Propustnost Sas. Bezprecedentní sériová kompatibilita. Testy s emulovanou zátěží
Proč SAS?
Rozhraní Serial Attached SCSI není jen sériová implementace protokolu SCSI. Umí mnohem víc než jen portovat funkce SCSI, jako je Tagged Command Queuing (TCQ) prostřednictvím nového konektoru. Pokud bychom chtěli co největší jednoduchost, pak bychom použili rozhraní Serial ATA (SATA), což je jednoduché připojení spojení point-to-point mezi hostitelem a koncovým zařízením, jako je pevný disk.
Ale SAS je založen na objektový model, který definuje „doménu SAS“ – systém doručování dat, který může zahrnovat volitelné expandéry a koncová zařízení SAS, jako jsou pevné disky a adaptéry hostitelské sběrnice (HBA) Na rozdíl od SATA mohou mít zařízení SAS více portů, z nichž každý může používat více fyzických připojení k zajištění rychlejšího (širšího) připojení SAS Kromě toho může být k libovolnému cíli přistupováno více iniciátorů a délka kabelu může být až osm metrů (u první generace SAS) oproti jednomu metru u SATA je jasné, že to poskytuje mnoho příležitostí pro vytváření vysoce výkonných nebo redundantních úložných řešení Kromě toho SAS podporuje protokol SATA Tunneling Protocol (STP), který umožňuje připojit zařízení SATA k řadiči SAS.
Druhá generace standardu SAS zvyšuje rychlost připojení ze 3 na 6 Gbps. Toto zvýšení rychlosti je velmi důležité pro komplexní prostředí, kde je vyžadován vysoký výkon kvůli vysokorychlostnímu úložišti. Nová verze SAS má také za cíl snížit složitost kabeláže i počet připojení na Gbps šířky pásma zvýšením možných délek kabelů a zlepšením výkonu expandérů (zónování a automatické zjišťování). O těchto změnách budeme hovořit podrobně níže.
Zvyšte rychlost SAS na 6 Gbps
S cílem přiblížit výhody SAS širšímu publiku představila SCSI Trade Association (SCSI TA) na světové konferenci Storage Networking World Conference počátkem tohoto roku v Orlandu na Floridě základní informace o technologii SAS. Ještě dříve v listopadu 2008 proběhl tzv. SAS Plugfest, kde byl předveden provoz, kompatibilita a funkce 6 Gbps SAS. LSI a Seagate jako první na trhu představily hardware kompatibilní s 6 Gbps SAS, ostatní výrobci by to ale měli brzy dohnat. V našem článku se podíváme na aktuální stav technologií SAS a některých nových zařízení.
Funkce a základy SAS
Základy SAS
Na rozdíl od SATA rozhraní SAS funguje na plně duplexní bázi a poskytuje plnou šířku pásma v obou směrech. Jak již bylo zmíněno dříve, připojení SAS jsou vždy navázána prostřednictvím fyzické spojení pomocí jedinečných adres zařízení. Naproti tomu SATA umí adresovat pouze čísla portů.
Každá adresa SAS může obsahovat více rozhraní fyzické vrstvy (PHY), což umožňuje širší připojení prostřednictvím kabelů InfiniBand (SFF-8470) nebo mini-SAS (SFF-8087 a -8088). Obvykle jsou čtyři rozhraní SAS s jedním PHY spojena do jednoho širokého rozhraní SAS, které je již připojeno k zařízení SAS. Komunikaci lze také provádět prostřednictvím expandérů, které fungují spíše jako přepínače než zařízení SAS.
Funkce, jako je zónování, nyní umožňují správcům vázat konkrétní zařízení SAS iniciátorům. Zde se bude hodit zvýšená propustnost 6Gbps SAS, protože quad-link připojení bude mít nyní dvojnásobnou rychlost. Zařízení SAS mohou mít dokonce více adres SAS. Protože disky SAS mohou používat dva porty, na každém s jedním PHY, může mít disk dvě adresy SAS.
Připojení a rozhraní
 |
Pro zvětšení klikněte na obrázek.
Adresování SAS spojení probíhá přes SAS porty pomocí SSP (Serial SCSI Protocol), ale komunikace na nižší úrovni z PHY do PHY se z důvodů zvýšené šířky pásma provádí pomocí jednoho nebo více fyzických spojení. SAS používá 8/10bitové kódování k převodu 8 bitů dat do 10znakových přenosů pro účely obnovy časování, DC vyvážení a detekce chyb. Ve výsledku tak získáme efektivní propustnost 300 MB/s pro přenosový režim 3 Gb/s a 600 MB/s pro připojení 6 Gb/s. Fibre Channel, Gigabit Ethernet, FireWire a další technologie fungují pomocí podobného schématu kódování.
Napájecí a datová rozhraní SAS a SATA jsou si navzájem velmi podobná. Ale pokud má SAS datová a napájecí rozhraní kombinovaná do jednoho fyzického rozhraní (SFF-8482 na straně zařízení), pak SATA vyžaduje dva samostatné kabely. Mezera mezi napájecím a datovým pinem (viz obrázek výše) v případě SAS je uzavřena, což neumožňuje připojení zařízení SAS k řadiči SATA.
Na druhou stranu, SATA zařízení mohou fungovat dobře na SAS infrastruktuře díky STP nebo v nativním režimu, pokud nejsou použity expandéry. STP přidává expandérům další latenci, protože potřebují vytvořit připojení, které je pomalejší než přímé připojení SATA. Zpoždění jsou však stále velmi malá.
Domény, expandéry
Domény SAS lze považovat za stromové struktury, podobně jako složité sítě Ethernet. Expandéry SAS mohou pracovat s velké množství Zařízení SAS, ale používají spíše přepínání okruhů než běžnější přepínání paketů. Některé expandéry obsahují zařízení SAS, jiné ne.
SAS 1.1 rozpoznává expandéry okrajů, které umožňují iniciátoru SAS navázat se až na 128 dalších adres SAS. V doméně SAS 1.1 můžete použít pouze dva okrajové expandéry. Jeden fanout expandér však může připojit až 128 edge expanderů, což výrazně zvyšuje možnosti infrastruktury vašeho řešení SAS.
 |
Pro zvětšení klikněte na obrázek.
Ve srovnání se SATA se rozhraní SAS může zdát složité: různí iniciátoři přistupují k cílovým zařízením prostřednictvím expandérů, což znamená vytyčení vhodných tras. SAS 2.0 zjednodušuje a zlepšuje směrování.
Pamatujte, že SAS neumožňuje smyčky nebo více cest. Všechna připojení musí být point-to-point a exkluzivní, ale samotná architektura připojení je vysoce škálovatelná.
Nové vlastnosti SAS 2.0: Expandéry, výkon
| SAS 1.0/1.1 | ||
| Funkce | Zachovává starší podporu SCSI SATA kompatibilní |
Kompatibilní s 3 Gbps Vylepšená rychlost a přenos signálu Správa zón Vylepšená škálovatelnost |
| Funkce úložiště | RAID 6 Malý tvarový faktor HPC Vysokokapacitní disky SAS Ultra320 SCSI náhrada Volba: SATA nebo SAS Blade servery |
RAS (zabezpečení dat) bezpečnost (FDE) Podpora klastrů Podpora větších topologií SSD Virtualizace Externí úložiště Velikost sektoru 4K |
| Rychlost přenosu dat a šířka pásma kabelu | 4 x 3 Gbit/s (1,2 GB/s) | 4 x 6 Gbit/s (2,4 GB/s) |
| Typ kabelu | Měď | Měď |
| Délka kabelu | 8 m | 10 m |
Rozšiřující zóny a automatická konfigurace
Edge a fanout expandéry jsou téměř minulostí. To je často připisováno aktualizacím v SAS 2.0, ale důvod ve skutečnosti spočívá v zónách SAS zavedených ve 2.0, které odstraňují oddělení mezi okrajovými a rozšiřujícími expandéry. Samozřejmě, zóny jsou obvykle implementovány speciálně pro každého výrobce, a ne jako jeden průmyslový standard.
