算，具備同樣高彈性擴充的目的，並且單台和多台超融合版本具備同樣的特色功能，例如Azure Benefits、AVD虛擬桌面、AKS容器服務等等。目前主流的x86伺服器硬體供應商，皆有提供支援單台AzSHCI版本的伺服器，在導入之前可以至Azure Stack HCI Catalog網站，查詢企業慣用的x86伺服器中哪些型號支援單台AzSHCI版本，如圖1所示，在本文撰寫期間共有224台x86伺服器支援建構單台AzSHCI環境。
圖1 透過AzSHCI Catalog網站，查詢支援單台超融合的x86伺服器。（資料來源：Azure Stack HCI Catalog網站）
值得注意的是，單台AzSHCI版本僅支援採用單一儲存裝置，例如NVMe或SSD的All-Flash運作架構，不支援採用混合式儲存裝置，例如NVMe+SSD、NVMe+HDD、SSD+HDD等等。此外，僅支援採用Azure Stack HCI作業系統建置單台AzSHCI環境，不支援使用Windows Server上的Storage Spaces Direct技術建構單台超融合環境。
在微軟Ignite 2022大會中，正式發佈將於2023年開始，提供由微軟設計和支援，專為Azure Stack HCI環境打造的「Azure Stack HCI Pro 2」硬體伺服器，如圖2所示，僅具備2U高度半深的外型尺寸，且產生的噪音低於60 dBA，因此非常適合部署在零售、製造、醫療保健等等邊緣運作場所。
圖2 專為Azure Stack HCI超融合環境打造的Pro 2硬體伺服器。（圖片來源：What's new for Azure Stack HCI at Microsoft Ignite 2022 - Microsoft Community Hub）
Azure Stack HCI 22H2特色功能介紹
在Azure Stack HCI 22H2版本中，除了將原有特色功能增強外，也新增不少亮眼特色功能，例如儲存體複寫壓縮、Network ATC v2、Hyper-V即時移轉等等。
Hyper-V即時移轉增強無交換器架構
在過去的AzSHCI版本中，在小型規模「2～3台」叢集節點主機運作架構時，企業組織為了節省IT預算，經常會採用「無交換器」運作架構，也就是僅「南-北」（South-North）向網路流量需要網路交換器，而「東-西」（East-West）向網路流量則無須配置網路交換器，如圖3所示。
圖3 Azure Stack HCI無交換器運作架構示意圖。（圖片來源：Azure Stack HCI 的實體網路需求 - Azure Stack HCI | Microsoft Learn）
雖然能夠有效節省整體建置預算，並且降低初始網路組態的設定複雜度。但是，管理人員應該會發現，屆時嘗試透過Hyper-V即時遷移，線上移轉運作中的VM虛擬主機時，相較於使用網路交換器的運作架構來說，無交換器的Hyper-V即時遷移「網路延遲」（Network Latency）時間較高。新版AzSHCI 22H2版本中，已經完全解決採用無交換器運作架構時，Hyper-V即時遷移網路延遲的問題，讓小型規模的AzSHCI環境擁有更快速更穩定的Hyper-V即時遷移效能。
儲存體複本壓縮
在最新的AzSHCI 22H2版本中，針對儲存體複本技術開始支援壓縮功能，達成「儲存體複本壓縮」（Storage Replica Compression）機制。簡單來說，建立儲存體複本群組的方式無須任何變更，只要建立時加上「-EnableCompression」參數即可，例如「New-SRGroup -EnableCompression」。
一旦啟用壓縮機制後，系統將會在儲存體複本壓縮來源端將需要複寫傳送的資料，進行壓縮、網路傳輸至目的端、目的端解壓縮等等，如圖4所示。由於複寫資料壓縮後，將會產生較少的網路封包但傳輸相同的複寫資料量，所以能提供較高的資料傳送量和較低的網路頻寬使用率，進而降低企業組織在網路頻寬上成本。
圖4 儲存體複本運作架構示意圖。（圖片來源：叢集對叢集儲存體複寫 | Microsoft Learn）
