Sas пропускная способность. Беспрецедентная совместимость последовательных интерфейсов

Добрый день хабралюди!

Блог компании HGST после некоторого перерыва снова с вами. И сегодня мы хотели бы поговорить о преимуществах твердотельных накопителей SAS перед накопителями с интерфейсом SATA.

Интерфейс SAS, поддерживающий связь между устройствами, предназначен для использования на корпоративном уровне и обеспечивает масштабируемость, надежность работы и высокую доступность данных, в то время, как устройства с интерфейсом SATA оптимизированы для более дешевых пользовательских приложений.

Поскольку изготовители дисков используют интерфейс SAS для высокопроизводительных накопителей, а интерфейс SATA для клиентских дисков и запоминающих устройств большой емкости, производители твердотельных накопителей (SSD), в основном, продолжают использовать такое же разделение. В настоящее время на рынке также имеются SSD-накопители корпоративного класса с интерфейсом SATA, обеспечивающие высокую производительность. Однако, используя интерфейс SAS с более устойчивыми к ошибкам флеш-устройствами, контроллерами и программно-аппаратными средствами, мы получаем превосходное решение для рабочих нагрузок корпоративного уровня, таких, как оперативная обработка транзакций (OLTP), высокопроизводительные вычисления (HPC), ускорение работы базы данных, организация хранилищ данных/ регистрация данных, виртуализация и инфраструктура виртуальных ПК, работа с большими объемами данных и гипермасштабируемыми данными, передача сообщений и совместная работа, интерфейс с веб-серверами, передача мультимедийных потоков и предоставление видеопрограмм по требованию (VOD), облачные вычисления и хранение данных на устройстве Tier-0 для сетей SAN и NAS.

Благодаря характеристикам интерфейса SAS и ведущим в отрасли технологиям компании HGST, таким как CellCare, PowerSafe и Data Path Protection, вы получаете следующие преимущества:

Стабильная, высокопроизводительная работа SSD в течение всего срока службы
Долговечность
Масштабируемость
Надежность в эксплуатации
Высокая доступность данных
Управляемость данными на устройстве
Взаимодействие с модернизируемой архитектурой системы

Рабочие нагрузки, которые должны поддерживать твердотельные SAS-накопители корпоративного класса, включают в себя:
Оперативная обработка транзакций (OLTP)
Высокопроизводительные вычисления (HPC)
Ускорение работы базы данных
Организация хранилищ данных и хранение пользовательских данных
Виртуализация и инфраструктура виртуальных ПК
Анализ больших объемов данных и гипермасштабируемых данных
Программы для обмена сообщениями и совместной работы
Интерфейс с веб-серверами
Потоковое мультимедиа и предоставление видеопрограмм по требованию (VOD)
Облачные вычисления
Устройства хранения данных Tier-0 для систем SAN и NAS

SAS (последовательный SCSI) и SATA (последовательный ATA) - стандартные протоколы передачи данных между подключенными устройствами. Они предназначены для обеспечения взаимодействия компьютеров с периферийными устройствами, такими, как контроллеры внешней памяти и жесткие диски. Оба интерфейса (SAS и SATA) имеют долгую историю развития: они впервые появились в 1980-е годы как параллельные интерфейсы, а примерно 10 лет назад были преобразованы в последовательные протоколы в целях дальнейшего повышения производительности. При использовании с контроллером внешней памяти интерфейс SAS или SATA может использоваться как внешний интерфейс серверов, а также как внутренний интерфейс для подключения жестких дисков и SSD. Контроллер может поддерживать множество типов интерфейсов, однако диски имеют только один тип интерфейса - SAS или SATA. Интерфейс не зависит от накопителя информации (например, флеш-память, жесткий диск) или качества компонентов или программно-аппаратных средств внутри диска. С этой точки зрения интерфейсы SAS и SATA ведут себя одинаково.

Давайте рассмотрим теперь основные параметры накопителей

Производительность
Протокол SCSI. Протокол SCSI, используемый интерфейсом SAS, работает быстрее и производит множественные, одновременные операции ввода/вывода данных более эффективно по сравнению с набором команд параллельного интерфейса ATA (SATA).
Увеличение скорости передачи данных - от 6 Гб/с до 12 Гб/с, а затем до 24 Гб/с. Интерфейс SAS позволяет увеличить скорость передачи данных с 6 Гб/с до 12 Гб/с; кроме того, имеется четкий roadmap для дальнейшего увеличения скорости до 24 Гб/с. В настоящее время интерфейс SATA поддерживает скорость передачи данных до 6 Гб/с, при этом, отсутствуют конкретные планы по увеличению скорости в будущем.
Очереди помеченных команд. Большинство накопителей SAS поддерживают очередь команд глубиной 128 (предел протокола – 65 536), что позволяет уменьшить латентность и повысить производительность при высоких рабочих нагрузках. Аппаратная установка очередности команд интерфейса SATA поддерживает только 32 команды.
Сдвоенные порты и многоканальный ввод-вывод. Диски с интерфейсом SAS оснащены сдвоенными портами и поддерживают множество инициаторов в системе хранения данных; таким образом, многоканальный ввод-вывод и балансирование нагрузки позволяют увеличивать производительность. В интерфейсе SATA отсутствует поддержка нескольких инициаторов, и большинство дисков SATA не имеют сдвоенных портов.
Полнодуплексная передача данных. Диски SAS поддерживают полнодуплексный режим (одновременная передача данных в двух направлениях), в то время, как накопители SATA работают в полудуплексном режиме (передача данных в одном направлении).

