SAS-硬盘介绍.doc

SAS 硬盘介绍前言作为并行连接SCSI的后继技术，串行连接SCSI（SAS）专为满足高性能企业需求而设计，并实现与串行ATA（SATA）的互操作，为企业用户带来前所未有的灵活性和成本节约。SAS将为外部存储子系统带来显著优势，为用户提供“一站式采购”，并可同时满足用户以下三种主要数据类型的存储需要：图 1在一个外部子系统中使用SAS中间背板可同时支持高性能、高可靠的SAS硬盘和经济有效、大容量的SATA硬盘。前者可满足事务型数据的存储需要，而后者则是参考型数据和大吞吐量数据存储的理想选择。因此，用户可以使用一个而非两个平台来支持所有三个不同层面的应用（图 1）。基于SAS的外部存储阵列有以下五个方面的优势：性能、可用性、灵活性、扩展能力和拥有成本。SAS小档案SAS是Serial Attached SCSI的缩写，即串行连接SCSI。2001年11月26日，Compaq、IBM、LSI逻辑、Maxtor和Seagate联合宣布成立SAS工作组，其目标是定义一个新的串行点对点的企业级存储设备接口。2003年5月，SAS 1.0规范正式出台并提交给ANSI(American National Standards Institute，美国国家标准协会)讨论，同年9月SAS 1.0正式通过ANSI认证。如今，主流的服务器存储接口标准(企业级应用中的SCSI和低成本的ATA)都依赖于数据流的并行传输。随着人们对服务器系统各方面的要求不断提高(包括数据传输速度和可靠性)，并行技术无法回避的各种问题，如信号终止限制，电缆和连接器的反射，信号扭曲和串音，以及设备寻址能力等问题都成为提高数据传输性能的障碍。并行SCSI接口技术广泛应用于企业级存储，ATA接口技术则主要被大量用于PC产品。SAS是SCSI总线协议的串行标准，同样SATA是ATA的串行标准。为保护用户投资，SAS规范也兼容了SATA，这使得SAS的背板可以兼容SAS和SATA两类硬盘。而背板生产厂家也不需要为SCSI和SATA标准分别设计不同的产品，同时也减少了设计时布线的复杂度和PCB板的层数，因此降低了成本。系统集成商也不需要为给客户配置不同硬盘而采购不同的背板和线缆。目前，SAS接口速率为3G(b/s)，其SAS扩展器多为12端口。不久，将会有6G甚至12G的高速接口出现，并且会有28或36端口的SAS扩展器出现以适应不同的应用需求。作为并行SCSI的下一代技术，SAS将为存储应用提供更高的可靠性和扩展性，以及更好的性价比。市场时间表SCSI协议由于其深受信赖的可靠性和稳定的功能集，20年来一直牢牢占据市场。3年前才推出的串行连接SCSI（SAS）延续了对SCSI的创新，具有全新水平的可扩展性、灵活性和经济有效性，为用户提供接入、数据传输和数据存储能力。SAS的第一个原型设计已于2003年宣布，这是实现市场广泛推广的关键一步。这些原型使我们能够开发出将SAS优势引入企业的第一代技术和产品。这些产品现在已经被开发出来并经过了测试，大量的集成解决方案也已经向公众展示。互操作性测试是SAS产品市场化的关键，因为它同时支持SAS和SATA硬盘及部件，增加了结构的灵活性。互操作能力使一个厂商的SAS产品能够与其它公司生产的产品相互兼容，并保证今天开发的产品能够与现有及下一代SATA产品共同工作。互操作性测试在2004年从未间断。位于新罕布什尔大学的InterOperability实验室成功地展示了各种SAS产品和配置所达到的所有互操作能力。当年首推SCSI的公司现在正将资金投入到对SAS的进一步开发中以保持其高可靠性标准，同时满足市场对技术和功能不断变化的需求。业内支持来自所有主流硬盘厂商、主机适配器供应商、芯片制造商、大的计算机生产厂家以及其它供应商。大量不同种类的最新产品和解决方案已被推出，其中一些目前已开始销售，其余也有望在2006年初面向市场，使SAS这个长久以来的许诺最终变为现实。SAS子系统有望在2005财年的第一季度上市，与SAS磁盘和SAS主机总线适配器保持一致。再下一个季度就将开始对其批量销售。性能提高SAS之所以备受市场关注，主要源于其几个方面的性能优势。例如，一个SAS接入可支持四路SAS宽线，换言之即每个连接支持 4 x 300 MB/秒。一个JBOD 系统上的SAS连接在理论上可支持最大 1,200 MB/秒（如图 2）。SAS还可作为一个经济有效的高性能扩展端口，实现与另一个SAS子系统的菊链式连接。图 2另外，每个性能为3Gb的SAS硬盘（10000rpm或15000rpm转速）连接到一个3Gb的硬盘接入口，可提供足够富余的带宽以实现顶级驱动性能（见图2）。假定一个子系统中有16块SAS硬盘，每块硬盘的性能为75MB/秒，则16块硬盘提供的性能相当于1,200MB/秒，大大优于2Gb光纤通道环和U320并行SCSI总线。SAS的开发路线图计划相当完善，将使用户投资得到足够保护。该计划从3Gb 开始，到2007年加倍到6Gb ，然后再次加倍至12Gb。