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

	SAS 1.0/1.1
Функция	Сохраняет наследственную поддержку SCSI Совместим с SATA	Совместим с 3 Гбит/с Улучшенная скорость и прохождение сигналов Управление зонами Улучшенная масштабируемость
Функции хранилищ	RAID 6 Малый форм-фактор HPC Накопители SAS большой ёмкости Замена Ultra320 SCSI Выбор: SATA или SAS Blade-серверы	RAS (защита данных) Безопасность (FDE) Поддержка кластеров Поддержка более крупных топологий SSD Виртуализация Внешние хранилища Размер сектора 4K
Скорость передачи данных и пропускная способность кабеля	4 x 3 Гбит/с (1,2 Гбайт/с)	4 x 6 Гбит/с (2,4 Гбайт/с)
Тип кабеля	Медь	Медь
Длина кабеля	8 м	10 м

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 этой статье мы заглянем в будущее интерфейса SCSI и рассмотрим некоторые преимущества и недостатки интерфейсов SCSI, SAS и SATA.

На самом деле, вопрос является немного более сложным, чем простая замена SCSI на SATA и SAS. Традиционный параллельный SCSI является испытанным и проверенным интерфейсом, используемым давно. В настоящее время, SCSI предлагает очень быструю скорость передачи данных в 320 Мегабайт в секунду (Mб/сек), используя современный интерфейс Ultra320 SCSI. Кроме того, SCSI предлагает большой выбор возможностей, среди которых Command-Tag Queuing (метод оптимизирования I/O команд для увеличения производительности). Жесткие диски SCSI отличаются надежностью; на коротком расстоянии можно создать последовательную цепь из 15 устройств, подключенную к каналу SCSI. Эти особенности делают SCSI замечательным выбором для производительных десктопов и рабочих станций, вплоть до серверов предприятий, по настоящее время.

Жесткие диски SAS используют набор команд SCSI и обладают схожей надежностью и производительностью, как и SCSI диски, однако используют последовательную версию интерфейса SCSI, со скоростью 300 Mб/сек. И хотя это немного медленнее, чем SCSI с 320 Mб/сек, интерфейс SAS способен поддерживать до 128 устройств на бОльших расстояниях, чем Ultra320, и может расширяться до 16000 устройств на канал. Жесткие диски SAS предлагают такую же надежность и скорости вращения (10000-15000), как и диски SCSI.

Диски SATA являются немного другими. Там, где SCSI и SAS диски уделяют внимание производительности и надежности, диски SATA жертвуют ими в пользу существенного увеличения емкости и снижения стоимости. К примеру, диск SATA в настоящий момент достиг емкости в 1 терабайт (ТБ). SATA используется там, где нужна максимальная емкость, например, для резервного копирования данных или архивирования. Сейчас SATA предлагает соединения точка-точка со скоростью до 300 Mб/сек, и легко опережает традиционный параллельный интерфейс АТА, со скоростью 150 Mб/сек.

Итак, что же случится с SCSI? Работает он прекрасно. Проблема с традиционным SCSI заключается в том, что просто подходит к окончанию его срок эксплуатации. Параллельный интерфейс SCSI, обладающий скоростью в 320 Mб/сек, не сможет работать значительно быстрее на существующих в настоящий момент длинах SCSI кабелей. Для сравнения, диски SАТА достигнут скорости в 600 Mб/сек в ближайшем будущем, SAS имеют планы для достижению 1200 Mб/сек. Диски SАТА могут, кроме того, работать с интерфейсом SAS, таким образом эти диски могут использоваться одновременно в некоторых системах хранения. Потенциал к увеличению расширяемости и производительности передачи данных гораздо превышает имеющийся у SCSI. Но SCSI не уйдет со сцены в ближайшее время. Мы будем видеть SCSI в малых и средних серверах еще несколько лет. Так как аппаратные средства обновляются, SCSI будет систематически заменяться дисками SAS/SATA, для получения большей скорости и удобства соединения.

Высокопроизводительные серверные накопители для решения ответственных задач редко попадают в поле зрения IT-изданий. Ничего удивительного, ведь мы в большей степени ориентируемся на массового покупателя, чем на системных администраторов и поставщиков серверного оборудования. Между тем проводить тесты серверных HDD даже важнее, чем тесты десктопных, - по нескольким причинам. Во-первых, из-за более высокой стоимости накопителей и более высокой чувствительности серверных задач к производительности. После массового распространения твердотельных накопителей различия между десктопными дисками перестали иметь большое значение, а в сервере замена HDD на SSD еще далеко не всегда целесообразна. Следующее обстоятельство вытекает из первого: HDD для десктопа или домашнего NAS вполне можно выбирать по базовым техническим характеристикам (объем, скорость вращения шпинделя, емкость пластин). В случае с серверным HDD многое зависит от оптимизации микропрограммы, которая проявляет себя в сложной нагрузке и, соответственно, требует специальных тестов, чтобы уловить эти особенности. Наконец, при больших масштабах вступает в игру такой параметр, как отношение производительности к энергопотреблению накопителя.

За последние несколько лет выбор жестких дисков корпоративного назначения, определенно, стал проще. Перестали производиться модели с интерфейсами Fibre Channel и SCSI. Накопители разделились на два класса: модели в форм-факторе 3,5 дюйма ограничиваются скоростью вращения 7200 об/мин, обладают интерфейсом SAS или SATA - на выбор и предназначены для хранения «холодных» данных (nearline storage). Диски со скоростью 10 000-15 000 об/мин пользуются интерфейсом SAS и в большинстве своем перешли в форм-фактор 2,5 дюйма (SFF - Small Form Factor), который позволяет увеличить количество шпинделей на юнит в стойке. Только у HGST еще остались накопители класса 15К в форм-факторе 3,5 дюйма и с портами Fibre Channel.

Nearline-дискам в конфигурации SATA мы уже постоянно уделяем внимание, а вот тест SAS/SCSI-накопителей впервые публикуется на 3DNews.