Масштабируемость
К одному порту можно подключить множество дисков. Интерфейс SAS поддерживает расширитель портов до 255 устройств (двухъярусная структура), таким образом, к одному порту инициатора можно подключить до 65 635 дисков. Интерфейс SATA использует только соединение «точка-точка».
Использование удлиненных кабелей. Использование SAS-устройств обеспечит более удобный процесс расширения ЦОД (центра обработки данных), поскольку они позволяют использовать пассивные медные кабели длиной до 10 м и оптические кабели длиной до 100 м. SATA не позволяет использовать кабели длиной свыше 2 метров.
Масштабируемая производительность. Производительность твердотельных SAS-накопителей в конфигурации RAID является более масштабируемой по сравнению с дисками SATA.
Совместимость с интерфейсом SATA. Контроллеры внешней памяти с интерфейсом SAS поддерживают диски SATA, что обеспечивает ярусное хранение данных с использованием как накопителей SAS, так и SATA в одном массиве. Однако, в свою очередь, SATA не поддерживает диски SAS.

Высокая доступность данных
Сдвоенные порты для обеспечения отказоустойчивости. SAS поддерживает сдвоенные порты, в то время как большинство дисков SATA их не имеет.
Несколько инициаторов. Интерфейс SAS позволяет подключение нескольких контроллеров к набору жестких дисков в системе хранения данных, что обеспечивает их быструю замену и переход на другой ресурс при сбое. Интерфейс SATA не обладает такими возможностями.
Подключение в «горячем» режиме. Диски с интерфейсом SAS и SATA могут подключаться в режиме «горячей» замены.

Взаимодействие с модернизируемой архитектурой системы
Roadmap для расширения функциональных возможностей в будущем. В планах производителей устройств с интерфейсом SAS - увеличение скорости передачи данных до 24 Гб/с и, вероятно, даже выше, в то время как для SATA такой roadmap отсутствует и скорость передачи данных ограничивается текущим значением - 6 Гб/с. Благодаря использованию SAS предприятия могут модернизировать свой парк устройств и переходить на более быстрые диски в будущем, сохраняя при этом совместимость с предыдущими версиями, используемыми в существующей инфраструктуре.
SCSI. Поскольку большинство накопителей, установленных на предприятии, используют набор команд SCSI, интерфейс SAS сохраняет совместимость с системами хранения данных различных поколений.

SSD накопители HGST отличает высокая производительность в течение всего срока службы диска. В них используются инновационные технологии Advanced Flash Management и CellCare, обеспечивающие исключительно высокую скорость в режиме последовательного и произвольного чтения/записи. Твердотельные накопители работают гораздо быстрее по сравнению с жесткими дисками, хотя со временем ячейки флеш-памяти изнашиваются и скорость их работы снижается, особенно с нарастанием количества циклов установки программ/удаления файлов с диска. Технология Advanced Flash Management компании HGST использует традиционный алгоритм нивелирования износа, а также схемы обнаружения и коррекции ошибок, восстановления поврежденных блоков и устранения избыточности данных для увеличения срока службы, надежности и производительности SSD.

HGST CellCare - запатентованная технология производства контроллеров флеш-памяти, позволяющая обеспечить долговечность, производительность и надежность устройств корпоративного класса при помощи экономичных, логических микросхем с высокой плотностью элементов для устройств с флеш-памятью. Технология CellCare заключается в динамическом отслеживании параметров ячеек памяти по мере их износа и использовании технологий прогнозирования для сведения к минимуму износа NAND чипов флеш-памяти путем создания адаптивной обратной связи между флеш-памятью и контроллером. Не менее важным аспектом технологии Cellcare является возможность контролировать эффект старения флеш-памяти и не допускать снижения скорости работы SSD-накопителей по мере увеличения их срока службы. Эта особенность уникальной технологии Cellcare обеспечивает безотказность в работе и высокую производительность в течение всего срока службы именно SSD компании HGST.

Сейчас, когда стоимость хранения данных значительно выросла в связи с изменениями валютных курсов, при выборе компонентов IT-инфраструктуры приходится проявлять изобретательность и идти на компромиссы. На наш взгляд, неоднократно доказанная надежность и высокая производительность в течение всего рока службы, однозначно должны учитываться наряду с другими факторами. Ведь в среднесрочной и долгосрочной перспективе, такое решение окупит себя сполна.

В следующем посте мы продолжим разговор о SSD накопителях и рассмотрим другие преимущества HGST в этой области.

Данная статья призвана объяснить разницу между типами жестких дисков и помочь вам определиться с выбором при покупке выделенного сервера.

SATA - Serial ATA

В настоящее время SATA диски используются на большинстве персональных компьютеров в мире и на бюджетных конфигурациях серверного оборудования. По сравнению с SAS и SSD дисками скорость чтения и записи SATA дисков заметно ниже, но их выбирают из-за больших объемов хранимой информации.

Диски SATA хорошо подойдут для игровых серверов, работа которых не требует частой записи и чтения информации. Также SATA диски целесообразно использовать для следующих целей:

• потоковые операции, например, кодирование видео;
• хранилища данных;
• системы резервного копирования;
• объемные, но не нагруженные файл-серверы.

