Статьи
Октябрь 24, 2006

СЕМЬ ПРИЧИН, ПО КОТОРЫМ SAS СТАНЕТ НОВЫМ СТАНДАРТОМ ДЛЯ ХРАНИЛИЩ ЭНТЕРПРАЙЗ КЛАССА


  

Введение

Наиболее распространенная на сегодняшний день технология хранения информации находится на перепутье. На протяжении последних 20 лет параллельный интерфейс SCSI оставался доминирующим для связи с жестким диском в серверах и хранилищах данных, фактически стандартом. Однако сама концепция параллельной шины стала препятствием для дальнейшего развития и должна быть пересмотрена для того, чтобы стать вровень с требованиями будущих применений с точки зрения сохранения сигнала, характеристик и надежности канала и даже такого основополагающего параметра, как длина кабеля связи.

Последовательный интерфейс SCSI (Serial Attached SCSI – SAS) постепенно приобретает черты стандарта, идущего на смену параллельному SCSI в серверах и хранилищах данных. SAS использует последовательную технологию для того, чтобы еще больше усилить проверенную функциональность SCSI и вывести на новый уровень характеристики канала связи за счет одновременной поддержки как SAS дисков энтерпрайз класса, так и относительно недорогих SATA накопителей. Имея возможность строить дисковую подсистему с использованием как накопителей одного из упомянутых типов, так и из их комбинации, IT менеджер может объединять высококачественные накопители с недорогими в одной подсистеме, достигая за счет этого высокой эффективности вложений и возможности дальнейшего расширения системы.

Особенности SAS

1. Архитектура “от точки к точке”

SAS использует архитектуру “от точки к точке”, так что каждый диск подсоединяется прямо к SCSI порту, а не делит с другими накопителями общую шину. Ввиду отсутствия общей шины арбитраж в SAS окружении сводится к процессам прямого переключения выбранного канала. Как результат, задержка в канале оказывается минимальной, а накладные расходы уменьшаются по сравнению с параллельной SCSI шиной. SAS канал обладает значительно большей пропускной способностью и лучшими характеристиками, его коммутационные особенности улучшают надежность передачи данных и дают возможность надежнее определять и устранять неисправности и отказы.

2. Совместимость

SAS сохраняет ядро параллельного SCSI, интегрируя существующие SCSI команды, которые взаимодействуют с большим набором программ для управления массивами данных в различных применениях энтерпрайз класса. Эта совместимость сохраняет текущие вложения пользователей в программное обеспечение SCSI, в связующее ПО и в драйверы, что дает возможность IT профессионалам пользоваться своими знаниями и навыками при переходе к инновационным и эффективным SAS технологиям.

 

3. Высокие характеристики и эффективность

В настоящее время SAS позволяет передавать данные со скоростью до 3-х гигабит в секунду (3Gb/sec), с перспективой увеличения скорости до 6Gb/sec на следующем этапе разработок. Дуплексный режим работы позволяет удвоить эффективную полосу пропускания за счет одновременной передачи сигнала в двух направлениях. Работа в дуплексном режиме устраняет главную причину задержек и позволяет объединять серверные порты в “широкие” каналы, так что данные могут передаваться с большей скоростью. Улучшенный арбитраж сигналов означает также, что все устройства имеют равный доступ к хосту с большей эффективностью.

4. Возможности коммутации и наращивания

С использованием SAS расширителей один SAS домен может содержать до 16384 устройств без какой-либо деградации характеристик. Коммутационные возможности SAS расширителей значительно превышают возможности существовавших ранее устройств. В частности, для расширения полосы пропускания несколько SAS портов могут быть объединены в широкий порт. Например, хост может быть соединен через адаптер шины с дисковым массивом 4-х канальной широкой связью, а дисковый массив может быть связан с JBOD расширителями 2-х канальными линиями.

Применение SAS расширителей для коммутации и наращивания дисковых массивов

Рис.1. Применение SAS расширителей для коммутации и наращивания дисковых массивов

5. Взаимозаменяемость

SATA диски полностью совместимы с SAS кабелями, разъемами, объединительными платами, расширителями и адаптерами шины, что дает возможность полностью сохранить существующие вложения. Взаимозаменяемость SAS и SATA накопителей значительно снижает стоимость и сложность центров хранения и обработки данных за счет уменьшения количества компонентов, которые необходимо подбирать, приобретать и обслуживать.

6. Более простые и длинные кабели, компактные разъемы

SAS кабели и разъемы значительно меньше по размеру, чем аналогичные им, используемые для параллельно SCSI интерфейса. Более тонкие кабели упрощают их разводку, экономят место, улучшают условия охлаждения и облегчают обслуживание. Уменьшенные SAS разъемы легко стыковать с малогабаритными устройствами.
Длина кабеля восемь метров вполне достаточна для подключения как DAS, так и дискового массива, расположенного вблизи сервера. Как в иерархической, так и в связанной системе каждые два устройства соединены между собой выделенной линией, которая может наращиваться с помощью SAS расширителей. В каждом SAS домене, таким образом, могут применяться тысячи метров кабеля.