值得注意的是，如果在建立儲存體複本群組時未指定啟用壓縮技術，那麼系統預設便不會啟用壓縮技術並自動設定為「停用」（Disabled）狀態，後續必須額外組態設定啟用壓縮技術才行，例如額外執行「Set-SRGroup -Compression $true」指令。
磁碟區格式轉換
在過去的AzSHCI版本中，建立的磁碟區格式都為「固定」（Fixed）格式，雖然可以得到最佳化儲存效能，但是在整體儲存資源空間的使用率上則缺乏彈性。舉例來說，建立1TB儲存空間的超融合磁碟區，然後在這個1TB儲存空間中，即便VM虛擬主機工作負載僅使用掉100GB的儲存空間，對於整體儲存資源空間的使用率來說，還是占用1TB的儲存空間。
現在最新的AzSHCI 22H2版本中，除了支援建立「精簡佈建」（Thin Provision）磁碟區外，也支援將現有的固定格式磁碟區，轉換為新式的精簡佈建磁碟區。簡單來說，採用精簡佈建磁碟區後，系統將會轉換並傳回在磁碟區中未使用的儲存空間回到儲存集區，以便系統提供給其他磁碟區使用，並且在磁碟區新增或移除資料時，磁碟區的儲存空間也將動態隨之增加和減少，確保儲存集區空間的使用彈性，如圖5所示。
圖5 固定和精簡佈建格式磁碟區儲存空間使用率。（圖片來源：將固定轉換成 Azure Stack HCI 上的精簡布建磁片區 - Azure Stack HCI | Microsoft Learn）
Network ATC v2
最新AzSHCI 22H2版本針對Network ATC有多項功能增強和新特色功能，協助管理人員無論是在初期部署AzSHCI環境，或是後續的持續管理和叢集擴充，有助於簡化管理成本並得到更高的可靠性。
過去，在建構AzSHCI環境之前，必須先組態設定並配置適合的網路卡，加入至SET（Switch-Embedded Teaming）當中擔任成員網路卡，然而舊版本中必須依賴手動檢查和驗證，確保採用相同網路卡製造商、型號、傳輸速度的網路卡進行綁定作業，倘若不小心疏忽仍能進行綁定作業，但有可能造成屆時AzSHCI環境不穩定，例如將10Gb和40Gb網路混用，而造成AzSHCI環境網路傳輸不穩定，如圖6所示。
圖6 系統檢查出欲加入綁定的成員網路卡傳輸速度不一致，所以中斷SET綁定作業。（圖片來源：Network ATC: What's coming in Azure Stack HCI 22H2 - Microsoft Community Hub）
現在，透過「網路對稱」（Network Symmetry）特色功能，當準備將網路卡加入SET進行綁定作業時，系統將會針對網路卡製造商、硬體型號、傳輸速度等三項進行檢查，確保一致後才能將指定的網路卡加入至SET當中擔任成員網卡，並自動完成綁定作業，如圖7所示。
圖7 系統檢查網路卡製造商、硬體型號、傳輸速度是否一致後，才建立SET並進行綁定。（圖片來源：Network ATC: What's coming in Azure Stack HCI 22H2 - Microsoft Community Hub）
在過去舊版中，系統預設會配置給AzSHCI環境中，擔任儲存資源網路卡APIPA位址，也就是169.254.x.x的IP位址，但這種自動配置方式並不理想。因此最新AzSHCI 22H2版本提供了「IP位址自動指派」（Automatic IP Assignment），除了自動指派IP位址外，還會自動處理網路卡屬性配置、組態設定「資料中心橋接」（Data Center Bridging，DCB）、檢查是否需要建立vSwitch虛擬網路交換、倘若檢查後需要，便自動建立vSwitch虛擬網路交換、將實體網路卡和建立的vSwitch虛擬網路交換綁定、分配VLAN等等動作，如圖8所示。
圖8 Network ATC部署主機網路功能示意圖。（圖片來源：使用網路 ATC 部署主機網路功能 - Azure Stack HCI | Microsoft Learn）
舊版在建立AzSHCI環境時，系統預設指派給容錯移轉叢集的網路，都是「Cluster Network <數字>」的命名規則，然而這樣的命名規則並沒有意義，通常需要手動重新命名。現在，透過Network ATC部署和定義網路組態設定時，系統得知如何使用網路卡和網路環境，並採用新式的「叢集網路命名」（Cluster Network Naming）機制處理，所以能更恰當地為叢集網路進行命名，讓管理人員容易得知哪些網路用於運算資源，哪些網路用於儲存資源。