Ve skutečnosti nyní může být na jedné infrastruktuře pro poskytování informací umístěno několik zón. To znamená, že k cílům úložiště (jednotkám) mohou přistupovat různí iniciátoři prostřednictvím stejného expandéru SAS. Segmentace domény se provádí prostřednictvím zón a přístup je exkluzivní.
V tomto článku se podíváme na budoucnost SCSI a podíváme se na některé výhody a nevýhody rozhraní SCSI, SAS a SATA.
Ve skutečnosti je problém trochu složitější než pouhé nahrazení SCSI SATA a SAS. Tradiční paralelní SCSI je osvědčené rozhraní, které se používá již dlouhou dobu. V současné době nabízí SCSI velmi rychlý přenos dat rychlostí 320 megabajtů za sekundu (Mbps) pomocí moderního rozhraní Ultra320 SCSI. Navíc SCSI nabízí širokou škálu funkcí, včetně Command-Tag Queuing (metoda optimalizace I/O příkazů pro zvýšení výkonu). Pevné disky SCSI jsou spolehlivé; na krátkou vzdálenost je možné vytvořit řetěz 15 zařízení připojených na SCSI linku. Díky těmto vlastnostem je SCSI vynikající volbou pro vysoce výkonné stolní počítače a pracovní stanice, až po dnešní podnikové servery.
Pevné disky SAS používají sadu příkazů SCSI a mají stejnou spolehlivost a výkon jako disky SCSI, ale používají sériovou verzi rozhraní SCSI s rychlostí 300 MB/s. Ačkoli je rozhraní SAS o něco pomalejší než SCSI při rychlosti 320 Mb/s, je schopno podporovat až 128 zařízení na delší vzdálenosti než Ultra320 a může se rozšířit až na 16 000 zařízení na kanál. Pevné disky SAS nabízejí stejnou spolehlivost a rychlost otáčení (10 000-15 000) jako disky SCSI.
SATA disky jsou trochu jiné. Tam, kde se disky SCSI a SAS zaměřují na výkon a spolehlivost, disky SATA je obětují ve prospěch výrazného zvýšení kapacity a snížení nákladů. Například SATA disk dovnitř v současné době dosáhl kapacity 1 terabajt (TB). SATA se používá tam, kde je potřeba maximální kapacita, například pro Rezervovat kopii data nebo archivaci. SATA nyní nabízí připojení point-to-point rychlostí až 300 Mbps a snadno překonává tradiční paralelní rozhraní ATA s rychlostí 150 Mbps.
Co se tedy stane s SCSI? Funguje to skvěle. Problém tradičního SCSI spočívá v tom, že se jednoduše blíží ke konci své životnosti. Paralelní SCSI, které má rychlost 320 MB/s, nebude na současných délkách SCSI kabelů výrazně rychlejší. Pro srovnání, SATA disky budou v blízké budoucnosti dosahovat rychlosti 600 MB/s, SAS má v plánu dosáhnout 1200 MB/s. Disky SATA mohou také pracovat s rozhraním SAS, takže tyto disky lze v některých úložných systémech používat současně. Potenciál pro zvýšenou rozšiřitelnost a výkon přenosu dat daleko převyšuje SCSI. SCSI ale v dohledné době nezmizí. S SCSI se budeme i nadále setkávat na malých a středně velkých serverech ještě několik let. S upgradováním hardwaru bude SCSI systematicky nahrazováno jednotkami SAS/SATA pro vyšší rychlosti a snadnější připojení.
Vysoce výkonné serverové jednotky pro kritické úlohy se zřídka dostávají do pozornosti publikací IT. To není překvapivé, protože se více zaměřujeme na hromadného kupujícího než na systémové administrátory a dodavatele serverového vybavení. Mezitím je testování serverových HDD ještě důležitější než testování desktopových – z několika důvodů. Za prvé kvůli vyšším nákladům na disky a vyšší citlivosti na výkon serverových úloh. Po hromadné distribuci SSD disky rozdíly mezi stolními disky již nemají velký význam a na serveru není výměna HDD za SSD stále zdaleka vždy vhodná. Z první vyplývá další okolnost: HDD pro stolní nebo domácí NAS lze volit podle zákl. Technické specifikace(objem, otáčky vřetena, kapacita desky). V případě serverového HDD hodně záleží na optimalizaci firmwaru, která se projevuje složitým zatížením, a proto vyžaduje speciální testy pro zachycení těchto funkcí. Konečně ve velkých měřítcích přichází na řadu parametr, jako je poměr výkonu a spotřeby energie disku.
Během několika posledních let, výběr pevné disky firemní použití se rozhodně zjednodušilo. Modely s rozhraním Fibre Channel a SCSI se přestaly vyrábět. Disky jsou rozděleny do dvou tříd: modely v 3,5palcovém provedení jsou omezeny na rychlost otáčení 7200 ot./min, mají na výběr rozhraní SAS nebo SATA a jsou určeny pro ukládání „studených“ dat (nearline storage). Disky s rychlostmi 10 000-15 000 ot./min využívají rozhraní SAS a většina se přesunula na 2,5palcový tvarový faktor (SFF – Small Form Factor), který umožňuje zvýšit počet vřeten na jednotku v racku. Pouze HGST má stále disky třídy 15K v 3,5palcovém provedení a s porty Fibre Channel.
Nearline diskům v konfiguraci SATA se již neustále věnujeme, ale je to poprvé, co byl na 3DNews zveřejněn test disků SAS/SCSI.
⇡ Účastníci testu
Srovnání se zúčastnila tato zařízení:
- HGST Ultrastar C10K1800 1,8 TB (HUC101818CS4200);
- HGST Ultrastar C15K600 600 GB (HUC156060CSS200);
- Seagate Savvio 10K.6 900 GB (ST900MP0006);
- Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 TB (ST1200MM0017);
- Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 GB (ST600MP0035);
- Toshiba AL13SEB 900 GB (AL13SEB900);
- Toshiba AL13SXB 600 GB (AL13SXB600N);
- WD VelociRaptor 1 TB (WD1000DHTZ).
Na rozdíl od pevných disků pro stolní počítače a disků NAS se disky SAS od sebe příliš neliší. Všichni účastníci:
a) jsou k dispozici v 2,5palcovém provedení s tloušťkou 15 mm;
b) mít dva porty SAS pro zvýšení odolnosti proti chybám;
c) připraven pracovat 24/7 v telekomunikačním racku;
d) umožnit uživateli konfigurovat velikost sektoru pro záznam dalších metadat;
e) jsou charakterizovány stejnými ukazateli spolehlivosti (MTBF, počet cyklů parkování hlavy);
e) prodáváno s pětiletou zárukou výrobce.