⇡ Участники тестирования

В сравнении приняли участие следующие устройства:

• HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200);
• HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200);
• Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006);
• Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0017);
• Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 Гбайт (ST600MP0035);
• Toshiba AL13SEB 900 Гбайт (AL13SEB900);
• Toshiba AL13SXB 600 Гбайт (AL13SXB600N);
• WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ).

В противоположность жесктим дискам для настольных ПК и NAS, SAS-накопители не так сильно отличаются друг от друга. Все участники:

а) выпускаются в форм-факторе 2,5 дюйма с толщиной 15 мм;

б) обладают двумя портами SAS для повышения отказоустойчивости;

в) подготовлены для работы в режиме 24/7 в условиях телекоммуникационной стойки;

г) позволяют пользователю конфигурировать размер сектора для записи дополнительных метаданных;

д) характеризуются одинаковыми показателями надежности (MTBF, число циклов парковки головок);

е) продаются с пятилетней гарантией производителя.

Для тестирования были выбраны модели максимального объема в соответствующих линейках. Представлена продукция всех компаний, которые сегодня выпускают HDD, за одним исключением. Мы исчерпали все возможности получить на тест диск WD Xe (кроме как просто купить его за немалые деньги), а недавно эта марка и вовсе пропала с корпоративного сайта Western Digital - видимо, снимается с производства. В итоге из всех дисков со скоростью вращения шпинделя 10-15 тыс. об/мин у WD остался только VelociRaptor - по сути, производная от WD Xe, но с интерфейсом SATA. Чтобы WD хоть как-то была представлена в обзоре, мы включили VelociRaptor в число участников. Конечно, 100-процентной заменой SAS-накопителям его считать нельзя, однако масса серверов работает на SATA-накопителях, так что и VelociRaptor можно пустить в дело. Кроме того, если посмотреть с другой стороны, любой из дисков для SAS можно использовать в рабочей станции с соответствующим HBA (Host Bus Adapter) вместо VelociRaptor, что также оправдывает участие этого диска в сегодняшнем тесте.

Производитель	HGST	HGST	Seagate	Seagate	Seagate	Toshiba	Toshiba	Western Digital
Серия	Ultrastar C10K1800	Ultrastar C15K600	Savvio 10K.6	Enterprise Performance 10K HDD v7	Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5	AL13SEB	AL13SXB	VelociRaptor
Модельный номер	HUC101818CS4200	HUC156060CSS200	ST900MM0006	ST1200MM0017	ST600MP0035	AL13SEB900	AL13SXB600N	WD1000CHTZ/WD1000DHTZ
Форм-фактор	2,5 дюйма	2,5 дюйма	2,5 дюйма	2,5 дюйма	2,5 дюйма	2,5 дюйма	2,5 дюйма	3,5/2,5 дюйма
Интерфейс	SAS 12 Гбит/с	SAS 12 Гбит/с	SAS 6 Гбит/с	SAS 6 Гбит/с	SAS 12 Гбит/с	SAS 6 Гбит/с	SAS 6 Гбит/с	SATA 6 Гбит/с
Dual-port	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Нет
Емкость, Гбайт	1 800	600	900	1 200	600	900	600	1000
Конфигурация
Скорость вращения шпинделя, об/мин	10 520	15 030	10 000	10 000	15 000	10 500	15 000	10 000
Плотность записи данных, Гбайт/пластину	450	200	300	300	200	240	НД	334
Число пластин/головок	4/8	3/6	3/6	4/8	3/6	4/8	НД	3/6
Объем буфера, Мбайт	128	128	64	64	128	64	64	64
Размер сектора, байт	4096-4224	512-528	512-528	512-528	4096-4224	512-528	512-528	512
Производительность
Макс. устойчивая скорость последовательного чтения, Мбайт/с	247	250	195	195	246	195	228	200
Макс. устойчивая скорость последовательной записи, Мбайт/с	247	250	195	195	246	195	228	200
Burst rate, чтение/запись, Мбайт/с	261	267
Внутренняя скорость передачи данных, Мбайт/с	1307-2859	1762-3197	1440-2350	1440-2350	НД	НД	НД	НД
Average seek time: чтение/запись, мс	3,7/4,4	2,9/3,1	НД	НД	НД	3,7/4,1	2,7/2,95	НД
Track-to-track seek time: чтение/запись, мс	НД	НД	НД	НД	НД	0,2/22	НД	НД
Full stroke seek time: чтение/запись, мс	7,3/7,8	7,3/7,7	НД	НД	НД	НД	НД	НД
Надежность
MTBF (среднее время наработки на отказ), ч	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 (annualized failure rate), %	НД	0,44	0,44	0,44	0,44	НД	0,44	НД
Число циклов парковки головок	600 000	600 000	НД	НД	НД	НД	600 000	600 000
Физические характеристики
Потребляемая мощность: бездействие/чтение-запись, Вт	5,4/7,6	5,8/7,5	3,9/7,8	4,6/8,1	5,3/8,7	3,9/НД	5,0/9,0	4,2/5,8
Типичный уровень шума: бездействие/поиск	34/38 дБA	32/38 дБA	30 дБA / НД	31 дБA / НД	32,5/33,5 дБA	30 дБA /НД	33 дБA /НД	30/37 дБА
Максимальная температура, °C: диск включен/диск отключен	55/70	55/70	60/70	60/70	55/70	55/70	55/70	55/70
Ударопрочность: диск включен (чтение) /диск отключен		30 g (2 мс) - запись / 300 g (2 мс)	25 g (2 мс) / 400 g (2 мс)	25 g (2 мс) / 400 g (2 мс)	25 g (2 мс) / 400 g (2 мс)	100 g (1 мс) / 400 g (2 мс)	100 g (1 мс) / 400 g (2 мс)	30 g (2 мс) / 300 g (2 мс)
Габаритные размеры: Д × В × Г, мм	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
Масса, г	220	219	212	204	230	240	230	230/500
Гарантийный срок, лет	5	5	5	5	5	5	5	5
Средняя розничная цена, руб.*	161 000	36 000	20 000	26 900	49 600	17 800	24 100	14 000 / 12 600

⇡ Описание участников тестирования

HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200)

Это самый емкий диск в новейшей линейке десятитысячников HGST. Серия Ultrastar C10K1800 примечательна в нескольких отношениях. В моделях, наименование которых заканчивается на S420x, благодаря высокой плотности записи с применением форматирования секторами по 4 Кбайт (нативным или с эмуляцией 512-байтовых секторов) достигнута емкость 450 Гбайт на пластину. Поэтому диск вмещает до 1,8 Тбайт, а скорость последовательного чтения/записи вышла на уровень HDD класса 15 тыс. об/мин.