實戰Single-Node Azure Stack HCI Cluster
首先，下載最新Azure Stack HCI 22H2映像檔版本，在本文實作環境中，準備一台DC網域控制站，網域名稱為「lab.weithenn.org」，而AzSHCI主機除了作業系統硬碟外，額外配置四個1TB SSD固態硬碟，屆時為超融合儲存集區的儲存空間，AzSHCI安裝程序和傳統Windows Server安裝程序非常類似，如圖9所示，安裝作業完成後，系統將自動彈出命令提示字元視窗，並提醒管理人員設定Administrator管理者密碼，完成管理者密碼設定後，便自動進入「伺服器組態設定工具」（Server Configuration Tools，SConfig）互動設定視窗。
圖9 安裝最新Azure Stack HCI 22H2版本作業系統。
基礎設定
透過SConfig伺服器組態設定工具，可以輕鬆地為AzSHCI主機進行組態設定，包含電腦名稱、網路組態設定、加入網域環境、安裝最新安全性更新、變更系統時區和時間等等。
在本文實作環境中，將AzSHCI主機的電腦名稱變更為「AzSHCI」、網路組態設定固定IP位址為「10.10.75.31」、系統時區變更為「（UTC + 8）Taipei」、加入「lab.weithenn.org」網域環境，並安裝最新安全性更新，如圖10所示。
圖10 為AzSHCI主機進行基礎設定並加入lab.weithenn.org網域。
基礎設定完成後，首先確認額外配置的四個1TB SSD固態硬碟，AzSHCI主機是否能夠順利識別，確保稍後建立超融合儲存集區時，能夠順利地將SSD固態硬碟加入至儲存集區內。使用「Get-PhysicalDisk | Sort-Object -Property Size」PowerShell指令，檢查AzSHCI主機儲存裝置，並確保四個1TB SSD固態硬碟的CanPool欄位值為「True」，表示儲存裝置能夠加入超融合儲存集區內，如圖11所示。
圖11 確保AzSHCI主機能夠順利識別四個1TB SSD固態硬碟。
執行「Install-WindowsFeature」PowerShell指令，安裝建構AzSHCI環境時必要的伺服器角色和功能，例如DCB資料中心橋接（Data-Center-Bridging）、容錯移轉叢集（Failover-Clustering）、Hyper-V虛擬化、檔案伺服器（FS-FileServer）等等，如圖12所示，待安裝程序完成後，系統會提醒必須重新啟動主機才能套用生效，鍵入「Restart-Computer」指令即可重新啟動主機。
圖12 為AzSHCI主機安裝必要的伺服器角色和功能。
建立容錯移轉叢集並啟用S2D技術
在本文撰寫期間，最新的WAC（Windows Admin Center）2110.2版本尚未支援部署和組態設定「單台」AzSHCI環境，因此在部署AzSHCI的1.2 Add Servers階段時，系統便會顯示警告，必須要「2～16」台節點主機才支援部署作業，如圖13所示。
圖13 最新的WAC 2110.2版本，仍尚未支援部署單台AzSHCI環境。
因此，在現階段必須使用PowerShell指令執行部署單台AzSHCI的動作，微軟官方也已經說明，後續WAC的版本會盡快支援部署單台AzSHCI環境。執行PowerShell指令「New-Cluster -Name -Node -NoStorage -StaticAddress 」，在本文環境中，容錯移轉叢集名稱為「HCI-Cluster」，節點主機名稱為「AzSHCI」，而容錯移轉叢集IP位址則是「10.10.75.30」，要注意的是必須加上「-NoStorage」參數。
在順利建立容錯移轉叢集之後，接著執行PowerShell指令「Enable-ClusterStorageSpacesDirect -CacheState Disabled」，啟用Storage Spaces Direct技術並停用儲存體快取機制。啟用完成後，將會產生EnableClusterS2D報表檔案，後續可以透過WAC管理平台查看報表內容。最後執行「Get-StoragePool」指令，可以看到系統已經透過S2D技術將四個1TB SSD固態硬碟整合為4TB的儲存集區，如圖14所示。