Pro testování byly vybrány modely s maximálním objemem v odpovídajících řadách. Prezentovány jsou produkty všech firem, které dnes HDD vyrábějí, až na jednu výjimku. Vyčerpali jsme všechny možnosti, jak získat disk WD Xe na testování (jinak, než si ho jednoduše koupit za spoustu peněz) a nedávno tato značka z firemního webu úplně zmizela Western Digital- zřejmě je přerušeno. Výsledkem je, že ze všech disků s rychlostí vřetena 10-15 tisíc otáček má WD pouze VelociRaptor - v podstatě derivát WD Xe, ale s rozhraním SATA. Aby bylo zajištěno, že WD bude v recenzi alespoň nějak zastoupeno, zařadili jsme mezi účastníky VelociRaptor. Samozřejmě to nelze považovat za 100% náhradu za SAS disky, ale spousta serverů běží na SATA discích, takže VelociRaptor lze uvést do provozu. Když se navíc podíváte z druhé strany, místo VelociRaptoru lze v pracovní stanici použít kterýkoli z disků SAS s příslušným HBA (Host Bus Adapter), což také ospravedlňuje účast tohoto disku v dnešním testu.
| Výrobce | HGST | HGST | Seagate | Seagate | Seagate | Toshiba | Toshiba | Western Digital |
| Série | Ultrastar C10K1800 | Ultrastar C15K600 | Savvio 10K.6 | Enterprise Performance 10K HDD v7 | Pevný disk Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 | AL13SEB | AL13SXB | VelociRaptor |
| Modelové číslo | HUC101818CS4200 | HUC156060CSS200 | ST900MM0006 | ST1200MM0017 | ST600MP0035 | AL13SEB900 | AL13SXB600N | WD1000CHTZ/WD1000DHTZ |
| Tvarový faktor | 2,5 palce | 2,5 palce | 2,5 palce | 2,5 palce | 2,5 palce | 2,5 palce | 2,5 palce | 3,5/2,5 palce |
| Rozhraní | SAS 12 Gbps | SAS 12 Gbps | SAS 6 Gbps | SAS 6 Gbps | SAS 12 Gbps | SAS 6 Gbps | SAS 6 Gbps | SATA 6 Gb/s |
| Dvouportový | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ne |
| Kapacita, GB | 1 800 | 600 | 900 | 1 200 | 600 | 900 | 600 | 1000 |
| Konfigurace | ||||||||
| Rychlost otáčení vřetena, ot./min | 10 520 | 15 030 | 10 000 | 10 000 | 15 000 | 10 500 | 15 000 | 10 000 |
| Hustota záznamu dat, GB/deska | 450 | 200 | 300 | 300 | 200 | 240 | ND | 334 |
| Počet desek/hlav | 4/8 | 3/6 | 3/6 | 4/8 | 3/6 | 4/8 | ND | 3/6 |
| Objem vyrovnávací paměti, MB | 128 | 128 | 64 | 64 | 128 | 64 | 64 | 64 |
| Velikost sektoru, bajt | 4096-4224 | 512-528 | 512-528 | 512-528 | 4096-4224 | 512-528 | 512-528 | 512 |
| Výkon | ||||||||
| Max. trvalá rychlost sekvenčního čtení, MB/s | 247 | 250 | 195 | 195 | 246 | 195 | 228 | 200 |
| Max. udržitelná rychlost sekvenčního zápisu, MB/s | 247 | 250 | 195 | 195 | 246 | 195 | 228 | 200 |
| Rychlost shlukování, čtení/zápis, MB/s | 261 | 267 | ||||||
| Rychlost interního přenosu dat, MB/s | 1307-2859 | 1762-3197 | 1440-2350 | 1440-2350 | ND | ND | ND | ND |
| Průměrná doba vyhledávání: čtení/zápis, ms | 3,7/4,4 | 2,9/3,1 | ND | ND | ND | 3,7/4,1 | 2,7/2,95 | ND |
| Doba vyhledávání mezi stopou: čtení/zápis, ms | ND | ND | ND | ND | ND | 0,2/22 | ND | ND |
| Doba vyhledávání celého tahu: čtení/zápis, ms | 7,3/7,8 | 7,3/7,7 | ND | ND | ND | ND | ND | ND |
| Spolehlivost | ||||||||
| MTBF (střední doba mezi poruchami), h | 2 000 000 | 2 000 000 | 2 000 000 | 2 000 000 | 2 000 000 | 2 000 000 | 2 000 000 | 1 400 000 |
| AFR (roční poruchovost), % | ND | 0,44 | 0,44 | 0,44 | 0,44 | ND | 0,44 | ND |
| Počet cyklů parkování hlavy | 600 000 | 600 000 | ND | ND | ND | ND | 600 000 | 600 000 |
| fyzikální vlastnosti | ||||||||
| Spotřeba energie: nečinnost/čtení-zápis, W | 5,4/7,6 | 5,8/7,5 | 3,9/7,8 | 4,6/8,1 | 5,3/8,7 | 3,9/ND | 5,0/9,0 | 4,2/5,8 |
| Typická hladina hluku: nečinný/vyhledávání | 34/38 dBA | 32/38 dBA | 30 dBA/LP | 31 dBA/LP | 32,5/33,5 dBA | 30 dBA/LP | 33 dBA/LP | 30/37 dBA |
| Maximální teplota, °C: disk zapnut/vypnut | 55/70 | 55/70 | 60/70 | 60/70 | 55/70 | 55/70 | 55/70 | 55/70 |
| Odolnost proti otřesům: disk zapnutý (čtení) / disk vypnutý | 30 g (2 ms) – záznam / 300 g (2 ms) | 25 g (2 ms) / 400 g (2 ms) | 25 g (2 ms) / 400 g (2 ms) | 25 g (2 ms) / 400 g (2 ms) | 100 g (1 ms) / 400 g (2 ms) | 100 g (1 ms) / 400 g (2 ms) | 30 g (2 ms) / 300 g (2 ms) | |
| Rozměry: L × V × G, mm | 101 × 70 × 15 | 100 × 70 × 15 | 101 × 70 × 15 | 101 × 70 × 15 | 101 × 70 × 15 | 101 × 70 × 15 | 101 × 70 × 15 | 101 × 70 × 15/ 147 × 102 × 26 |
| Hmotnost, g | 220 | 219 | 212 | 204 | 230 | 240 | 230 | 230/500 |
| Záruční doba, roky | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Průměrná maloobchodní cena, rub.* | 161 000 | 36 000 | 20 000 | 26 900 | 49 600 | 17 800 | 24 100 | 14 000 / 12 600 |
⇡ Popis účastníků testu
HGST Ultrastar C10K1800 1,8 TB (HUC101818CS4200)
Toto je nejprostornější disk v nejnovější řadě desetitisícových HGST. Řada Ultrastar C10K1800 je pozoruhodná v několika ohledech. V modelech, jejichž název končí na S420x, díky vysoká hustota nahrávání pomocí formátování ve 4 KB sektorech (nativní nebo s emulací 512bajtových sektorů) bylo dosaženo kapacity 450 GB na plotnu. Disk tedy pojme až 1,8 TB a rychlost sekvenčního čtení/zápisu dosáhla úrovně třídy HDD 15 tisíc otáček za minutu.
Zbytek řady tvoří disky s oddíly 512-528 bajtů, které mají méně vynikající výkon a kapacitu do 1,2 TB.
Všechny modely řady C10K1800 mají tzv. media cache. Na několika místech na povrchu desek jsou zvýrazněny oblasti sloužící jako energeticky nezávislá cache. Místo přenášení dat do požadovaného sektoru je zapisovací hlava disku vyprázdní do nejbližší oblasti mezipaměti, a když je disk nečinný, přesune se na požadované místo.