Остальная часть линейки состоит из дисков с разметкой по 512-528 байт, обладающих менее выдающимся быстродействием и объемом вплоть до 1,2 Тбайт.

Все модели в линейке C10K1800 имеют так называемый media cache. В нескольких местах на поверхности пластин выделены области, служащие энергонезависмым кешем. Вместо того чтобы нести данные к запрошенному сектору, записывающая головка диска сбрасывает их в ближайшую кеширующую область, а в простое диска они перемещаются на нужное место.

Между прочим, это самый дорогой диск в тесте, просто фантастически дорогой - в среднем 161 тыс. рублей в московских интернет-магазинах. А в Америке, кстати, намного дешевле - $800 на newegg.com .

HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200)

HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200)

Единственная линейка 2,5-дюймовых дисков со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин в ассортименте HGST. Диски Ultrastar C15K600 одновременно обладают предельной на текущий момент скоростью последовательного чтения/записи и низкой латентностью. Физическое форматирование пластин выполняется секторами по 512-528 либо 4096-4224 байт (с нативным доступом или эмуляцией 512 байт). В тестировании участвует самая емкая модель в линейке - 600 Гбайт с секторами по 4 Кбайт.

HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200)

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006)

Это довольно-таки старые диски - позапрошлого поколения по сравнению с актуальной линейкой Enterprise Performance 10K от Seagate. Поэтому производительность Savvio 10K.6 уже не передовая в данном классе. Форматирование пластин выполнено секторами по 512-528 байт. Впрочем, эти диски все еще есть в продаже, имеют неплохой объем (вплоть до 900 Гбайт) и относительно недороги.

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006)

Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0017)

Эта серия тоже успела формально устареть к моменту выхода теста, уступив место Enterprise Performance 10K HDD v8. От Savvio 10K.6 данные диски отличаются только повышенным до 1,2 Тбайт объемом, но это достигнуто путем увеличения числа пластин, а не плотности записи, поэтому в отношении заявленной производительности с предыдущим поколением разницы нет. Участвующая в тестировании модель ST1200MM0017 обладает встроенным шифрованием.

Seagate Enterprise Performance 10K HDD 1,2 Тбайт (ST1200MM0007)

Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 Гбайт (ST600MP0035)

Это актуальная линейка дисков Seagate со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин. Диски обладают разметкой секторов по 512-528 либо 4096-4224 байт (нативно или с эмуляцией 512 байт). Протестирован максимальный по объему (600 Гбайт) накопитель с 4-килобайтными секторами.

Seagate Enterprise Performance 15K HDD 600 Гбайт (ST600MP0035)

Toshiba AL13SEB 900 Гбайт (AL13SEB900)

По основным характеристикам это аналог Seagate Savvio 10K.6: 10 000 об/мин, объем вплоть до 900 Гбайт, форматирование секторами 512-528 байт. В этой серии Toshiba не предлагает дисков с встроенным шифрованием.

Toshiba AL13SXB 600 Гбайт (AL13SXB600N)

В этой серии дисков со скоростью вращения шпинделя 15 000 об/мин модели с наименованиям вида AL13SXB**0N отформатированы с размером сектора 512-528 байт. Старшую из них мы взяли на тестирование. Модели с наименованиями вида AL13SXB**E* пользуются 4-килобайтными секторами, а кроме того, поддерживают интерфейс SAS 12 Гбит/с. Встроенное шифрование во всей серии AL13SXB отсутствует.

Toshiba 900 Гбайт (AL13SEB900)

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000CHTZ/WD1000DHTZ)

По физическим данным VelociRaptor мало отличается от своего прообраза - WD Xe: те же 10 000 об/мин и практически такая же линейная производительность. VelociRaptor пользуется разметкой с Advanced Format (секторы по 4 Кбайт), а доступный пользователю объем выше, чем у аналогичных WD Xe (1 Тбайт в случае старшей модели).

Поскольку это диск с интерфейсом SATA, функционально он не является полным аналогом SAS-накопителей. В частности, о двухпортовом подключении, конфигурации размера сектора и встроенном шифровании можно забыть. Кроме того, SAS-диски обычно делают более надежными, что заметно при сравнении их показателя заявленного MTBF с оным у VelociRaptor. И все же с позиции производительности этот диск можно рассматривать как серверный десятитысячник для бедных. Существуют разновидности «ящера» с радиатором-переходником на форм-фактор 3,5 дюйма (DHTZ), равно как «голые» варианты размером 2,5 дюйма (СHTZ).

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ)

⇡ Методика тестирования

Изолированные тесты производительности

Выполняются с помощью Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт.