7. Большая надежность и доступность данных

Применение SAS технологии с архитектурой от точки к точке исключает перекрестные помехи и искажения сигналов. Использование дуальных каналов гарантирует, что в случае, если один из контролеров SAS хоста отказывает, другой порт может поддерживать непрерывный обмен через свой контроллер. В результате SAS интерфейс более надежен, надежнее обеспечивает непрерывность сигнала и, следовательно, более высокий уровень доступности данных. Возможность горячей замены еще больше улучшает этот параметр, так как можно заменять диски без остановки функционирования системы.

Сравнение последовательной и параллельной технологий

В традиционных ATA и SCSI интерфейсах данные передаются в виде параллельных сигналов, а если на шине установлено несколько накопителей, то они делят ее между собой. В последовательных интерфейсах, в том числе SAS и SATA, реализуется физическое соединение от точки к точке, без использования общей шины. Скорость передачи данных по параллельным шинам ATA и SCSI удваивалась много раз на протяжении последних лет, однако дальнейшего роста не ожидается. Кроме того, следует помнить, что поскольку SCSI устройства делят между собой общую шину, то наращивание их количества быстро исчерпывает возможности полосы пропускания канала. Использование последовательных каналов и архитектуры от точки к точке исключает возникновение “бутылочных горлышек” в системе, делая, таким образом, скорость передачи данных по каналу менее важным параметром.

Таблица 1. Сравнение SCSI, SAS, SATA и Fibre Channel (FC)

Параметр

SCSI

SAS

SATA

FC

Топология

Параллельная шина

От точки к точке

От точки к точке

От точки к точке Петля с арбитражем Переключение

Полный дуплекс с объединением связей и широкие порты

Полудуплекс

Полный дуплекс

Характеристики

3,2 Gb/sec

3 Gb/sec
6 Gb/sec (ожидается)

1,5 Gb/sec
3 Gb/sec

2 Gb/sec
4 Gb/sec

Диски

10000-15000 об/мин
MTBF 1,2 миллиона часов

10000-15000 об/мин
MTBF 1,2 миллиона часов

72000-10000 об/мин
MTBF 500000 часов

10000-15000 об/мин
MTBF 1,2 миллиона часов

Коммутация

От 1 до 12 метров (LVD)

> 8 метров внешний кабель

1 метр внутренний кабель

10 km с внешним оптоволоконным кабелем

14 устройств

128 устройств на 1 расширитель; физический максимум 16 k с расширителями (мультиплексоры)

1 устройство Мультиплексоры

127 устройств Петля или коммутатор петли

Только SCSI

SAS и SATA

Только SATA

Только FC

Доступность данных

Один порт

Дуальный порт

Один порт

Дуальный порт

Общая шина со многими источниками

От точки к точке со многими источниками

Один хост от точки к точке

Общая среда со многими источниками или от точки к точке

Драйвер и модель

 

ПО, прозрачное для SCSI

ПО, прозрачное для параллельного ATA

ПО, прозрачное для параллельного SCSI

И что особенно важно, в интерфейсы SAS и SATA заложены возможности дальнейшего развития в преддверии появления дисков нового поколения, так как ширина полосы от точки до точки значительно превосходит возможности существующей аппаратуры и дисков. Кроме того, более короткие кабели и более широкие каналы связи делают физическую реализацию системы легче и менее подверженной отказам.

Устройства, поддерживающие SAS.

Внутренние соединения, адаптеры шины и дисковые накопители.

SAS соединения согласовываются с SAS и SATA дисками. Дисковый массив с быстрым доступом легко организовать, используя SAS HBA/RAID карты и дисковые накопители, размещенные в корпусе сервера, обеспечив, таким образом, базовый уровень защиты для оперативного хранилища данных. Для большей надежности шины и прочие соединительные элементы обычно размещают внутри корпуса сервера, так что емкость хранилища можно легко увеличить, используя дополнительные RAID корпуса или расширители интерфейса (JBOD), которые поставляются вместе с прочими соединительными элементами.

Расширители/коммутаторы

В то время как параллельный интерфейс SCSI может использоваться только в DAS, который впоследствии может стать изолированным хранилищем-островом, для SAS можно использовать сетчатую структуру. В пределах этой сетчатой топологии многие SAS источники могут быть связанными и иметь возможность конкурентного доступа ко многим SAS накопителям. Ресурсы хранилища, таким образом, оказываются доступными через сеть SAS перекрестных соединений, и количество связанных устройств значительно превосходит масштаб любых реализаций SCSI.

Внешние хранилища

SAS может быть легко реализован как на стороне хоста, так и на стороне накопителей во внешнем дисковом массиве. Внешние дисковые массивы в настоящее время поддерживают SCSI, SATA и FC диски. Добавив SAS интерфейс, администратор хранилища может размещать менее важные и редко требующиеся данные на SATA накопителях и использовать высоконадежные SAS диски для хранения особо важной информации. SATA и SAS накопители могут сосуществовать в одном массиве или впоследствии заменены, в зависимости от требуемого применения. SAS накопители созданы для применений, требующих высоких характеристик и повышенной надежности, в то время как SATA диски – для экономичных решений с большой плотностью упаковки. В комбинации с SAS коммутаторами и мультиплексорами SAS решения могут быть легко наращиваемыми и расширяемыми.