Mimochodem, toto je nejdražší disk v testu, prostě fantasticky drahý - v průměru 161 tisíc rublů v internetových obchodech v Moskvě. A v Americe je to mimochodem mnohem levnější – 800 dolarů na newegg.com.
|
|
|
|
|
HGST Ultrastar C10K1800 1,8 TB (HUC101818CS4200) |
||
HGST Ultrastar C15K600 600 GB (HUC156060CSS200)
Jediná řada 2,5palcových disků s rychlostí vřetena 15 tisíc otáček za minutu v rozsahu HGST. Disky Ultrastar C15K600 mají současně nejvyšší rychlost sekvenčního čtení/zápisu a nízkou latenci. Fyzické formátování ploten se provádí v sektorech 512-528 nebo 4096-4224 bajtů (s nativním přístupem nebo emulací 512 bajtů). Testování zahrnuje nejprostornější model v řadě - 600 GB se 4 KB sektory.
|
|
|
|
|
HGST Ultrastar C15K600 600 GB (HUC156060CSS200) |
||
Seagate Savvio 10K.6 900 GB (ST900MP0006)
Jde o celkem staré disky – předminulou generaci ve srovnání se současnou řadou Enterprise Performance 10K od Seagate. Proto již výkon Savvio 10K.6 není ve své třídě na špici. Plotny jsou formátovány v sektorech 512-528 bajtů. Tyto disky jsou však stále v prodeji, mají dobrou kapacitu (až 900 GB) a jsou relativně levné.
|
|
|
|
|
Seagate Savvio 10K.6 900 GB (ST900MP0006) |
||
Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 TB (ST1200MM0017)
Tato řada také dokázala být formálně zastaralá v době, kdy byl test vydán, a ustoupila Enterprise Performance 10K HDD v8. Tyto disky se od Savvio 10K.6 liší pouze navýšenou kapacitou na 1,2 TB, toho však bylo dosaženo zvýšením počtu ploten, nikoli hustoty záznamu, takže z hlediska deklarovaného výkonu není oproti předchozí generaci žádný rozdíl. Model ST1200MM0017 účastnící se testování má vestavěné šifrování.
|
|
|
|
|
Seagate Enterprise Performance 10K HDD 1,2 TB (ST1200MM0007) |
||
Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 GB (ST600MP0035)
Jedná se o aktuální řadu pohonů Seagate s otáčkami vřetena 15 tisíc ot./min. Disky mají rozložení sektorů 512-528 nebo 4096-4224 bajtů (nativní nebo s emulací 512 bajtů). Testován byl disk s maximální kapacitou (600 GB) se 4 KB sektory.
|
|
|
|
|
Seagate Enterprise Performance 15K HDD 600 GB (ST600MP0035) |
||
Toshiba AL13SEB 900 GB (AL13SEB900)
Podle hlavních charakteristik se jedná o analog Seagate Savvio 10K.6: 10 000 otáček za minutu, kapacita až 900 GB, formátování v sektorech 512-528 bajtů. V této řadě Toshiba nenabízí disky s vestavěným šifrováním.
|
|
|
|
Toshiba AL13SXB 600 GB (AL13SXB600N)
V této řadě disků s rychlostí vřetena 15 000 ot./min jsou modely s názvy jako AL13SXB**0N naformátovány s velikostí sektoru 512–528 bajtů. Vzali jsme na testování nejstarší z nich. Modely s názvy jako AL13SXB**E* používají 4 KB sektory a navíc podporují rozhraní SAS 12 Gbit/s. V celé řadě AL13SXB není žádné vestavěné šifrování.
|
|
|
|
|
Toshiba 900 GB (AL13SEB900) |
||
WD VelociRaptor 1 TB (WD1000CHTZ/WD1000DHTZ)
Podle fyzických údajů se VelociRaptor od svého prototypu - WD Xe liší jen málo: stejných 10 000 otáček za minutu a téměř stejný lineární výkon. VelociRaptor využívá rozdělení na oddíly Advanced Format (4 KB sektory) a uživatelsky dostupný objem je vyšší než u podobného WD Xe (1 TB v případě staršího modelu).
Jelikož se jedná o disk s rozhraním SATA, nejedná se funkčně o úplnou obdobu disků SAS. Zapomenout můžete zejména na dvouportovou konektivitu, konfiguraci velikosti sektoru a vestavěné šifrování. Kromě toho jsou disky SAS obvykle spolehlivější, což je patrné při porovnání jejich udávaného MTBF s VelociRaptorem. A přesto z hlediska výkonu lze tuto jednotku považovat za 10K serverovou jednotku pro chudého muže. Existují různé druhy „ještěr“ s adaptérem chladiče pro 3,5palcový tvarový faktor (DHTZ), stejně jako „nahé“ možnosti o rozměrech 2,5 palce (СHTZ).
|
|
|
|
|
WD VelociRaptor 1 TB (WD1000DHTZ) |
||
⇡ Metodika testování
Izolované výkonnostní testy
Provádí se pomocí Iometer 1.1.0. Objem a rychlost přenosu dat se udává v binárních jednotkách (1 KB = 1024 bajtů). Hranice bloku jsou zarovnány vzhledem ke 4 kB označení.
- Sekvenční čtení/zápis datových bloků o velikosti 128 kB s hloubkou fronty požadavků 256.
- Náhodné čtení/zápis bloků od 512 bajtů do 2 MB s hloubkou fronty požadavků 256.
- Smíšené bloky čtení/zápisu o velikosti 128 kB s hloubkou fronty požadavků 256. Podíl operací čtení a zápisu se pohybuje od 0 do 100 % v krocích po 10 %.
- Závislost propustnosti na délce fronty příkazů. Provádí se čtení bloků o velikosti 4 KB, hloubka fronty požadavků se pohybuje od 1 do 256 v krocích po mocninách dvou. Podobný test pro psaní bloků se neprovádí, protože tímto parametrem pevné disky se neliší.
- Stanovená doba odezvy. Náhodné čtení/zápis 512 bajtových bloků se provádí s hloubkou fronty požadavků 1. Test pokračuje 10 minut.
- Konzistentní doba odezvy. Náhodné čtení/zápis bloků o velikosti 4 KB se provádí s hloubkou fronty požadavků 256. Pro každý testovací segment trvající 1 s bude průměr a maximální hodnota doba odezvy, na jejímž základě se počítají: a) průměrné hodnoty obou ukazatelů; b) směrodatná odchylka průměrné doby odezvy.
- Vícevláknové čtení/zápis. Jsou vytvořena čtyři vlákna, která provádějí sekvenční čtení/zápis bloků o velikosti 64 KB s hloubkou fronty požadavků 1. Vlákna mají přístup k nepřekrývajícím se adresním prostorům o velikosti 100 GB, které jsou umístěny blízko sebe ve svazku disku, počínaje od nulový sektor. Měří se celkový průtok všech toků a také každého z nich samostatně.
Testy s emulovanou zátěží
Provedeno v Iometeru 1.1.0. Objem a rychlost přenosu dat se udává v binárních jednotkách (1 KB = 1024 bajtů). Hranice bloku jsou zarovnány vzhledem ke 4 kB označení. Hloubka fronty příkazů je 256.
| Velikost bloku | Podíl všech žádostí | Podíl na čtení | Sdílení s náhodným přístupem |
| Databáze | |||
| 8 kB | 100% | 67% | 100% |
| Souborový server | |||
| 512 bajtů | 10% | 80% | 100% |
| 1 kB | 5% | 80% | 100% |
| 2 kB | 5% | 80% | 100% |
| 4 kB | 60% | 80% | 100% |
| 8 kB | 2% | 80% | 100% |
| 16 kB | 4% | 80% | 100% |
| 32 kB | 4% | 80% | 100% |
| 64 kB | 10% | 80% | 100% |
| Pracovní stanice | |||
| 8 kB | 100% | 80% | 80% |
| webový server | |||
| 512 bajtů | 22% | 100% | 100% |
| 1 kB | 15% | 100% | 100% |
| 2 kB | 8% | 100% | 100% |
| 4 kB | 23% | 100% | 100% |
| 8 kB | 15% | 100% | 100% |
| 16 kB | 2% | 100% | 100% |
| 32 kB | 6% | 100% | 100% |
| 64 kB | 7% | 100% | 100% |
| 128 kB | 1% | 100% | 100% |
| 512 kB | 1% | 100% | 100% |
Testovací stojan
Pohony byly připojeny k adaptéru LSI SAS 9211-8i, za což děkujeme ruskému zastoupení LSI.