1. Последовательное чтение/запись данных блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256.
2. Произвольное чтение/запись блоков от 512 байт до 2 Мбайт с глубиной очереди запросов 256.
3. Смешанное чтение/запись блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Доля операций чтения и записи варьирует от 0 до 100% с шагом 10%.
4. Зависимость пропускной способности от длины очереди команд. Выполняется чтение блоков размером 4 Кбайт, глубина очереди запросов варьирует от 1 до 256 с шагом степени двойки. Аналогичный тест на запись блоков не проводится, т.к. по этому параметру жесткие диски не различаются.
5. Устоявшееся время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 512 байт с глубиной очереди запросов 1. Тест продолжается в течение 10 мин.
6. Постоянство времени отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Для каждого отрезка теста продолжительностью 1 с записывается среднее и максимальное значение времени отклика, на основании которых вычисляются: а) средние значения обоих показателей; б) стандартное отклонение среднего времени отклика.
7. Многопоточное чтение/запись. Создаются четыре потока, выполняющие последовательное чтение/запись блоков размером 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Потоки имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом 100 Гбайт, которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная пропускная способность всех потоков, а также каждого из них в отдельности.

Тесты с эмулированной нагрузкой

Выполняются в Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт. Глубина очереди команд - 256.

Размер блока	Доля от всех запросов	Доля чтения	Доля произвольного доступа
База данных
8 Кбайт	100%	67%	100%
Файловый сервер
512 байт	10%	80%	100%
1 Кбайт	5%	80%	100%
2 Кбайт	5%	80%	100%
4 Кбайт	60%	80%	100%
8 Кбайт	2%	80%	100%
16 Кбайт	4%	80%	100%
32 Кбайт	4%	80%	100%
64 Кбайт	10%	80%	100%
Рабочая станция
8 Кбайт	100%	80%	80%
Веб-сервер
512 байт	22%	100%	100%
1 Кбайт	15%	100%	100%
2 Кбайт	8%	100%	100%
4 Кбайт	23%	100%	100%
8 Кбайт	15%	100%	100%
16 Кбайт	2%	100%	100%
32 Кбайт	6%	100%	100%
64 Кбайт	7%	100%	100%
128 Кбайт	1%	100%	100%
512 Кбайт	1%	100%	100%

Тестовый стенд

Накопители подключались к адаптеру LSI SAS 9211-8i , за который мы выражаем благодарностью российскому представительству компании LSI.

⇡ Производительность, основные тесты

Последовательное чтение/запись

• Диски со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин правят бал в тесте последовательного чтения/записи. Впрочем, в этой группе есть свой лидер — Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5.
• Ultrastar C10K1800 за счет высокой плотности записи не уступает накопителям категории 15К.
• А вот представленные десятитысячники мало различаются по скорости линейного доступа.

Произвольное чтение

• 15-тысячники и в этой дисциплине доминируют над своими низкооборотными собратьями.
• Разброс показателей внутри категорий HDD с одинаковой скоростью вращения шпинделя невелик. Можно выделить только HGST Ultrastar C15K600 как формального лидера в своей группе и VelociRaptor, явно уступающий аналогам.

Произвольная запись

Результаты теста на произвольную запись оказались менее предсказуемыми, нежели в предшествующем тесте, поскольку определяются не только механикой HDD, но и характером использования буфера.

• Колоссальное быстродействие, совершенно недостижимое для конкурирующих устройств, продемонстрировал HGST Ultrastar C15K600.
• Два оставшихся 15-тысячника также имеют большое преимущество перед HDD с меньшей скоростью вращения шпинделя.
• Сами 10-тысячники составляют гомогенную группу, за исключением Ultrastar C10K1800. Он выходит далеко за рамки своего класса и уступает лишь диску C15K600 того же производителя. Вот он, хваленый media cache, в действии!

Устоявшееся время отклика

• Несмотря на то, что нагрузка продолжается в течение 10 минут, она не может полностью забить буфер на некоторых дисках, поэтому результаты для записи данных не отражают то, на что направлен этот тест, - латентность механики накопителя.
• Напротив, при чтении с длиной очереди в одну команду буфер — не помощник. В результате соперники выстроились в соответствии со скоростью вращения шпинделя (чем она выше, тем меньше время отклика). Существенной разницы между устройствами одной категории не обнаружено.

⇡ Производительность, расширенный анализ

Смешанное чтение/запись

• Диски категории 15К по-прежнему на высоте, за исключением Ultrastar C15K600, который особенно сильно просел при смешанной нагрузке.
• Ultrastar C10K1800 в очередной раз выделился среди своих аналогов. Из других десятитысячников отметим Toshiba AL13SEB. Все они примерно одинаковы при 100-процентном чтении или записи, но AL13SEB сохраняет наибольшую производительность при смешанной нагрузке.

Зависимость пропускной способности от длины очереди команд

• Все диски способны извлечь выгоду из длинной очереди команд и достигают пиковой пропускной способности при 64 командах. Только VelociRaptor довольствуется очередью в 32 команды.

Многопоточное чтение

• Большинство участников теста равномерно распределяют ресурсы между четырьмя потоками. Что, впрочем, приводит к низкой совокупной производительности.
• Toshiba AL13SEB и WD VelociRaptor, напротив, при многопоточном чтении жертвуют одним из потоков, за счет чего возрастает скорость передачи данных в остальных и общая пропускная способность.

Многопоточная запись

• При записи в четыре потока ни один из дисков не хитрит: производительность равномерно распределяется между всеми потоками.
• Как видим, от механики диска в этом тесте зависит не так уж много. 15-тысячники от Seagate и Toshiba заняли первые места, а вот Ultrastar 15K600 — явный аутсайдер.

Постоянство времени отклика

• При чтении данных все накопители характеризуются существенной разницей между средним и максимальным временем отклика. Лишь VelociRaptor выделяется в лучшую сторону, обладая более выгодным соотношением среднего и максимального времени отклика.
• При записи пиковые значения времени отклика сглажены буфером и мало отличаются от средних.

• Участники теста больше всего различаются по разбросу времени доступа при записи. Наиболее консистентной производительностью обладает Ultrastar C10K1800. У Toshiba AL13SEB900, напротив, стандартное отклонение времени доступа резко повышено.