SAS - Serial Attached SCSI

Диски SAS изначально разработаны с учетом корпоративных и промышленных нагрузок, что положительно сказывается на их производительности. Скорость вращения SAS дисков вдвое выше, чем у SATA, поэтому их стоит выбирать для задач, которые чувствительны к скорости и требуют многопоточного доступа. Также диски SAS (в отличие от SSD) могут обеспечить надежную и многократную перезапись данных.

Для организации хостинга диски SAS будут оптимальны, так как они могут обеспечить высокую надежность хранения данных. Помимо этого жесткие диски SAS хорошо подойдут для реализации следующих задач:

• cистемы управления базами данных (СУБД);
• WEB-серверы с высокой нагрузкой;
• распределенные системы;
• системы, обрабатывающие большое количество запросов - терминальные серверы, 1С серверы.

Единственным недостатком SAS дисков (как и у SSD) является их небольшой объем и высокая цена.

SSD - Solid-state Drive

В последнее время SSD становятся все более и более популярными. SSD не использует для записи магнитные диски, а содержит только микросхемы энергонезависимой памяти, аналогичные тем, что используются в USB-флешках.

В SSD дисках нет движущихся частей, что обеспечивает высокую механическую стойкость, сниженное энергопотребление и высокую скорость работы. В данный момент SSD диски обеспечивают максимально возможную скорость чтения и записи, что позволяет использовать их для любых высоконагруженных проектов.

Главным минусом SSD дисков является то, что они ограничены по объему информации, которую можно перезаписать на диск. Соответственно, если в день ваша система перезаписывает более 20 Гб данных, будьте готовы через некоторое время сменить SSD диск. Кстати цена таких дисков выше, чем у обоих вышеперечисленных типов.

Многие современные CMS при генерации страницы зачастую требуют одновременного обращения к нескольким файлам на диске. Именно для работы с подобными системами SSD диски - идеальный выбор. Использование SSD дисков для нагруженных сайтов является гарантией того, что вы получите максимум скорости чтения данных.

Жесткий диск для сервера, особенности выбора

Жесткий диск - это самый ценный компонент в любом компьютере. Ведь на нем хранится информация, с которой работает компьютер и пользователь, в том случае, если речь идет о персональном компьютере. Человек, каждый раз садясь за компьютер, рассчитывает на то, что сейчас пробежит экран загрузки операционной системы, и он приступит к работе со своими данными, которые выдаст «на гора» из своих недр винчестер. Если же речь идет о жестком диске, или даже об их массиве в составе сервера, то таких пользователей, которые рассчитывают получить доступ к личным, или же рабочим данным, - десятки, сотни и тысячи. И вся их спокойная работа или же отдых и развлечения зависит от этих устройств, которыепостоянно хранят в себе данные. Уже из этого сравнения видно, что запросы к жестким дискам домашнего и промышленного класса предъявляются неравнозначные - в первом случае с ним работает один пользователь, во втором - тысячи. Получается, что второй жесткий диск должен быть надежнее, быстрее, устойчивей первого во много раз, ведь с ним работают, на него надеются множество пользователей. В этой статье будут рассмотрены типы используемых в корпоративном секторе жестких дисков и особенности их конструкции, позволяющие добиться высочайшей надежности и производительности.

SAS и SATA диски - такие похожие и такие разные

До недавнего времени, стандарты жестких дисков промышленного класса и бытового, различались значительно, и были несовместимы - SCSI и IDE, в настоящее время ситуация изменилась - на рынке в подавляющем большинстве находятся жесткие диски стандарта SATA и SAS (Serial Attached SCSI). Разъем SAS является универсальным и по форм-фактору и совместим с SATA. Это позволяет напрямую подключать к системе SAS как высокоскоростные, но при этом небольшой емкости, (на момент написания статьи - до 300 Гб) накопители SAS, так и менее скоростные, но в разы более емкие, накопители SATA (на момент написания статьи до 2 Тб). Таким образом, в одной дисковой подсистеме можно объединить жизненно важные приложения, требующих высокой производительности и оперативного доступа к данным, и более экономичные приложения с более низкой стоимостью в пересчете на гигабайт.

Подобная конструктивная совместимость выгодна как производителям задних панелей, так и конечным пользователям, ведь при этом снижаются затраты на оборудование и проектирование.

То есть, к разьемам SAS можно подключить как SAS устройства, так и SATA, а к разъемам SATA подключаются лишь SATA устройства.

SAS и SATA - высокая скорость и большая емкость. Что выбрать?

SAS-диски, пришедшие на смену дискам SCSI полностью унаследовали их основные характеризующие винчестер свойства: скорость вращения шпинделя (15000 rpm) и стандарты объема (36,74,147 и 300 Гб). Тем не менее, сама технология SAS значительно отличается от SCSI. Коротко рассмотрим основные отличия и особенности:Интерфейс SAS использует соединение «точка-точка» — каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом, в отличие от него, SCSI работает по общей шине.

SAS поддерживает большое количество устройств (> 16384), в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине.

SAS интерфейс поддерживает скорость передачи данных между устройствами на скоростях 1,5; 3; 6 Гб/с, в то время как у интерфейса SCSI скорость шины не выделена на каждое устройство, а делится между ними.