⇡ Výkon, základní testy
Sekvenční čtení/zápis
- V sekvenčním testu čtení/zápisu vládnou disky s rychlostí vřetena 15 tisíc otáček za minutu. Tato skupina má však svého lídra – Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5.
- Díky vysoké hustotě záznamu není Ultrastar C10K1800 horší než disky kategorie 15K.
- Prezentované desetitisícovky se ale jen málo liší v lineární přístupové rychlosti.
Čtení zdarma
- V této disciplíně dominují 15tisícovky nad svými nízkorychlostními kolegy.
- Rozpětí indikátorů v rámci kategorií HDD se stejnou rychlostí vřetena je malé. Můžeme pouze vyzdvihnout HGST Ultrastar C15K600 jako formálního lídra ve své skupině a VelociRaptor, který je jasně horší než jeho analogy.
Vstup zdarma
- Kolosální výkon, pro konkurenční zařízení zcela nedosažitelný, předvedl HGST Ultrastar C15K600.
- Dva zbývající 15K disky mají také velkou výhodu oproti HDD s nižšími otáčkami vřetena.
- Samotné 10tisícovky tvoří s výjimkou Ultrastar C10K1800 homogenní skupinu. Svou třídu výrazně překračuje a je na druhém místě za pohonem C15K600 od stejného výrobce. Tady to je, vychvalovaná mezipaměť médií, v akci!
Výsledky testu náhodného zápisu se ukázaly být méně předvídatelné než v předchozím testu, protože jsou určeny nejen mechanikou HDD, ale také povahou použití vyrovnávací paměti.
Stanovená doba odezvy
- I když zátěž pokračuje 10 minut, u některých disků se nepodaří zcela zaplnit vyrovnávací paměť, takže výsledky zápisu dat neodrážejí to, na co je tento test zaměřen – latenci mechaniky disku.
- Naopak při čtení s délkou fronty jednoho příkazu není buffer pomocníkem. Díky tomu se soupeři seřadili podle otáček vřetena (čím vyšší, tím rychlejší doba odezvy). Mezi zařízeními stejné kategorie nebyly zjištěny žádné významné rozdíly.
⇡ Výkon, pokročilá analýza
Smíšené čtení/zápis
- Pohony kategorie 15K jsou na tom stále nejlépe, s výjimkou Ultrastar C15K600, který se zvláště silně potopil při smíšeném zatížení.
- Ultrastar C10K1800 opět vyčníval mezi svými vrstevníky. Mezi dalšími desetitisícovkami si všimneme Toshiby AL13SEB. Všechny jsou přibližně stejné při 100% čtení nebo zápisu, ale AL13SEB si udržuje nejlepší výkon při smíšeném pracovním zatížení.
Závislost propustnosti na délce fronty příkazů
- Všechny jednotky mohou těžit z dlouhé fronty instrukcí a dosáhnout špičkové propustnosti při 64 instrukcích. Pouze VelociRaptor se spokojí s frontou 32 týmů.
Vícevláknové čtení
- Většina účastníků testu rozděluje prostředky rovnoměrně mezi čtyři vlákna. Což ovšem vede k nízké celkové produktivitě.
- Toshiba AL13SEB a WD VelociRaptor naopak obětují jedno z vláken při vícevláknovém čtení, čímž zvyšují rychlost přenosu dat ostatních a celkovou propustnost.
Vícevláknové nahrávání
- Při nahrávání ve čtyřech vláknech žádný z disků nepodvádí: výkon je rovnoměrně rozdělen mezi všechna vlákna.
- Jak vidíte, na mechanice disku v tomto testu moc nezávisí. První místo obsadily 15K modely od Seagate a Toshiba, ale Ultrastar 15K600 je jasný outsider.
Konzistentní doba odezvy
- Při čtení dat se všechny disky vyznačují výrazným rozdílem mezi průměrnou a maximální dobou odezvy. Nejlepším způsobem vyniká pouze VelociRaptor, který má příznivější poměr průměrné a maximální doby odezvy.
- Při záznamu jsou špičkové doby odezvy vyhlazeny vyrovnávací pamětí a liší se jen málo od průměru.
- Účastníci testu se nejvíce liší v rozložení přístupové doby při nahrávání. Ultrastar C10K1800 má nejkonzistentnější výkon. Toshiba AL13SEB900 má naopak prudce zvýšenou směrodatnou odchylku přístupové doby.
Mezi serverovými disky s kapacitou 10 000 se disky od sebe tolik neliší, ale formálně dosáhl nejlepších výsledků Seagate Savvio 10K.6. Na druhou stranu VelociRaptor vždy zaostává.
Většina desetitisícovek je si v základních aspektech podobná, ale za vyzdvihnutí stojí HGST Ultrastar C10K1800 (HUC101818CS4200), který je horší než jeho výkonnější kolegové z třídy 15K pouze v rychlosti náhodného čtení a zároveň má záznamovou kapacitu 1,8 TB. Tyto výhody však neovlivnily výsledky testů s emulovanými aplikacemi.
Seagate Savvio 10K.6 900 GB (ST900MP0006) a Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 TB (ST1200MM0007) poskytují trvale vysoký výkon bez překvapení. Toshiba AL13SEB900 si vedla o něco hůře než ostatní 10 000tunové modely.
WD VelociRaptor 1 TB (WD1000DHTZ) lze považovat za vysoce výkonný HDD „pro chudé“, pokud protokol SAS není povinnou položkou v technických specifikacích. Z hlediska svých vlastností se jedná o typický disk třídy 10K, pouze ve srovnání se skutečnými serverovými jednotkami ponechává rychlost náhodného čtení hodně na přání, což je patrné i u „emulátorů“.
rozhraní SAS.
Rozhraní SAS nebo Serial Attached SCSI poskytuje konektivitu přes fyzické rozhraní, podobně jako SATA, zařízení, ovládané sadou příkazů SCSI. Vlastnit zpětně kompatibilní se SATA, umožňuje přes toto rozhraní připojit libovolná zařízení ovládaná sadou příkazů SCSI - nejen pevné disky, ale i skenery, tiskárny atd. Oproti SATA poskytuje SAS pokročilejší topologii, umožňující paralelní připojení jedno zařízení přes dva nebo více kanálů. Podporovány jsou také expandéry sběrnic, které umožňují připojit více zařízení SAS k jednomu portu.
Protokol SAS vyvíjí a udržuje výbor T10. SAS byl navržen pro komunikaci se zařízeními, jako jsou pevné disky, optické mechaniky a podobně. SAS používá sériové rozhraní pro práci s přímo připojenými disky a je kompatibilní s rozhraním SATA. Ačkoli SAS používá sériové rozhraní na rozdíl od paralelního rozhraní používaného tradičním SCSI, příkazy SCSI se stále používají k ovládání zařízení SAS. Příkazy (obr. 1) odeslané do zařízení SCSI jsou posloupností bajtů určité struktury (bloky deskriptoru příkazů).