Среди серверных десятитысячников диски не так сильно отличаются друг от друга, но формально — лучших показателей добился Seagate Savvio 10K.6. VelociRaptor, напротив, всегда плетется в хвосте.

Большинство десятитысячников в основных аспектах похожи друг на друга, но стоит выделить HGST Ultrastar C10K1800 (HUC101818CS4200), который уступает более оборотистым коллегам класса 15К только в скорости произвольного чтения и при этом имеет рекордный объем — 1,8 Тбайт. Впрочем, на результатах тестов с эмулированными приложениями эти достоинства никак не отразились.

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006) и Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0007) обладают стабильно высокой производительностью без сюрпризов. Чуть хуже прочих десятитысячников с тестами справился Toshiba AL13SEB900.

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ) можно рассматривать как высокопроизводительный HDD «для бедных», если протокол SAS не является обязательным пунктом в техзадании. По своим характеристикам это типичный диск класса 10К, только в сравнении с истинными серверными накопителями скорость произвольного чтения оставляет желать много лучшего, что проявилось и в «эмуляторах».

Интерфейс SAS.

Интерфейс SAS или Serial Attached SCSI обеспечивает подключение по физическому интерфейсу, аналогичному SATA , устройств, управляемых набором команд SCSI . Обладая обратной совместимостью с SATA , он даёт возможность подключать по этому интерфейсу любые устройства, управляемые набором команд SCSI - не только жёсткие диски, но и сканеры, принтеры и др. По сравнению с SATA, SAS обеспечивает более развитую топологию, позволяя осуществлять параллельное подключение одного устройства по двум или более каналам. Также поддерживаются расширители шины, позволяющие подключить несколько SAS устройств к одному порту.

Протокол SAS разработан и поддерживается комитетом T10. SAS был разработан для обмена данными с такими устройствами, как жёсткие диски, накопители на оптических дисках и им подобные. SAS использует последовательный интерфейс для работы с непосредственно подключаемыми накопителями, совместим с интерфейсом SATA. Хотя SAS использует последовательный интерфейс в отличие от параллельного интерфейса, используемого традиционным SCSI, для управления SAS-устройствами по-прежнему используются команды SCSI. Команды (рис. 1), посылаемые в устройство SCSI представляют собой последовательность байт определенной структуры (блоки дескрипторов команд).

Рис. 1.

Некоторые команды сопровождаются дополнительно "блоком параметров", который следует за блоком дескриптора команды, но передается уже как "данные".

Типичная система с интерфейсом SAS состоит из следующих компонентов:

1) Инициаторы. Инициатор - это устройство, которое порождает запросы на обслуживание для целевых устройств и получает подтверждения по мере исполнения запросов.

2) Целевые устройства . Целевое устройство содержит логические блоки и целевые порты, которые осуществляют приём запросов на обслуживание, исполняет их; после того, как закончена обработка запроса, инициатору запроса отсылается подтверждение выполнения запроса. Целевое устройство может быть как отдельным жёстким диском, так и целым дисковым массивом.

3) Подсистема доставки данных . Является частью системы ввода-вывода, которая осуществляет передачу данных между инициаторами и целевыми устройствами. Обычно подсистема доставки данных состоит из кабелей, которые соединяют инициатор и целевое устройство. Дополнительно, кроме кабелей в состав подсистемы доставки данных могут входить расширители SAS.

3.1) Расширители. Расширители SAS - устройства, входящие в состав подсистемы доставки данных и позволяют облегчить передачи данных между устройствами SAS, например, позволяет соединить несколько целевых устройств SAS к одному порту инициатора. Подключение через расширитель является абсолютно прозрачным для целевых устройств.

SAS поддерживает подключение устройств с интерфейсом SATA. SAS использует последовательный протокол передачи данных между несколькими устройствами, и, таким образом, использует меньшее количество сигнальных линий. SAS использует команды SCSI для управления и обмена данными с целевыми устройствами. Интерфейс SAS использует соединения точка-точка - каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом. В отличии от SCSI, SAS не нуждается в терминации шины пользователем. Интерфейс SCSI использует общую шину - все устройства подключены к одной шине, и с контроллером одновременно может работать только одно устройство. В SCSI скорость передачи информации по разным линиям, составляющим параллельный интерфейс, может отличаться. Интерфейс SAS лишён этого недостатка. SAS поддерживает очень большое количество устройств, в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине. SAS поддерживает высокие скорости передачи данных (1,5, 3,0 или 6,0 Гбит/с). Такая скорость может быть достигнута при передаче информации на каждом соединении, в то время как на шине SCSI пропускная способность шины разделена между всеми подключёнными к ней устройствами.

SATA использует набор команд ATA и поддерживает жёсткие диски и накопители на оптических дисках, в то время как SAS поддерживает более широкий набор устройств, в том числе жёсткие диски, сканеры и принтеры. SATA-устройства идентифицируются номером порта контроллера интерфейса SATA, в то время как устройства SAS идентифицируются их WWN идентификаторами (World Wide Name). Устройства SATA (версии 1) не поддерживали очередей команд, в то время как устройства SAS поддерживают теггированные очереди команд. Устройства SATA с версии 2 поддерживают Native Command Queuing (NCQ).

Аппаратура SAS поддерживает связь с целевыми устройствами по нескольким независимым линиям , что повышает отказоустойчивость системы (интерфейс SATA такой возможности не имеет). В то же время, интерфейс SATA версии 2 использует дубликаторы портов для достижения аналогичной возможности.

SATA преимущественно используется в некритических приложениях, например в домашних компьютерах. Интерфейс SAS, благодаря своей надёжности, может быть использован в критически важных серверах. Выявление ошибок и обработка ошибочных ситуаций определено в SAS гораздо лучше чем в SATA. SAS считают надмножеством SATA, и не конкурирует с ним.