SAS поддерживает подключение более медленных устройств с интерфейсом SATA.

SAS конфигурации значительно легче в монтаже, установке. Такая система проще масштабируется. Кроме того, SAS винчестеры унаследовали надежность жестких дисков SCSI.

При выборе дисковой подсистемы - SAS или SATA нужно руководствоваться тем, какие функции будут выполняться сервером или рабочей станцией. Для этого нужно определиться со следующими вопросами:

1. Какое количество одновременных разноплановых запросов будет обрабатывать диск? Если большое - Ваш однозначный выбор - диски SAS. Так же, если Ваша система будет обслуживать большое количество пользователей - выбирайте SAS.

2. Какое количество информации будет храниться на дисковой подсистеме Вашего сервера или рабочей станции? Если более 1-1,5 Тб - стоит обратить внимание на систему на базе SATA винчестеров.

3. Каков бюджет, выделяемый на покупку сервера или рабочей станции? Следует помнить, что помимо SAS дисков потребуется SAS контроллер, который тоже нужно учитывать.

4. Планируете ли вы, в последствие, рост объема данных, рост производительности или усиление отказоустойчивости системы? Если да, то Вам понадобиться дисковая подсистема на базе SAS, она проще масштабируется и более надежна.

5. Ваш сервер будет работать с критически важными данными и приложениями - Ваш выбор - SAS диски, рассчитанные на тяжелые условия эксплуатации.

Надежная дисковая подсистема, это не только качественные жесткие диски именитого производителя, но и внешний дисковый контроллер. О них пойдет речь в одной из следующих статей. Рассмотрим диски SATA, какие разновидности этих дисков бывают и какие следует использовать при построении серверных систем.

SATA диски: бытовой и промышленный сектор

SATA диски, используемые повсеместно, от бытовой электроники и домашних компьютеров до высокопроизводительных рабочих станций и серверов, различаются на подвиды, есть диски для использования в бытовой технике, с низким тепловыделением, энергопотреблением, и как следствие, заниженной производительностью, есть диски - среднего класса, для домашних компьютеров, и есть диски для высокопроизводительных систем. В этой статье мы рассмотрим класс винчестеров для производительных систем и серверов.

Эксплуатационные характеристики

В таблице представлены характеристики жестких дисков одного из ведущих производителей, в одной колонке приведены данные SATA винчестера серверного класса, в другой обычного SATA винчестера.

Из таблицы мы видим, что диски различаются не только по характеристикам быстродействия, но и по характеристикам эксплуатационным, которые напрямую влияют на продолжительность жизни и успешной работы винчестера. Следует обратить внимание на то, что внешне эти жесткие диски отличаются малозначительно. Рассмотрим, какие технологии и особенности позволяют это сделать:

Усиленный вал (шпиндель) жесткого диска, у некоторых производителей закрепляется с двух концов, что уменьшает влияние внешней вибрации и способствует точному позиционированию блока головок во время операций чтения и записи.

Применение специальных интеллектуальных технологий, позволяющих учитывать как линейную так и угловую вибрацию, что уменьшает время позиционирования головок и увеличивает производительность дисков до 60%

Функция устранения ошибок по времени работы в RAID массивах - предотвращает выпадение жестких дисков из RAID, что является характерной особенностью обычных жестких дисков.

Корректировка высоты полета головок в совокупности с технологией предотвращения соприкосновения с поверхностью пластин, что приводит к значительному увеличению срока жизни диска.

Широкий спектр функций самодиагностики, позволяющих заранее предсказать тот момент, когда жесткий диск выйдет из строя, и предупредить об этом пользователя, что позволяет успеть сохранить информацию на резервный накопитель.

Функции, позволяющие снизить показатель невосстановимых ошибок чтения, что увеличивает надежность серверного жесткого диска, по сравнению с обычными жесткими дисками.

Говоря о практической стороне вопроса, можно уверенно утверждать, что специализированные жесткие диски в серверах «ведут себя» намного лучше. В техническую службу происходит в разы меньше обращений по нестабильности работы RAID массивов и отказам жестких дисков. Поддержка производителем серверного сегмента винчестеров происходит намного оперативнее, чем обычных жестких дисков, в связи с тем, что приоритетным направлением работы любого производителя систем хранения данных является промышленный сектор. Ведь именно в нем находят применение самые передовые технологии, стоящие на страже Вашей информации.

Аналог SAS дисков:

Жеские диски от компании Western Digital VelociRaptor. Эти накопители со скоростью вращения дисков 10 тыс. об/мин, оснащаемые интерфейсом SATA 6 Гб/с и 64 МБ кэш-памяти. Время наработки этих накопителей на отказ составляет 1,4 миллиона часов.
Более подробно на сайте производителя www.wd.com

Заказать сборку сервера на базе SAS или аналогом SAS жеских дисков Вы можете в нашей компании "Статус" в Санкт-Петербурге, также, купить или заказать SAS жеские диски в Санкт-Петербурге Вы можете:

• звоните по телефону +7-812-385-55-66 в Санкт-Петербурге
• пишите на адрес
• оставляйте заявку у нас на сайте на странице "Онлайн заявка"

Почему SAS?