圖14 建立容錯移轉叢集，啟用S2D技術並停用儲存體快取機制。
註冊單台AzSHCI叢集
雖然目前最新版本的WAC管理平台尚未支援部署單台AzSHCI叢集，然而一旦建立完成後，同樣能透過WAC管理平台輕鬆管理和組態設定AzSHCI叢集以及後續工作負載，例如建立磁碟區、VM虛擬主機、AKS容器平台等等。
登入WAC管理平台後，依序點選「Add > Add or create resources > Server Clusters > Add」，在Add Cluster欄位中鍵入「HCI-Cluster」叢集名稱，系統便會自動掃描和探索到此超融合叢集，如圖15所示。
圖15 新增叢集名稱為HCI-Cluster的超融合叢集。
順利登入後，同樣可以透過WAC管理平台，看到AzSHCI超融合叢集的各種使用率和工作負載資訊，包括超融合叢集節點主機數量和資訊、儲存裝置數量和資訊、管理VM虛擬主機、超融合叢集CPU/Memory/Storage資源使用資訊、IOPS儲存效能、Latency延遲時間、Throughput傳輸速率等等，如圖16所示。
圖16 透過WAC輕鬆管理AzSHCI環境。
為建立的AzSHCI叢集進行註冊的動作，後續便能導入Azure Monitor監控機制、享有Azure Benefits權益、建置AKS容器平台等等並達成混合雲運作架構。
在註冊AzSHCI叢集之前，必須先將此台WAC管理平台註冊至Azure公有雲環境中，點選WAC管理平台右上角齒輪圖示，依序點選「Settings > Register > Register with Azure > Register」，在彈出的對話視窗中，於Select an Azure cloud下拉選單中選擇「Azure Global」項目，然後在Copy this code欄位中按下〔Copy〕按鈕，並按下Enter the code連結，此時瀏覽器將另開新頁後，貼上剛才複製的Code內容，通過使用者身分驗證程序後，系統會提示關閉該新開視窗，回到原有對話視窗中，可以發現多了Connect to Azure AD的訊息，並顯示Azure AD Tenant ID。
在Azure AD Application中，可以選擇Create New或Use Existing選項後按下〔Connect〕按鈕，順利連接至Azure AD環境中，最後按下Sign in to Azure選項中的〔Sign in〕按鈕，如圖17所示，即可將此台WAC註冊至指定的Azure訂閱帳戶和Azure AD環境中。
圖17 將此台WAC註冊至指定的Azure訂閱帳戶和Azure AD環境中。
回到AzSHCI叢集的Dashboard頁面中，點選Azure connection中的Register this cluster連結，在彈出的Register Azure Stack HCI對話框中，首先於Azure subscription ID下拉選單中，選擇要使用的Azure訂閱帳戶，並在Azure Resource Group欄位中選擇Create new項目，然後鍵入資源群組名稱，本文實作環境為「RG-SoutheastAsia-AzSHCI」，而在Azure Region選擇此資源群組所要使用的Azure資料中心，本文實作環境選擇Azure東南亞機房的「Southeast Asia」，然後展示方式Advanced勾選「Enable Azure Arc」項目，連同Azure Arc管理機制一同安裝並註冊使用，確認無誤後按下〔Register〕按鈕，便立即進行向Azure公有雲註冊AzSHCI叢集和Azure Arc管理機制，如圖18所示。
圖18 準備註冊AzSHCI叢集和Azure Arc管理機制。