Разъёмы SAS гораздо меньше разъёмов традиционного параллельного интерфейса SCSI, что позволяет использовать разъёмы SAS для подключения компактных накопителей типоразмером 2,5 дюйма. SAS поддерживает передачу информации со скоростью от 3 Гбит/с до 10 Гбит/с. Существует несколько вариантов разъёмов SAS:

SFF 8482 - вариант, совместимый с разъёмом интерфейса SATA;

SFF 8484 - внутренний разъём с плотной упаковкой контактов; позволяет подключить до 4 устройств;

SFF 8470 - разъём с плотной упаковкой контактов для подключения внешних устройств; позволяет подключить до 4 устройств;

SFF 8087 - уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внутренних устройств; поддерживает скорость 10 Гбит/с;

SFF 8088 - уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внешних устройств; поддерживает скорость 10 Гбит/с.

Разъём SFF 8482 позволяет подключать устройства SATA к контроллерам SAS, что избавляет от необходимости устанавливать дополнительный контроллер SATA только потому, что необходимо, к примеру, подключить устройство для записи дисков DVD. Наоборот, устройства SAS не могут подключаться к интерфейсу SATA, и на них устанавливается разъём, предотвращающий их подключение к интерфейсу SATA.

Что такое SAS, предысторияПришло время признать очевидный факт: стандарт SCSI, даже в виде самых современных реализаций вроде Ultra320 SCSI, исчерпал свои возможности. По крайней мере, дальнейшее масштабирование его производительности если теоретически и возможно, то будет обходиться весьма недешево. Ситуация, сложившаяся с этим весьма почитаемым стандартом, особенно удручающе выглядит на фоне бурного развития всей компьютерной техники и архитектуры и топологии систем хранения данных в частности.

Два ключевых фактора, которые подталкивают производителей совершенствовать интерфейсы винчестеров - это растущая производительность систем хранения данных при большом количестве обслуживаемых транзакций и скорость выборки данных из крупных библиотек. Разумеется, "свято место пусто не бывает", и появление интерфейсов вроде оптического FCAL или последовательного SATA в какой-то степени позволило избавиться от "узких мест" и внести разнообразие в список архитектур систем хранения данных. Однако, привыкшие к возможностям SCSI пользователи по-прежнему остаются поклонниками этого стандарта. Тем более, что в его развитие вложены очень и очень большие деньги.

Вот такие предпосылки сложились к моменту зарождения нового индустриального стандарта, названного последовательно-подключенный SCSI - Serial-Attached SCSI , или просто SAS .


Ради справедливости стоит отметить, что новый стандарт появился не вдруг и не сразу: официальному анонсу технологии SAS, состоявшейся 28 января 2004 года предшествовала серьезная работа команды разработчиков из разных компаний и промышленных групп - SCSI Trade Association (STA) и International Committee for Information Technology Standards (INCITS), под эгидой American National Standards Institute (ANSI). Впервые о новом стандарте заговорили в декабре 2001 года, когда совет директоров SCSI Trade Association (STA) проголосовал за определение спецификаций Serial Attached SCSI. Далее 2 мая 2002 года разработка стандарта была передана созданному специально для поддержки, развития и продвижения SAS комитету T10 при INCITS (InterNational Committee for Information Technology Standards), а первые черновые спецификации SAS были опубликованы в середине 2003 года.

Итак, самое главное, на что стоит опираться при попытке сформулировать определение стандарта SAS: Serial-Attached SCSI является логичным и естественным последовательным расширением технологии параллельного интерфейса SCSI, используемого для подключения периферии к компьютерам .
От этого, для начала, и оттолкнемся.

Назначение SAS

Для определения назначения стандарта SAS и его места среди современных периферийных интерфейсов обратимся к формулировкам, изложенным в "FAQ по Serial Attached SCSI" на сайте T10.

Интерфейс Serial Attached SCSI является продуктом логической эволюции современных интерфейсов и разработан для применения в промышленных центрах сбора и хранения данных. Стандарт SAS опирается на электрические и физические характеристики интерфейса Serial ATA, обеспечивает масштабируемость, производительность, надежность и управляемость данных в серверах и подсистемах хранения данных. Архитектурная схожесть с SATA не мешает SAS обладать наиболее востребованными чертами SCSI, в то же время избавляясь от его недостатков: крупных разъемов, малой длины соединительных кабелей, ограниченной производительности и адресации.

В широком смысле понимания SAS - это своеобразный полнодуплексный SATA с поддержкой двух портов, больших возможностей адресации, расширенной надежностью, производительностью и логической совместимостью со SCSI. Интерфейс Serial ATA, с другой стороны, можно рассматривать как упрощенное подмножество Serial Attached SCSI для работы в простых системах без критических требований к надежности и производительности. Это совсем не значит, что устройства Serial Attached SCSI не могут использоваться в обычных рабочих станциях и настольных ПК, необходимо лишь наличие соответствующего хост-адаптера.

По сути, Serial Attached SCSI - это SCSI, но не с привычной параллельной, а с point-to-point (точка-точка) последовательной архитектурой, с непосредственным подключением контроллера к накопителям. SAS поддерживает до 128 накопителей различных типов и размеров, совместно подключенных более тонкими и длинными (нежели в случае SCSI) кабелями. В то время как интерфейс SCSI "проталкивает" по своим проводам данные со скоростью порядка 20 МБ/с, а полудуплексный SATA первого поколения - 1.5 ГБ/с в одном направлении в единицу времени, полнодуплексный сигнальный последовательный интерфейс SAS с поддержкой "горячего" подключения в нынешней реализации обеспечивает обмен данными на скорости до 3.0 Гб/с на порт.

Ключевым отличием SAS от SCSI является возможность подключения SAS-накопителей одновременно к двум различным портам, каждый из которых представляет различные домены SAS. Можете себе представить, насколько значительным образом это отражается на надежности хранения данных и отказоустойчивости системы. К тому же, "коммутаторная" природа архитектуры SAS позволяет в теории подключать "покаскадно" тысячи накопителей (до 16384 приводов без снижения производительности!), что делает масштабируемость таких систем теоретически неограниченной. Основные отличия технологий SCSI и SAS приведены в таблице ниже.