Интерфейс Serial Attached SCSI - это не просто последовательная реализация протокола SCSI. В нём реализовано намного больше, чем простой перенос функций SCSI, таких как TCQ (Tagged Command Queuing, тэгированная очередь команд), через новый разъём. Если бы нам была нужна наибольшая простота, то тогда мы бы использовали интерфейс Serial ATA (SATA), являющийся простым соединением "точка-точка" между хостом и конечным устройством, таким как жёсткий диск.

Но SAS базируется на объектной модели, определяющей "домен SAS” - систему доставки данных, которая может включать в себя опциональные экспандеры (expander) и конечные устройства SAS, такие как жёсткие диски и host-адаптеры (host bus adapters, HBA). В отличие от SATA, устройства SAS могут иметь несколько портов, каждый из которых может использовать несколько физических соединений, чтобы обеспечивать более скоростные (широкие) подключения SAS. Кроме того, к любой определённой цели могут обращаться несколько инициаторов, а длина кабеля может составлять до восьми метров (для первого поколения SAS) против одного метра у SATA. Вполне понятно, что это обеспечивает немало возможностей для создания высокопроизводительных или избыточных решений хранения данных. Кроме того, SAS поддерживает протокол SATA Tunneling Protocol (STP), позволяющий подключать к SAS-контроллеру устройства SATA.

Стандарт SAS второго поколения увеличивает скорость соединения с 3 до 6 Гбит/с. Данный прирост скорости очень важен для сложных окружений, где требуется высокая производительность из-за высокоскоростных хранилищ. Новая версия SAS также призвана снизить сложность прокладки кабелей, а также число соединений на Гбит/с пропускной способности, увеличивая возможную длину кабелей и улучшая работу экспандеров (разбиение на зоны и автоматическое обнаружение). Чуть ниже мы поговорим об этих изменениях в деталях.

Увеличение скорости SAS до 6 Гбит/с

Чтобы донести преимущества SAS до более широкой аудитории, SCSI Trade Association (SCSI TA) представила учебник по технологии SAS на конференции Storage Networking World Conference, которая прошла чуть раньше в этом году в Орландо (США, Флорида). Так называемый SAS Plugfest, где демонстрировалась работа SAS на 6 Гбит/с, совместимость и функции, прошёл ещё раньше в ноябре 2008 года. LSI и Seagate стали первыми на рынке, кто представил "железо", совместимое с SAS на 6 Гбит/с, но остальные производители тоже должны вскоре подтянуться. В нашей статье мы рассмотрим текущее состояние технологий SAS и некоторые новые устройства.

Функции и основы SAS

Фундаментальные основы SAS

В отличие от SATA, интерфейс SAS работает на основе полного дуплекса, предоставляя полную пропускную способность в обоих направлениях. Как уже упоминалось ранее, соединения SAS всегда устанавливаются через физические подключения, используя уникальные адреса устройств. Напротив, SATA может адресовать только номера портов.

Каждый адрес SAS может содержать несколько интерфейсов физического уровня (PHY), что позволяет создавать более широкие подключения через InfiniBand (SFF-8470) или кабели mini-SAS (SFF-8087 и -8088). Обычно четыре интерфейса SAS с одним PHY на каждом объединяются в один широкий интерфейс SAS, который уже подключается к SAS-устройству. Связь может осуществляться и через экспандеры, которые работают больше как коммутаторы, нежели как устройства SAS.

Такие функции, как разбиение по зонам (zoning) теперь позволяют администраторам привязывать конкретные устройства SAS к инициаторами. Именно здесь будет полезна увеличенная пропускная способность SAS 6 Гбит/с, поскольку у четырёхканального соединения теперь будет в два раза большая скорость. Наконец, устройства SAS могут даже иметь несколько адресов SAS. Поскольку накопители SAS могут использовать два порта, с одним PHY на каждом, то накопитель может иметь два адреса SAS.

Соединения и интерфейсы

Нажмите на картинку для увеличения.

Адресация соединений SAS происходит через порты SAS, используя SSP (Serial SCSI Protocol), но связь на нижнем уровне от PHY до PHY осуществляется, используя одно или несколько физических соединений по причинам увеличения пропускной способности. SAS использует кодирование 8/10 бит, чтобы преобразовывать 8 бит данных в 10-символьные передачи в целях восстановления синхронизации, баланса DC и определения ошибок. В итоге мы получаем эффективную пропускную способность 300 Мбайт/с для режима передачи 3 Гбит/с и 600 Мбайт/с для подключений 6 Гбит/с. Технологии Fibre Channel, Gigabit Ethernet, FireWire и другие работают по схожей схеме кодирования.

Интерфейсы питания и данных SAS и SATA очень похожи друг на друга. Но если у SAS интерфейсы данных и питания объединены в один физический интерфейс (SFF-8482 на стороне устройства), то SATA требует двух раздельных кабелей. Зазор между контактами питания и данных (см. иллюстрацию выше) в случае SAS закрыт, что не позволяет подключать устройство SAS к контроллеру SATA.

С другой стороны, устройства SATA могут прекрасно работать на инфраструктуре SAS благодаря STP или в "родном" режиме, если не используются экспандеры. STP добавляет дополнительную задержку при прохождении через экспандеры, поскольку им нужно устанавливать соединение, что происходит медленнее, нежели прямая связь SATA. Впрочем, задержки всё равно очень малы.