Rýže. 1.
Některé příkazy jsou doprovázeny dodatečným "blokem parametrů", který následuje za blokem deskriptoru příkazu, ale je předán jako "data".
Typický systém SAS se skládá z následujících komponent:
1) Iniciátoři. Iniciátor je zařízení, které vytváří požadavky na služby pro cílová zařízení a přijímá potvrzení, jak jsou požadavky prováděny.
2) Cílová zařízení. Cílové zařízení obsahuje logické bloky a cílové porty, které přijímají servisní požadavky a provádějí je; Po dokončení zpracování žádosti je iniciátorovi žádosti zasláno potvrzení žádosti. Cílové zařízení může být buď samostatné pevný disk a celé diskové pole.
3) Subsystém doručování dat. Je součástí vstupně/výstupního systému, který přenáší data mezi iniciátory a cílovými zařízeními. Typicky se subsystém doručování dat skládá z kabelů, které spojují iniciátor a cílové zařízení. Navíc kromě kabelů může subsystém pro doručování dat zahrnovat expandéry SAS.
3.1) Prodlužovače. Extendery SAS jsou zařízení, která jsou součástí subsystému pro doručování dat a umožňují například přenos dat mezi zařízeními SAS, což vám umožňuje připojit několik cílových zařízení SAS k jednomu iniciačnímu portu. Připojení přes extender je pro cílová zařízení zcela transparentní.
SAS podporuje připojení zařízení s rozhraním SATA. SAS používá sériový protokol k přenosu dat mezi více zařízeními, a proto využívá méně signálových linek. SAS používá příkazy SCSI k ovládání a komunikaci s cílovými zařízeními. Rozhraní SAS využívá spojení point-to-point – každé zařízení je připojeno k řadiči vyhrazeným kanálem. Na rozdíl od SCSI nevyžaduje SAS uživatelské ukončení sběrnice. Rozhraní SCSI využívá společnou sběrnici – všechna zařízení jsou připojena k jedné sběrnici a s řadičem může pracovat vždy jen jedno zařízení. V SCSI se rychlost přenosu informací podél různých linek, které tvoří paralelní rozhraní, může lišit. Rozhraní SAS tuto nevýhodu nemá. SAS podporuje velmi velký počet zařízení, zatímco SCSI podporuje 8, 16 nebo 32 zařízení na sběrnici. SAS podporuje vysoké datové rychlosti (1,5, 3,0 nebo 6,0 Gbps). Této rychlosti lze dosáhnout přenosem informací o každém připojení, přičemž na sběrnici SCSI je šířka pásma sběrnice rozdělena mezi všechna zařízení k ní připojená.
SATA používá sadu příkazů ATA a podporuje pevné disky a optické jednotky, zatímco SAS podporuje širší škálu zařízení, včetně pevných disků, skenerů a tiskáren. Zařízení SATA jsou identifikována číslem portu řadiče rozhraní SATA, zatímco zařízení SAS jsou identifikována svými identifikátory WWN ( Celosvětově Název). Zařízení SATA (verze 1) nepodporovala fronty příkazů, zatímco zařízení SAS podporují fronty označených příkazů. Zařízení SATA od verze 2 podporují Native Command Queuing (NCQ).
Hardware SAS komunikuje s cílovými zařízeními na několika nezávislých linkách, což zvyšuje odolnost systému proti chybám (rozhraní SATA tuto schopnost nemá). SATA verze 2 zároveň využívá k dosažení podobné schopnosti duplikátory portů.
SATA se primárně používá v nekritických aplikacích, jako jsou domácí počítače. Rozhraní SAS lze díky své spolehlivosti použít na kritických serverech. Detekce chyb a zpracování chyb jsou v SAS definovány mnohem lépe než v SATA. SAS je považován za nadmnožinu SATA a nekonkuruje mu.
SAS konektorů je mnohem více méně konektorů tradiční paralelní rozhraní SCSI, které umožňuje použití konektorů SAS pro připojení kompaktních 2,5palcových disků. SAS podporuje přenos informací rychlostí od 3 Gbit/s do 10 Gbit/s. Existuje několik možností pro konektory SAS:
SFF 8482 - možnost kompatibilní s konektorem rozhraní SATA;
SFF 8484 - vnitřní konektor s hustým těsněním kontaktů; umožňuje připojit až 4 zařízení;
SFF 8470 - konektor s hustě uloženými kontakty pro připojení externí zařízení; umožňuje připojit až 4 zařízení;
SFF 8087 - redukovaný konektor Molex iPASS, obsahuje konektor pro připojení až 4 interních zařízení; podporuje rychlost 10 Gbps;
SFF 8088 - redukovaný konektor Molex iPASS, obsahuje konektor pro připojení až 4 externích zařízení; podporuje rychlost 10 Gbps.
Konektor SFF 8482 umožňuje připojit zařízení SATA k řadičům SAS, čímž odpadá nutnost instalovat další řadič SATA jen proto, že potřebujete připojit zařízení pro nahrávání, např. DVD. Naopak zařízení SAS nelze připojit k rozhraní SATA a jsou vybavena konektorem, který jim brání v připojení k rozhraní SATA.
Co je SAS, pozadí Je načase přiznat zřejmý fakt: standard SCSI, dokonce i v podobě nejmodernějších implementací, jako je Ultra320 SCSI, vyčerpal své možnosti. Minimálně další škálování jeho výkonu, byť teoreticky možné, bude velmi nákladné. Situace s tímto vysoce uznávaným standardem vypadá obzvláště depresivně na pozadí rychlého rozvoje veškeré výpočetní techniky a zejména architektury a topologie systémů pro ukládání dat.
Dva klíčové faktory, které tlačí výrobce ke zlepšení rozhraní pevných disků, jsou rostoucí výkon úložných systémů velké množství podporované transakce a rychlost načítání dat z velkých knihoven. Samozřejmě „svaté místo není nikdy prázdné“ a příchod rozhraní jako optické FCAL nebo sériové SATA do jisté míry umožnil zbavit se „ úzká místa"a přidat rozmanitost do seznamu architektur úložných systémů. Uživatelé zvyklí na možnosti SCSI však stále zůstávají fanoušky tohoto standardu. Navíc bylo do jeho vývoje investováno mnoho peněz."
To byly předpoklady, které se vyvinuly v době zrodu nového průmyslového standardu tzv Serial-Attached SCSI - Serial-Attached SCSI, nebo jednoduše SAS.
Abychom byli spravedliví, stojí za zmínku, že nový standard se neobjevil náhle a ne okamžitě: oficiálnímu oznámení technologie SAS, ke kterému došlo 28. ledna 2004, předcházela seriózní práce týmu vývojářů z různé společnosti a průmyslové skupiny - SCSI Trade Association (STA) a Mezinárodní výbor pro standardy informačních technologií (INCITS), pod záštitou American National Standards Institute (ANSI). Nový standard byl poprvé diskutován v prosinci 2001, kdy představenstvo SCSI Trade Association (STA) odhlasovalo definování specifikací Serial Attached SCSI. Poté, 2. května 2002, byl vývoj standardu převeden na výbor T10 při INCITS (InterNational Committee for Information Technology Standards), vytvořený speciálně pro podporu, rozvoj a propagaci SAS, a byly zveřejněny první návrhy specifikací SAS v polovině roku 2003.