Infortrend – лидер SAS технологий

Являясь ведущим производителем и экспертом в области RAID хранилищ данных, Infortrend стал первой компанией, которая поставляет высококачественные SAS RAID продукты с SAS или FC интерфейсом хоста. RAID системы, предлагаемые Infortrend, имеют расширенный набор функций, содержат встроенные средства для мониторинга и раздельные SAS домены.

Для решений энтерпрайз класса, использующих переключаемые волоконно-оптические каналы связи, информационная емкость FC-to-SAS RAID массивов Infortrend может быть увеличена за счет добавления одного или более SAS JBOD расширителей. В зависимости от ограничений по стоимости, в эти массивы могут устанавливаться либо SAS, либо SATA диски. С применением технологий роуминга, клонирования, а также копирования с перемещением, перенос массивных томов становится легко разрешимой задачей и не требует использования для этих целей ресурсов сервера.

Параллельный интерфейс SCSI допускает подсоединение более чем одного дискового массива. Так как в SAS принципиально возможно только соединение точки с точкой, то один SAS порт-источник может быть связан только с одним SAS приемником, то-есть с каким-либо устройством хранения. Подсоединение дополнительных устройств в SAS окружении достигается с помощью мультиплексоров и расширителей.

В SAS системах EonStor компании Infortrend используются различные методы, с помощью которых можно эффективно использовать избыточность, присущую многоканальной технологии, и те преимущества коммутации каналов, которые дает SAS. Метод подключения напоминает тот, что применяется в Fibre Channel RAID системах (встроенный хаб). Эффективно используя характеристики SAS расширителей и программы мониторинга в конфигурации с двумя контроллерами,
SAS-to-SAS массивы Infortrend обладают всеми функциями, необходимыми для высококачественных хранилищ данных. Выходные расширители в контроллерах соединены с дуальными портами дисковых накопителей с помощью избыточных связей на объединительной плате (backplane). Дисковые накопители как бы нанизаны на эти связи, образуя два раздельных SAS домена. Данные со стороны хоста передаются через 4-х кратно резервированные порты ввода/вывода, так что поток данных не прервется даже в том случае, когда какой-либо из кабелей, контроллеров или расширителей откажет.

С помощью каскадного подключения к серверу цепочки SAS массивов могут без дополнительного оборудования легко образовывать дополнительные информационные емкости. Со стороны накопителей несколько SAS JBOD могут быть подсоединены к первичной RAID системе, которая имеет порт с SAS расширителем. Информационная емкость легко наращивается с помощью одного или двух многоканальных кабелей.

Каскадное соединение SAS RAID массивов

Рис. 2. Каскадное соединение SAS RAID массивов

Существуют некоторые требования, которые необходимо удовлетворить для реализации аппаратной избыточности. Так как SAS обеспечивает уникальный адрес для каждого устройства и в нем нет механизма идентификации по ID номеру, как в Fiber Channel окружении, то нарушение работы канала не определяется со стороны устройства хранения. Однако аппаратная избыточность может быть достигнута с помощью избыточных SAS контроллеров и многоканального ПО, установленного и работающего на стороне хоста. Избыточная конфигурация показана ниже, на рис. 3.

Обеспечение аппаратной избыточности с помощью резервированных SAS контроллеров и многоканального ПО

Рис. 3. Обеспечение аппаратной избыточности с помощью резервированных SAS контроллеров и многоканального ПО

Существует два пути для данных от каждого хоста к контроллерам с дуальными портами в подсистеме Infortrend . Если один из этих каналов отказывает, например, верхний контроллер, то том данных, обслуживаемый этим контроллером, будет подхвачен оставшимся контроллером. Драйвер EonPath перенаправит все запросы ввода/вывода, относящиеся к отказавшему контроллеру, по резервным каналам, поскольку отказ аппаратуры будет зафиксирован хостом.

Функция многоканального доступа со стороны хоста может быть реализована поставщиками устройств хранения, третьими производителями ПО или быть изначально встроена в операционную систему хоста. Infortrend в настоящее время поставляет многоканальные драйверы для платформ Microsoft Windows, Solaris и Linux. Для получения дополнительной информации по многоканальной технологии вы можете обратиться к соответствующим страницам сайта компании Infortrend.

Выводы

Устанавливая по существу новый стандарт характеристик, SAS готов заменить параллельный интерфейс SCSI как основной интерфейс в центрах обработки и хранения данных как в системах Энтерпрайз класса, так и в экономичных применениях. В SAS подсистемах хранения данных объединяются мощные и гибкие возможности расширения и объединения, позволяющие максимально удовлетворить требования пользователей и обеспечить возможность для будущего роста. Администраторы хранилищ легко могут устанавливать новые устройства в системах с прямым доступом или строить небольшие SAS сети хранилищ без дорогого дополнительного коммутирующего оборудования.

 

2006 Infortrend Corporation



все статьи

 
     Производство Данио-Пресс. © 2018 ИНФОСТОР. Все права защищены.