Спецификации разъемов и кабелей SAS

Одной из ключевых особенностей интерфейса SAS при его разработке была определена возможность значительного наращивания скорости обмена данными. Разрабатываемые сейчас спецификации следующего поколения SAS подразумевают обмен данными со скоростью до 6.0 ГБ/с при полной совместимости с первым поколением SAS-устройств. Следующее за этим поколение всерьез пока не рассматривалось, но поговаривают о возможности достижения скорости обмена данными до 12 ГБ/с.

При разработке разъемов под устройства SAS был заложен перспективный рост скорости обмена данными, и одновременно с этим учтен опыт миниатюризации, просматриваемый в спецификациях SATA. Специфика разъема заключается в размещении второго порта данных, ибо каждый из портов SAS-устройства размещается в различных доменах и служит для организации независимых путей от одного SAS-устройства к другому для обеспечения безаварийной работы. В случае, если один из накопителей в цепочке выходит из строя, это никоим образом не отражается на работе других устройств. Таким образом на свет появился дизайн разъема для периферии с интерфейсом SAS, по сути имеющий архитектурное сходство с 68-контактными разъемами для накопителей с классическим параллельным интерфейсом SCSI или SCA-2, но в то же время, по аналогии с SATA, поддерживающей "горячее подключение" и надежный контакт.

Кабельная система SAS имеет гораздо более компактные размеры, нежели аналогичная для параллельных интерфейсов ATA и SCSI, что обеспечивает меньшую путаницу и лучший обдув воздухом компонентов внутри системного корпуса. Типичная длина интерфейсных кабелей SAS для применения, например, в рабочих станциях, не превышает 1 м, максимальная длина такого кабеля может достигать 8 м. Теоретически это сравнимо с длиной кабеля для интерфейса SCSI, поскольку некоторые современные устройства допускают соединение между хост-контроллером и SCSI-периферией на расстоянии более 8 м. Однако, в случае нужды расстояние между SAS-устройствами может быть значительно увеличено за счет так называемых SAS-экспандеров - своеобразных "станций подкачки трубопровода".

Интересно отметить, что при разработке спецификаций SAS рабочая группа сразу же приняла во внимание необходимость определения параметров разъемов и кабелей не только для внутренних, но и для внешних подключений, аналогичных современным SCSI-вариантам вроде "сервер - JBOD система". Для интерфейса SATA принятие таких спецификаций было отложено "на потом", и, как результат, разработка External SATA до сих пор еще не закончена.

Что касается внешних SAS-подключений, за основу было принято предложение компании Infiniband, где внешние разъемы и кабельная система рассчитаны на 4 устройства и в то же время обеспечивают производительность первого поколения внешних SAS-соединений на уровне 1.2 ГБ/с в каждом направлении, то есть до 2400 МБ/с в полнодуплексном режиме! Согласитесь, более чем впечатляюще для внешнего интерфейса.

Системная топология SAS

Использование конфигураций класса "точка-точка" позволяет получить высокую пропускную способность, однако, обратной стороной медали является организация специфической топологии, где при взаимодействии инициирующих (хост) устройств и периферии подразумевается поддержка более чем двух устройств "в связке". При разработке стандарта SAS в спецификации сразу же было заложено существование недорогих экспандеров, позволяющих создавать системы с количеством инициирующих хостов более одного, с поддержкой более чем одного периферийного устройства.

Еще одна важная цель, которую ставили перед собой разработчики нового стандарта - уйти от ограничения классического SCSI, подразумевающего не более 16 устройств в одной цепочке. В результате каждая SAS-система при применении соответствующего количества экспандеров способна поддерживать адресацию до 16256 устройств в едином SAS-домене. Обязательно стоит отметить гибкость конфигурации SAS-экспандеров: их спецификации подразумевают создание гетерогенных систем, где в качестве периферийных накопителей могут уживаться как SAS, так и SATA устройства. Согласитесь, очень удобно, особенно, при формировании бюджетных систем хранения данных или устройств с закладываемым на перспективу масштабированием.

Иллюстрация к принципу организации SAS домена
максимальной емкости

Обратите внимание на иллюстрацию выше: темно-зеленый модуль в центре представляет собой тот самый экспандер-коммутатор (fanout expander). Такой "коммутационный" экспандер может присутствовать в одном SAS-домене в единичном количестве и объединять собой до 128 SAS-устройств. Однако, не стоит под SAS-устройствами понимать исключительно жесткие диски, поскольку здесь подразумевается любая возможная комбинация из так называемых "периферийных экспандеров" (edge expanders, светло-зеленые модули), инициирующих устройств и собственно накопителей. Периферийные экспандеры, в свою очередь, могут также поддерживать до 128 SAS-устройств, однако, к ним можно подключить уже не более одного дополнительного экспандера. Голубыми модулями на схеме отмечены инициаторы (хосты), а коричневыми цилиндрами - SAS или SATA приводы.

Протоколы SAS

Создание новой топологии и новых интерфейсов привело к созданию совершенно нового определения методики адресации всех возможных портов в SAS-домене. С параллельным SCSI, конечно же, все проще, поскольку адресация всех устройств домена предопределена на аппаратном уровне.

В результате рабочей группой по развитию протокола SAS было принято решение выбрать в качестве идентификаторов уникальные в глобальном плане 64-битные имена - WWN (WorldWide Name) для всех типов SAS-устройств. Опять же, ничего нового под Луной, именно такая адресация давно используется при наименовании Fibre Channel устройств.