Nejdůležitější věc, na kterou se lze spolehnout, když se pokoušíme formulovat definici standardu SAS: Serial-Attached SCSI je logické a přirozené sériové rozšíření technologie paralelního rozhraní SCSI používané k připojení periferií k počítačům.
Začněme tím, pro začátek.
Účel SAS
Abychom určili účel standardu SAS a jeho místo mezi moderními periferními rozhraními, podívejme se na prohlášení uvedená v „FAQ on Serial Attached SCSI“ na webu T10.Rozhraní Serial Attached SCSI je produktem logické evoluce moderních rozhraní a je navrženo pro použití v průmyslových centrech sběru a ukládání dat. Standard SAS staví na elektrických a fyzických vlastnostech rozhraní Serial ATA a poskytuje škálovatelnost, výkon, spolehlivost a správu dat na serverech a úložných subsystémech. Architektonická podobnost se SATA nebrání SAS v tom, aby měl nejžádanější vlastnosti SCSI, a zároveň se zbavuje jeho nevýhod: velkých konektorů, krátkých propojovacích kabelů, omezeného výkonu a adresování.
V širším slova smyslu je SAS druh plně duplexního SATA s podporou dvou portů, většími možnostmi adresování, zvýšenou spolehlivostí, výkonem a logickou kompatibilitou s SCSI. Rozhraní Serial ATA lze na druhou stranu považovat za zjednodušenou podmnožinu Serial Attached SCSI pro provoz v jednoduché systémy bez kritických požadavků na spolehlivost a výkon. To neznamená, že zařízení Serial Attached SCSI nelze používat na běžných pracovních stanicích a stolních počítačích, potřebujete pouze příslušný hostitelský adaptér.
Serial Attached SCSI je v podstatě SCSI, ale ne s obvyklou paralelní, ale s point-to-point (point-to-point) sériovou architekturou, s přímým připojením řadiče k diskům. SAS podporuje až 128 disků různé typy a velikostí, společně propojeny tenčími a delšími (než v případě SCSI) kabely. Zatímco rozhraní SCSI posouvá data po svých drátech rychlostí asi 20 MB/s a poloduplexní SATA první generace - 1,5 GB/s v jednom směru za jednotku času, plně duplexní signálové sériové rozhraní SAS s podporou hot plug-in Současná implementace poskytuje výměnu dat rychlostí až 3,0 Gb/s na port.
Klíčový rozdíl SAS od SCSI je schopnost připojit jednotky SAS současně ke dvěma různým portům, z nichž každý představuje jinou doménu SAS. Dokážete si představit, jak významně to ovlivňuje spolehlivost ukládání dat a odolnost proti chybám systému. Kromě toho „přepínací“ povaha architektury SAS teoreticky umožňuje připojit tisíce jednotek „kaskádově po etapě“ (až 16 384 jednotek bez snížení výkonu!), což činí škálovatelnost takových systémů teoreticky neomezenou. Hlavní rozdíly mezi technologiemi SCSI a SAS jsou uvedeny v tabulce níže.
Specifikace konektoru a kabelu SAS
Jeden z klíčové vlastnosti Při vývoji rozhraní SAS byla stanovena možnost výrazného zvýšení rychlosti výměny dat. Další generace specifikací SAS, které jsou v současné době vyvíjeny, zahrnuje výměnu dat rychlostí až 6,0 GB/s s plnou kompatibilitou s první generací zařízení SAS. O další generaci po tomto se zatím vážně neuvažuje, ale mluví se o možnosti dosáhnout rychlosti přenosu dat až 12 GB/s.
Při vývoji konektorů pro zařízení SAS byl zohledněn slibný růst rychlosti výměny dat a zároveň byly zohledněny zkušenosti s miniaturizací spatřené ve specifikacích SATA. Specifikum konektoru spočívá v umístění druhého datového portu, protože každý z portů zařízení SAS je umístěn v různých doménách a slouží k organizaci nezávislých cest z jednoho zařízení SAS k druhému pro zajištění bezproblémového provozu. Pokud jeden z pohonů v řetězci selže, nemá to žádný vliv na provoz ostatních zařízení. Zrodil se tak návrh konektoru pro periferie s rozhraním SAS, který má v podstatě architektonickou podobnost s 68pinovými konektory pro disky s klasickým paralelním rozhraním SCSI nebo SCA-2, ale zároveň, podobně jako SATA, podporuje „hot plugging“ a spolehlivý kontakt.
Kabeláž SAS je mnohem kompaktnější než paralelní kabeláž ATA a SCSI, poskytuje méně nepořádku a lepší proudění vzduchu ke komponentám uvnitř skříně systému. Typické délky propojovacích kabelů SAS pro aplikace, jako jsou pracovní stanice, nepřesahují 1 m, maximální délka takový kabel může mít až 8 m Teoreticky je to srovnatelné s délkou kabelu SCSI, protože některé moderní zařízení umožňují spojení mezi hostitelským řadičem a periferiemi SCSI na vzdálenost více než 8 m, v případě potřeby však může být vzdálenost mezi zařízeními SAS výrazně zvýšena díky takzvaným expandérům SAS - jakési „potrubní čerpací stanice“. .
Zajímavostí je, že při vývoji specifikací SAS pracovní skupina okamžitě zohlednila nutnost definovat parametry konektorů a kabelů nejen pro interní, ale i pro externí připojení, podobně jako moderní možnosti SCSI, jako je „server - systém JBOD“. U rozhraní SATA bylo přijetí těchto specifikací odloženo na později, v důsledku toho vývoj externího SATA stále není dokončen.
Co se týče externích připojení SAS, jako základ byl vzat návrh od společnosti Infiniband, kde jsou externí konektory a kabeláž určeny pro 4 zařízení a zároveň poskytují výkon první generace externích připojení SAS rychlostí 1,2 GB/s v každém směru, tj. je až 2400 MB/s v plně duplexním režimu! Souhlasím, více než působivé pro externí rozhraní.
Topologie systému SAS
Použití konfigurací point-to-point umožňuje vysokou propustnost, druhou stranou mince je však organizace specifické topologie, kdy interakce iniciačních (hostitelských) zařízení a periferií implikuje podporu více než dvou zařízení „v spojení". Když byl standard SAS vyvinut, specifikace okamžitě zahrnovala existenci nízkonákladových expandérů, které by umožnily vytvářet systémy s více než jedním inicializačním hostitelem a podporou více než jednoho periferního zařízení.Dalším důležitým cílem, který si vývojáři nového standardu stanovili, bylo vymanit se z omezení klasického SCSI, které znamená maximálně 16 zařízení v jednom řetězci. Výsledkem je, že každý systém SAS je při použití příslušného počtu expandérů schopen podporovat adresování až 16 256 zařízení v jedné doméně SAS. Rozhodně stojí za zmínku konfigurační flexibilita expandérů SAS: jejich specifikace implikuje vytvoření heterogenních systémů, kde mohou zařízení SAS i SATA koexistovat jako periferní jednotky. Souhlasíte, je to velmi pohodlné, zejména při vytváření systémů pro ukládání rozpočtových dat nebo zařízení s škálováním plánovaným do budoucna.