Домены, экспандеры

Домены SAS можно представить в виде древовидных структур наподобие сложных сетей Ethernet. Экспандеры SAS могут работать с большим количеством SAS-устройств, но они используют принцип коммутации каналов, а не более распространённую коммутацию пакетов. Некоторые экспандеры содержат в себе устройства SAS, другие - нет.

SAS 1.1 распознаёт граничные экспандеры (edge expander), которые позволяют инициатору SAS связываться с до 128 дополнительными адресами SAS. В домене SAS 1.1 можно использовать только два граничных экспандера. Впрочем, один экспандер расширения (fanout expander) может подключать до 128 граничных экспандеров, что существенно увеличивает возможности инфраструктуры вашего решения SAS.

Нажмите на картинку для увеличения.

По сравнению с SATA интерфейс SAS может показаться сложным: разные инициаторы обращаются к целевым устройствам через экспандеры, что подразумевает прокладку соответствующих маршрутов. SAS 2.0 упрощает и улучшает прокладку маршрутов.

Следует помнить, что SAS запрещает петли или множественные пути. Все соединения должны быть "точка-точка" и эксклюзивными, но сама по себе архитектура подключений хорошо масштабируется.

Новые функции SAS 2.0: экспандеры, производительность

Зоны экспандера и автоматическая конфигурация

Граничные (edge) и расширяющие (fanout) экспандеры практически остались в истории. Это часто связывают с обновлениями в SAS 2.0, но причина на самом деле кроется в зонах SAS, появившихся в 2.0, которые позволяют убрать разделение между граничными и расширяющими экспандерами. Конечно, зоны обычно реализуются специфически для каждого производителя, а не как единый индустриальный стандарт.

По сути, теперь на одной инфраструктуре доставки информации можно располагать несколько зон. Это значит, что к целям (накопителям) в хранилище могут обращаться разные инициаторы через один и тот же экспандер SAS. Сегментация домена выполняется через зоны, доступ осуществляется эксклюзивным образом.

В прошлый раз мы с вами рассмотрели все, что касается технологии SCSI в историческом контексте : кем она была изобретена, как развивалась, какие у нее есть разновидности и так далее. Закончили мы на том, что наиболее современным и актуальным стандартом является Serial Attached SCSI, он появился относительно недавно, но получил быстрое развитие. Первую реализацию «в кремнии» показала компания LSI в январе 2004 года, а в ноябре того же года SAS вошел в топ самых популярных запросов сайта storagesearch.com .

Начнем с основ. Как же работают устройства на технологи SCSI? В стандарте SCSI все построено на концепции клиент/сервер.

Клиент, называемый инициатором (англ. initiator), отправляет разные команды и дожидается их результатов. Чаще всего, разумеется, в роли клиента выступает SAS контроллер. Сегодня SAS контроллеры - это HBA и RAID-контроллеры, а также контроллеры СХД, стоящие внутри внешних систем хранения данных.

Сервер называется целевым устройством (англ. target), его задача - принять запрос инициатора, обработать его и вернуть данные или подтверждение выполнения команды обратно. В роли целевого устройства может выступать и отдельный диск, и целый дисковый массив. В этом случае SAS HBA внутри дискового массива (так называемая внешняя система хранения данных), предназначенный для подключения к нему серверов, работает в режиме Target. Каждому целевому устройству (“таргету”) присваивается отдельный идентификатор SCSI Target ID.

Для связи клиентов с сервером используется подсистема доставки данных (англ. Service Delivery Subsystem), в большинстве случаев, это хитрое название скрывает за собой просто кабели. Кабели бывают как для внешних подключений, так и для подключений внутри серверов. Кабели меняются от поколения к поколению SAS. На сегодня имеется три поколения SAS:

SAS-1 или 3Gbit SAS
- SAS-2 или 6Gbit SAS
- SAS-3 или 12 Gbit SAS – готовится к выходу в середине 2013 года

Внутренние и внешние кабели SAS

Иногда в состав этой подсистемы могут входить расширители или экспандеры SAS. Под экспандерами (англ. Expanders, расширители, но в русском языке прижилось слово «экспандер») понимают устройства, помогающие доставке информации от инициаторов к целям и обратно, но прозрачные для целевых устройств. Одним из самых типичных примеров является экспандер, позволяющий подключить несколько целевых устройств к одному порту инициатора, например, микросхема экспандера в дисковой полке или на бэкплейне сервера. Благодаря такой организации, серверы могут иметь более 8 дисков (контроллеры, которые сегодня используются ведущими производителями серверов, обычно 8-портовые), а дисковые полки – любое необходимое количество.

Инициатор, соединенный с целевым устройством системой доставки данных, называют доменом. Любое SCSI устройство содержит как минимум один порт, который может быть портом инициатора, целевого устройства или совмещать обе функции. Портам могут присваиваться идентификаторы (PID).

Целевые устройства состоят из как минимум одного логического номера устройства (Logical Unit Number или LUN). Именно LUN и идентифицирует с каким из дисков или разделов данного целевого устройства будет работать инициатор. Иногда говорят, что target предоставляет инициатору LUN. Таким образом, для полной адресации к нужному хранилищу используется пара SCSI Target ID + LUN.