可用性提高基于SAS的存储子系统的另一个优势来自每块SAS硬盘本身所具有的端口能力，在控制器故障恢复时为硬盘提供了冗余路径。另外，由于每块硬盘占据一个独立的点对点连接，损失一路硬盘连接仅影响到一块单独的硬盘。同等情形下，并行SCSI损失的是一根总线，将影响到这根总线上的所有硬盘。和光纤通道硬盘一样，SAS硬盘也是为苛刻的企业级应用和承担繁重负载而设计的，其MTBF 超过1百万小时，保修期长达5年。 SAS硬盘所采用的工程设计面向复杂的企业应用，其中每个部件（电机、转轴、驱动臂和固件等）都针对苛刻使用环境进行了特别的设计和制造。SAS硬盘还通过其全面的校验/纠错功能来保证数据准确性。基于SAS硬盘的子系统支持主动-主动式控制器，可由SAS、光纤通道或iSCSI提供故障恢复和冗余主机连接。这些子系统还支持冗余的可热插拔电源、冷却系统，以及与基于光纤通道和SCSI的阵列相同的机架服务、RAID及软件功能。顶级灵活性SAS 最为人们所熟知的优势当属其在外部存储中的配置灵活性。无需对系统进行任何修改和变化，一块SATA硬盘即可插入到一张SAS中间背板上，而阵列中的控制器和软件也能够无缝地支持由SATA和SAS混合构成的系统。如图3所示，6块SAS硬盘可被分区为一个存储池或LUN，分配给一台运行交易密集型应用的服务器，如一个订票系统；而另外6块同样分区为一个存储池或LUN的SATA硬盘则分配给另一台服务器，这台服务器上运行的是参考型数据应用，如医学影象处理。换一种方法，也可以用一个阵列支持所有SAS硬盘，另一个与之相连或菊链式连接的阵列支持所有SATA硬盘。这种灵活性是光纤通道和并行SCSI子系统所难于实现的，只有SAS能够为用户同时提供两种技术的优越性。图 3无缝扩展，降低拥有成本SCSI其由于结构性局限，无法扩充多个硬盘机架。与之不同的是，利用SAS可以将系统扩充到超过100块硬盘，即如果使用300GB的SAS硬盘，则容量可达到36TB，或以400GB的SATA硬盘使容量达到48TB。这种顶级扩展能力为用户提供了大容量存储池和经济有效的途径来代替基于光纤通道的SAN。SAS硬盘价格有望与SCSI硬盘持平，而在一个RAID控制器或JBOD输入/输出模块中将SAS部署为主机接口和扩展接口都要比使用光纤通道成本更低。另外，在同一系统中同时支持SAS 和SATA硬盘降低了总体拥有成本，简化了培训和产品维护，加大了对用户投资的保护。总结SAS为我们带来全新水平的性能、可靠性和用户选择灵活性。由于SAS同时支持企业级应用的SAS硬盘和成本敏感型应用的SATA硬盘，使OEM厂商和 IT 管理人员可单独或同时使用这两种磁盘技术来灵活配置存储子系统，在同一台存储子系统上实现高性能和低成本存储，因此最大程度地提高了用户的投资回报率，并为未来的发展提供了灵活性。SAS优势2：可连接的硬盘数量急剧增大SAS另一个优势是基于它的串行技术。现有基于并行技术的SCSI接口允许在一条电缆上最多连接15部硬盘，但在实际应用中，电缆提供的带宽不足以维持这么多硬盘同时运行。使用SAS接口后，每个端口所能提供的地址空间(也就是能连接的硬盘数量)将增加到4032个(在不使用扩展器的情况下)，即使FC(光纤通道)也仅仅能提供127个。由于硬盘的连接都是串行的，避免了因带宽有限而造成硬盘无法同时使用。目前使用的并行SCSI则会因带宽拥挤导致某些硬盘访问失败。过去之所以采用并行技术是因为可以并行传输较多的数据。但是随着串行技术以及相应控制器的不断发展，其传输性能已经可以比拼甚至超过并行技术，因此成为业界的宠儿，如Infiniband、USB、FC以及以太网都是串行技术的具体应用。SAS优势3：数据传输速率高SAS目前的数据传输速率为3GB/s，未来有望突破这一性能瓶颈。业内人士普遍认为，并行技术的数据传输速率已经达到极限。根据SCSI商业联盟的预测，最初(2001年)SAS设备的传输速率为300MB/秒，2008年时将达到6GB/秒，而到2010年时则会提高到12GB/秒。SAS还添加了对双端口的支持，即为一个硬盘提供两个连接，它可以用于故障排除，同时还能用于RAID控制器，FC就使用了这种设计。由于SAS硬盘的适应性比较好，同时传输速度也得到提高，因此它适宜于构建大型高容量高性能的磁盘阵列系统。Butler说，对性能要求最高的应用领域将继续被FC设备占领(在这些应用领域中，用户注重FC的高性能，而不太在意它较高的成本)，除此之外，在其他应用领域中SAS将逐步取代FC。来自LSI Logic公司的Mason表示，SAS还能在近线存储中找到用武之地。用户可以将多台SAS设备(阵列或者SAS硬盘)通过SAS到SAS的方式直接连接起来，而不需要将其放到本地SAN(存储区域网)中，也不需要与其他应用共享网络带宽。Mason认为，通过这种方式建立起来的SAS近线存储可以作为SAN系统的辅助，而不是取代SAN。IBM的Butler也有类似观点，他认为SAS可以用于双节点的外部存储机群。制造商表示，SAS将首先应用于服务器市