開始註冊流程後，系統會彈出CredSSP視窗，鍵入連結至AzSHCI叢集時，使用的CredSSP connection的使用者帳號和密碼，通過使用者身分驗證程序後，可以手動開啟另一個視窗，登入Azure Portal中的Resource Group，可以看到會自動建立剛才指定的「RG-SoutheastAsia-AzSHCI」資源群組。進入之後，在Resources區塊中，可以看到註冊了名稱為「HCI-Cluster」的超融合叢集，進入後可以看到AzSHCI主機，並啟用Azure Arc管理機制，如圖19所示。
圖19 註冊AzSHCI叢集和Azure Arc管理機制成功。
順利透過Azure Portal確認AzSHCI叢集和Azure Arc管理機制註冊完成後，切換回WAC管理平台視窗，可以發現顯示成功註冊資訊，而Azure connection區塊中的Status狀態資訊，也從原先紅色錯誤的Not yet registered，變更為綠色打勾的Connected狀態，如圖20所示。
圖20 成功透過WAC管理平台註冊AzSHCI叢集。
將固定磁碟區轉換為精簡佈建磁碟區
現在，可以直接透過WAC管理平台為單台AzSHCI叢集建立新式的精簡佈建磁碟區，以供後續VM虛擬主機或檔案伺服器等等工作負載使用。
值得注意的是，雖然AzSHCI叢集已全面支援精簡佈建磁碟區，但預設情況下系統仍會採用並部署「固定」（Fixed）磁碟區。可以在WAC管理介面中，依序點選「Settings > Settings > Storage > Storage Spaces and pools > Storage Pool > Default Provisioning Type」，由原本的Fixed選擇至「Thin」選項，然後按下〔Save〕按鈕，即可將預設值修改為採用精簡佈建磁碟區，如圖21所示。
圖21 調整AzSHCI叢集預設部署精簡佈建磁碟區。
如果忘記調整預設值，並且在建立磁碟區時忘記選擇採用精簡佈建磁碟區，該如何將固定磁碟區轉換為精簡佈建磁碟區，以快速進行磁碟區轉換作業？首先，在WAC管理介面中依序點選「Storage Volumes > Inventory > Create」，在Create Volume視窗中，於Name欄位鍵入磁碟區名稱，本文實作為「VMs-ThinVolume」，而在Resiliency下拉式選單中，選擇資料容錯等級「Two-way mirror」，或依據需求選擇更高的資料容錯等級。在Size on SSD中，則鍵入要建立的磁碟區大小和GB或TB，確認無誤後再按下〔Create〕按鈕即可，就能夠看到採用固定磁碟區加上Two-way Mirror，所以占用2TB的儲存空間，如圖22所示。
圖22 建立固定大小磁碟區。
由於WAC管理平台尚未支援轉換磁碟區作業，切換至PowerShell視窗，先執行「Get-StorageTier」指令，確認VMs-ThinVolume磁碟區使用固定大小類型，然後執行「Set-StorageTier -ProvisioningType Thin」將磁碟區類型由原本的固定大小變更為「精簡佈建」磁碟區。
雖然已經成功改變磁碟區類型，但ReFS檔案系統只會在掛載時辨識磁碟區類型。因此，在多叢集節點的AzSHCI環境中，只要將磁碟區的擁有節點轉移由別台叢集節點接手即可，而單台AzSHCI環境因為沒有其他節點，所以必須透過「Stop-ClusterReousrce和Start-ClusterReousrce」指令，手動停止再啟動叢集資源，因此運作其中的工作負載將會遭遇存取中斷的情況，建議應該在維護期間執行此轉換作業，如圖23所示。
圖23 將固定大小磁碟區轉換為精簡佈建磁碟區。
此時，再次查看磁碟區資訊，可以看到Used欄位由先前的2.04TB降低為「114GB」，而Available欄位由先前的1.96TB提升為「3.89TB」，如圖24所示。
圖24 精簡佈建磁碟區大幅提升儲存空間可用資源。
結語
透過本文的深入剖析和實作演練後，相信管理人員除了理解最新Azure Stack HCI 22H2版本特色功能外，也了解如何建構和部署單台Azure Stack HCI超融合叢集，並將固定大小磁碟區轉換為精簡佈建磁碟區。
＜本文作者：王偉任，Microsoft MVP及VMware vExpert。早期主要研究Linux/FreeBSD各項整合應用，目前則專注於Microsoft及VMware虛擬化技術及混合雲運作架構，部落格weithenn.org。＞