Ilustrace principu organizace domény SAS
maximální kapacita
Věnujte pozornost obrázku výše: tmavě zelený modul uprostřed je stejný přepínač expandéru (fanout expander). Takový „přepínací“ expandér může být přítomen v jedné doméně SAS v jediném množství a kombinovat až 128 zařízení SAS. Zařízení SAS by však neměla být chápána výhradně jako pevné disky, protože se tím rozumí jakákoli možná kombinace takzvaných „periferních expandérů“ (světle zelené moduly), spouštěcích zařízení a samotných jednotek. Periferní expandéry zase mohou podporovat až 128 zařízení SAS, nelze k nim však připojit více než jeden další expandér. Modré moduly v diagramu označují iniciátory (hostitele) a hnědé válečky označují disky SAS nebo SATA.
protokoly SAS
Vytvoření nové topologie a nových rozhraní vedlo ke zcela nové definici toho, jak oslovit všechny možné porty v doméně SAS. S paralelním SCSI je samozřejmě vše jednodušší, protože adresování všech zařízení v doméně je předdefinováno na hardwarové úrovni.V důsledku toho se pracovní skupina pro vývoj protokolu SAS rozhodla vybrat jako identifikátory globálně jedinečné 64bitové názvy - WWN (WorldWide Name) pro všechny typy zařízení SAS. Opět není nic nového pod sluncem, toto je druh adresování, který se již dlouho používá při pojmenovávání zařízení Fibre Channel.
V okamžiku zapnutí napájení si tedy všechna zařízení sloučená do jednoho prostoru SAS navzájem vymění své WWN a teprve poté se ze sady zařízení SAS stane „smysluplný“ systém SAS. Přidání nového zařízení do systému SAS (přidáním v tomto případě rozumíme pouze „zapojení za provozu“) nebo jeho odstranění ze systému vede k zobrazení upozornění, které o události informuje všechny iniciátory a umožňuje upravit systém tak, aby nová konfigurace. Expandéry jsou zase zodpovědné za „vydání“ WWN všem zařízením SATA systému, a to jak při zapnutí systému, tak v případě „horkého“ připojení nového zařízení. Po dokončení procesu inicializace systému komunikují zařízení SATA pomocí protokolů SATA pro zařízení SAS se používá protokol SAS, popsaný v jiných standardech SCSI, jako je SPI (SCSI Parallel Interface).
Pak je vše jednodušší: výměna příkazů, dat, stavů a dalších informací mezi zařízeními SAS se provádí v paketech, jejichž specifikace jsou velmi podobné charakteristikám paketů pro výměnu informací při práci s paralelními zařízeními SCSI nebo Fibre Channel. Formát datových paketů SAS, nazývaných „rámce“, je zvláště podobný specifikacím Fibre Channel: každý z nich se skládá z bloků deskriptorů příkazů (CDB) a dalších konstrukcí SCSI definovaných jinými standardy SCSI, jako je primární sada příkazů SCSI nebo Příkaz SCSI Block. Zde je další výhoda standardu SAS: použití protokolu a architektury podobné SCSI vám umožňuje kombinovat návrhy SAS s jinými systémy úložiště a zpracování dat s architekturou Infiniband, iSCSI nebo Fibre Channel, což jsou ve skutečnosti také objekty SCSI.
Protokol SAS obsahuje čtyři tradiční vrstvy: fyzickou (fyzická vrstva), komunikační vrstvu (linková vrstva), portovou vrstvu (portová vrstva) a transportní vrstvu (transportní vrstva). Konsolidace čtyř vrstev na každém portu SAS znamená, že programy a ovladače používané pro provozování paralelních portů SCSI lze stejně dobře použít pro provoz portů SAS, pouze s malými úpravami.
Architektura SAS
Aplikační vrstvy, včetně ovladačů a samotných aplikací, vytvářejí specifické úlohy pro transportní vrstvu, která zase zapouzdřuje příkazy, data, stavy atd. do rámců SAS a deleguje jejich přenos na vrstvu portů. Transportní vrstva je samozřejmě také zodpovědná za přijímání rámců SAS z vrstvy portů, rozebírání přijatých rámců a předávání obsahu aplikační vrstvě.
Vrstva portu SAS je zodpovědná za výměnu datových paketů s komunikační vrstvou (linkovou vrstvou) za účelem navázání spojení a také za výběr fyzické vrstvy, přes kterou budou pakety přenášeny současně na několik zařízení. Fyzická vrstva SAS odkazuje na odpovídající hardwarové prostředí - transceivery a kódovací moduly, které se připojují k fyzickému rozhraní SAS a posílají signály po drátových obvodech.
Mimochodem, dovolte mi připomenout, že na fyzické úrovni jsou spojení v případě sériového rozhraní SAS plně duplexní diferenciální páry obvodů, které lze také kombinovat pro zvýšení výkonu (dobře, stejně jako PCI Express) do „ široké“ porty. V souladu s tím může mít každé zařízení více než jeden port a každý z nich může být nakonfigurován jako "úzký" nebo "široký". Rozhraní hostitele a expandéru se mohou skládat z více portů, přičemž každá adresa hostitele je dostupná pro každé periferní zařízení a propustnost se sčítá. Organizace více datových cest díky přítomnosti „širokých“ portů znamená paralelní provádění příkazů a odpovídající snížení promarněného času čekáním ve frontě.
Závěr
Předkládaný materiál představuje pouze stručný úvod do principů konstrukce architektury rozhraní SAS a vlastností implementace tohoto standardu. Více podrobné zvážení Specifikace rozhraní si s největší pravděpodobností vyžádají vydání celé série článků na toto téma. Je možné, že to tak bude, naštěstí, začátek masové implementace rozhraní je za dveřmi a počet aplikovaných dotazů ohledně implementace SAS systémů bude časem jen narůstat.Hlavní definice SAS, na kterou by se podle mého názoru nemělo zapomínat – nové rozhraní Serial Attached SCSI bylo vyvinuto pro potřeby široké škály úložných systémů firemní úrovni stále se však jedná o rozhraní „blízkého dosahu“ a není v žádném případě zamýšleno jako náhrada jakýchkoli síťových rozhraní, není třeba „kupovat“ podobnou implementaci architektury point-to-point.
Se všemi funkcemi „šitými na míru“ pro práci ve velkých a téměř nekonečně škálovatelných systémech pro ukládání dat zahrnuje rozhraní Serial Attached SCSI plnou kompatibilitu s relativně levnými jednotkami Serial ATA, což vám umožňuje navrhovat poměrně dostupné systémy i v měřítku malého podniku. Současně podporuje 2-portové sériové připojení Jednotky SCSI umožňuje poskytovat úrovně výkonu, o kterých se současným systémům na jednotkách SCSI ani nesnilo.
Pro ty, kteří jsou připraveni vrhnout se do studia funkcí Serial Attached SCSI samostatně, uvádíme na závěr seznam webů, kde se nacházejí vzdělávací a standardizační dokumenty.
Zdroje webu Adaptec
Zdroje webových stránek Maxtor
Zdroje webových stránek Seagate
T10:
Serial Attached SCSI –
SCSI Architecture Model – 3 (SAM-3)
Primární příkazy SCSI – 3 (SPC-3)
SCSI blokové příkazy – 2 (SBC-2)
SCSI Stream Commands – 2 (SSC-2)
SCSI Enclosure Services – 2 (SES-2)
Specifikace konektoru SAS:
SFF 8482 (interní propojovací deska/jednotka)
SFF 8470 (externí 4-široký)
SFF 8223, 8224, 8225 (2,5", 3,5", 5,25" tvarové faktory)
SFF 8484 (interní 4-široký)
Specifikace Serial ATA:
Serial ATA II: Rozšíření na Serial ATA 1.0
Serial ATA II: Multiplikátor portů
Serial ATA II: Port Selector
Serial ATA II: Kabely a konektory, svazek 1
Dodatečné zdroje:
Mezinárodní výbor pro standardy informačních technologií
T11 (standardy Fibre Channel)
SCSI Trade Association
SNIA (Storage Networking Industry Association)