Как в известном анекдоте («Я не даю в долг, а Первый Национальный Банк не торгует семечками») - целевое устройство обычно не выступает в роли «посылающего команды», а инициатор - не предоставляет LUN. Хотя стоит отметить, что стандарт допускает тот факт, что одно устройство может быть одновременно и инициатором и целью, но на практике это используют мало.

Для «общения» устройств в SAS существует протокол, по «доброй традиции» и по рекомендации OSI, разделенный на несколько слоев (сверху вниз): Application, Transport, Link, PHY, Architecture и Physical.

SAS включает в себя три транспортных протокола. Serial SCSI Protocol (SSP) - используется для работы со SCSI устройствами. Serial ATA Tunneling Protocol (STP) - для взаимодействия с дисками SATA. Serial Management Protocol (SMP) - для управления SAS-фабрикой. Благодаря STP мы можем подключать диски SATA к контроллерам SAS. Благодаря SMP мы можем строить большие (до 1000 дисковых/SSD-устройств в одном домене) системы, а также использовать зонирование SAS (подробнее об этом в статье про SAS-коммутатор).

Уровень связей служит для управления соединениями и передачи фреймов. Уровень PHY - используется для таких вещей как установка скорости соединения и кодировки. На архитектурном уровне находятся вопросы расширителей и топологии. Физический уровень определяет напряжение, форму сигналов соединения и т.д.

Все взаимодействие в SCSI строится на основании команд, которые инициатор посылает целевому устройству и ожидает их результата. Команды эти посылаются в виде блоков описания команды (Command Description Block или CDB). Блок состоит из одного байта кода команды и ее параметров. Первым параметром почти всегда выступает LUN. CDB может иметь длину от 6 до 32 байт, хотя последние версии SCSI допускают CDB переменной длины.

После получения команды целевое устройство возвращает код подтверждения. 00h означает что команда принята успешно, 02h обозначает ошибку, 08h - занятое устройство.

Команды делятся на 4 большие категории. N, от английского «non-data», предназначены для операций, не относящихся к непосредственно обмену данными. W, от «write» - запись данных, полученных целевым устройством от инициатора. R, как не сложно догадаться от слова «read» используется для чтения. Наконец В - для двустороннего обмена данными.

Команд SCSI существует достаточно много, поэтому перечислим только наиболее часто используемые.

Test unit ready (00h) - проверить, готово ли устройство, есть ли в нем диск (если это ленточный накопитель), раскрутился ли диск и так далее. Стоит отметить, что в данном случае устройство не производит полной самодиагностики, для этого существуют другие команды.
Inquiry (12h) - получить основные характеристики устройства и его параметры
Send diagnostic (1Dh) - произвести самодиагностику устройства - результаты этой команды возвращаются после диагностики командой Receive Diagnostic Results (1Ch)
Request sense (03h) - команда позволяет получить статус выполнения предыдущей команды - результатом этой команды может стать как сообщение типа «нет ошибки», так и разные сбои, начиная с отсутствия диска в накопителе и заканчивая серьезными проблемами.
Read capacity (25h) - позволяет узнать объем целевого устройства
Format Unit (04h) - служит для деструктивного форматирования целевого устройства и подготовки его к хранению данных.
Read (4 варианта) - чтение данных; существует в виде 4 разных команд, отличающихся длиной CDB
Write (4 варианта) - запись. Так же как и для чтения в 4 вариантах
Write and verify (3 варианта) - запись данных и проверка
Mode select (2 варианта) - установка различных параметров устройства
Mode sense (2 варианта) - возвращает текущие параметры устройства

А теперь рассмотрим несколько типичных примеров организации хранения данных на SAS.

Пример первый, сервер хранения данных.

Что это такое и с чем его едят? Большие компании типа Amazon, Youtube, Facebook, Mail.ru и Yandex используют сервера этого типа для того, чтобы хранить контент. Под контентом понимается видео, аудио информация, картинки, результаты индексирования и обработки информации (например, так популярный в последнее время в США, Hadoop), почта, и.т.д. Для понимания задачи и грамотного выбора оборудования под нее нужно дополнительно знать несколько вводных, без которых никак нельзя. Первое и самое главное – чем больше дисков – тем лучше.

Дата-центр одной из российских Web 2.0-компаний

Процессоры и память в таких серверах задействуются не сильно. Второе – в мире Web 2.0, информация хранится географически распределено, несколько копий на различных серверах. Хранится 2-3 копии информации. Иногда, если она запрашивается часто, хранят больше копий для балансировки нагрузки. Ну и третье, исходя из первого и второго, чем дешевле – тем лучше. В большинстве случаев все вышесказанное приводит к тому, что используются Nearline SAS или SATA диски высокой емкости. Как правило, Enterprise-уровня. Это значит, что такие диски предназначены для работы 24x7 и стоят значительно дороже своих собратьев, использующихся в настольных PC. Корпус обычно выбирают такой, куда можно вставить побольше дисков. Если это 3.5’’, то 12 дисков в 2U.