Таким образом, в момент включения питания все устройства, объединенные в единое SAS-пространство, обмениваются друг с другом своими WWN, и только после этого комплект SAS-устройств становится "осмысленной" SAS-системой. Добавление в SAS-систему нового устройства (под добавлением в этом случае подразумевается как раз "горячее подключение") или его изъятие из системы приводит к появлению извещения, которое оповещает о событии все инициаторы и позволяет подстроить систему под новую конфигурацию. На экспандеры, в свою очередь, ложится обязанность "выдачи" WWN всем SATA-устройствам системы, как в случае ее включения, так и в случае "горячего" подключения нового устройства. По завершению процесса инициализации системы, SATA устройства взаимодействуют с помощью SATA протоколов, для SAS-устройств используется SAS-протокол, описанный в других SCSI-стандартах типа SPI (SCSI Parallel Interface).

Дальше все проще: обмен командами, данными, статусами и другой информацией между SAS-устройствами производится пакетами, спецификации которых очень схожи на характеристики пакетов для обмена информацией при работе с параллельными SCSI или Fibre Channel устройствами. Формат пакетов данных SAS, называемых "фреймами", особенно схож со спецификациями Fibre Channel: каждый из них состоит из блоков командных дескрипторов - CDB (command descriptor block) и других SCSI-конструкций, определяемых другими стандартами SCSI, вроде SCSI Primary Command Set или SCSI Block Command. Вот Вам еще одна выгода от стандарта SAS: использование SCSI-подобного протокола и архитектуры позволяет объединять SAS-конструкции с другими системами хранения и обработки данных с архитектурой Infiniband, iSCSI или Fibre Channel, которые, по сути, также являются SCSI-объектами.

Протокол SAS содержит четыре традиционных уровня: физический (phy layer), коммуникационный (link layer), уровень портов (port layer) и транспортный уровень (transport layer). Объединение четырех уровней в каждом порте SAS означает, что программы и драйверы, используемые для работы с параллельными портами SCSI, могут с равным успехом использоваться и для обслуживания портов SAS, лишь с незначительной модификацией.

Архитектура SAS

Уровни приложений, включающие драйверы и собственно приложения, создают специфические задания для транспортного уровня, который, в свою очередь, инкапсулирует команды, данные, статусы и пр. в SAS-фреймы и перепоручает их передачу уровню портов. Разумеется, транспортный уровень также отвечает за прием SAS-фреймов и с уровря портов, дизассемблирование принятых фреймов и передачу контента уровню приложений.

Уровень портов SAS отвечает за обмен пакетами данных с коммуникационным уровнем (link layer) в порядке установления соединений, а также за выбор физического уровня, с помощью которого будет осуществляться передача пакетов одновременно на несколько устройств. Под физическим уровнем SAS подразумевается соответствующее аппаратное окружение - трансиверы и модули кодирования, которые подключаются к физическому интерфейсу SAS и отправляют сигналы по проводным цепям.

Кстати, напомню, на физическом уровне соединения в случае последовательного интерфейса SAS представляют собой полнодуплексные дифференциальные пары цепей, которые также могут объединяться для увеличения производительности (ну прямо как PCI Express) в "широкие" порты. Соответственно, каждое устройство может иметь более одного порта, и каждый из них может быть сконфигурирован как "узкий" или "широкий". Интерфейсы хостов и экспандеров могут быть составлены из нескольких портов, при этом адрес каждого хоста доступен каждому периферийному устройству, а пропускная способность при этом суммируется. Организация множества путей прохождения данных за счет наличия "широких" портов подразумевает параллельное исполнение команд и соответствующее снижение потерь времени на ожидание очереди.

Заключение

Изложенный материал представляет собой лишь краткое введение в принципы построения архитектуры интерфейса SAS и особенности реализации этого стандарта. Более детальное рассмотрение спецификаций интерфейса потребует, по всей видимости, выпуска целого цикла статей на эту тему. Не исключено, что именно так оно и будет, благо, начало массового внедрения интерфейса уже не за горами, и количество прикладных вопросов по реализации SAS-систем со временем только вырастет.

Главное определение SAS, которое, по-моему, не стоит забывать - новый последовательный интерфейс Serial Attached SCSI был разработан для нужд широкого списка систем хранения данных корпоративного уровня, однако, все же он представляет собой интерфейс "близкого действия" и ни в коем случае не призван заменить собой какие-либо сетевые интерфейсы, не надо "покупаться" на схожую реализацию архитектуры "точка-точка".

При всей своей "заточенности" для работы в крупных и чуть ли не бесконечно масштабируемых системах хранения данных, интерфейс Serial Attached SCSI подразумевает полную совместимость с относительно недорогими накопителями Serial ATA, что позволяет конструировать вполне доступные системы даже в масштабе малых предприятий. В то же время поддержка 2-портовых Serial Attached SCSI приводов позволяет обеспечить производительность уровня, который и не снился нынешним системам на SCSI-приводах.

Для тех, кто готов самостоятельно окунуться в изучение особенностей Serial Attached SCSI, мы приводим в заключение список сайтов, где расположены учебные и стандартообразующие документы.

ресурсы сайта компании Adaptec
ресурсы сайта компании Maxtor
ресурсы сайта компании Seagate

T10 :

Serial Attached SCSI –
SCSI Architecture Model – 3 (SAM-3)
SCSI Primary Commands – 3 (SPC-3)
SCSI Block Commands – 2 (SBC-2)
SCSI Stream Commands – 2 (SSC-2)
SCSI Enclosure Services – 2 (SES-2)

Спецификации разъемов SAS :

SFF 8482 (internal backplane/drive)
SFF 8470 (external 4-wide)
SFF 8223, 8224, 8225 (2.5", 3.5", 5.25" form factors)
SFF 8484 (internal 4-wide)

Спецификации Serial ATA :

Serial ATA II: Extensions to Serial ATA 1.0
Serial ATA II: Port Multiplier
Serial ATA II: Port Selector
Serial ATA II: Cables and Connectors Volume 1

Дополнительные ресурсы:

International Committee for Information Technology Standards
T11 (стандарты Fibre Channel)
SCSI Trade Association
SNIA (Storage Networking Industry Association)