Типичный 2U-сервер хранения данных

Или 24 x 2.5’’ в 2U. Или другие варианты в 3U, 4U и.т.д. Теперь, имея корпус, количество дисков и их тип, мы должны выбрать тип подключения. Вообще-то выбор не очень большой. А сводится он к использованию экспандерного или безэкспандерного бэкплейна. Если мы используем экспандерный бекплейн, то контроллер SAS может быть 8-портовым. Если безэкспандерный – то количество портов контроллера SAS должно равняться или превышать количество дисков. Ну и последнее, выбор контроллера. Мы знаем количество портов, 8, 16, 24, например и выбираем контроллер исходя из этих условий. Контроллеры бывают 2х типов, RAID- и HBA. Отличаются они тем, что RAID-контроллеры поддерживают уровни RAID 5,6,50,60 и имеют достаточно большой объем памяти (512MB-2ГБ сегодня) для кэширования. У HBA памяти или cовсем нет, или ее очень мало. Кроме этого, HBA либо не умеют делать RAID вообще, либо умеют олько простые, не требующие большого объема вычислений уровни. RAID 0/1/1E/10 – типичный набор для HBA. Здесь нам нужен HBA, они стоят значительно дешевле, так защита данных нам не нужна совсем и мы стремимся к минимизации стоимости сервера.

16-портовый SAS HBA

Пример второй, почтовый сервер Exchange. А также MDaemon, Notes и другие подобные сервера.

Здесь все не так очевидно, как в первом примере. В зависимости от того, сколько пользователей должен обслуживать сервер, рекомендации будут различными. В любом случае, мы знаем что базу данных Exchange (так называемую БД Jet) лучше всего хранить на RAID 5/6 и она неплохо кэшируется с использованием SSD. В зависимости от количества пользователей определяем необходимые объемы хранения «сегодня» и «на вырост». Помним, что сервер живет 3-5 лет. Поэтому «на вырост» можно ограничить 5-летней перспективой. Потом будет дешевле полностью поменять сервер. В зависимости от объема дисков выберем корпус. С бэкплейном проще, рекомендуется использовать экспандеры, так как требования по цене не такие жесткие, как в предыдущем случае, и в общем случае, удорожание сервера на $50-$100, а иногда и больше, мы вполне переживем в угоду надежности и функциональности. Диски выберем SAS или NL-SAS/Enterprise SATA в зависимости от объемов. Далее, защита данных и кэширование. Выберем современный 4/8-портовый контроллер, поддерживающий RAID 5/6/50/60 и кэширование на SSD. Для LSI, это любой MegaRAID кроме 9240 с функцией кэширования CacheCade 2.0, или Nytro MegaRAID с SSD «на борту». Для Adaptec, это контроллеры, поддерживающие MAX IQ. Для кэширования в обоих случаях (кроме Nytro MegaRAID) нужно будет взять пару SSD на e-MLC-технологии Enterprise-класса. Такие есть у Intel, Seagate, Toshiba, и.т.д. Цены и компании – на выбор. Если вы не порч доплатить за бренд, то в линейках серверов IBM, Dell, HP, найдите подобные продукты и вперед!

SSD- кэширующий RAID-контроллер Nytro MegaRAID

Пример третий, внешняя система хранения данных своими руками.

Итак, самое серьезное знание SAS, конечно же, требуется тем, кто производит системы хранения данных или хочет их сделать своими руками. Мы остановимся на достаточно простой СХД, программное обеспечение для которой производится компанией Open-E. Конечно же, можно делать СХД и на Windows Storage Server, и на Nexenta, и на AVRORAID, и на Open NAS, и на любом другом подходящем для этих целей софте. Я просто обозначил основные направления, а дальше вам помогут сайты производителей. Итак, если это внешняя система, то мы почти никогда не знаем, сколько же дисков потребуется конечному пользователю. Мы должны быть гибкими. Для этого есть так называемые JBOD – внешние полки для дисков. В их состав входит один или два экспандера, каждый из которых имеет вход (4-х портовый разъем SAS), выход на следующий экспандер, остальные порты разведены на разъемы, предназначенные для подключения дисков. Причем, в двухэкспандерных системах первый порт диска разведен на первый экспандер, второй порт – на второй экспандер. Это позволяет строить отказоустойчивые цепочки JBOD-ов. Головной сервер может иметь внутренние диски в своем составе, либо не иметь их совсем. В этом случае используются «внешние» контроллеры SAS. То есть контроллеры с портами «наружу». Выбор между SAS RAID-контроллером или SAS HBA зависит от управляющего ПО, которое вы выбираете. В случае Open-E, это RAID-контроллер. Можно позаботиться и об опции кэширования на SSD. Если ваша СХД будет иметь очень много дисков, то решение Daisy Chain (когда каждый последующий JBOD подключается к предыдущему, либо к головному серверу) в силу многих причин не подходит. В этом случае головной сервер либо оснащается несколькими контроллерами, либо используется устройство, которое называется SAS-коммутатор. Он позволяет подключать один или несколько серверов к одному или нескольким JBOD. Подробнее SAS-коммутаторы мы разберем в следующих статьях. Для внешних систем хранения данных настоятельно рекомендуется использовать диски только SAS (в том числе NearLine) в силу повышенных требований к отказоустойчивости. Дело в том, что протокол SAS имеет в своем составе гораздо больше функций, чем SATA. Например, контроль записываемых-считываемых данных на всем пути с помощью проверочных сумм (T.10 End-to-End protection). А путь, как мы уже знаем, бывает очень длинным.

Многодисковый JBOD

На этом наш экскурс в мир истории и теории SCSI вообще и SAS в частности подошел к концу, и в следующий раз я расскажу вам более подробно о применении SAS в реальной жизни.