服务器中的SAS硬盘简介

服务器中的SAS硬盘简介

摘要：在Intel阵营的服务器产品中，“采用双核处理器，FBD内存(Fully Buffer DIMM，全缓冲内存)，和SAS（串行SCSI）硬盘组合”形成的系统在性能上不仅比目前“双路XEON＋DDRII＋SCSI的组合”更为突出，而且由于搭配了SAS硬盘，使得其存储系统也有所改变。
标签：服务器硬盘  SAS
限时报名参加“甲骨文全球大会·2010·北京”及“JavaOne和甲骨文开发者大会2010”

SAS与SATA：
    串行技术 - 包括SAS（串行连接SCSI）和SATA（串行ATA）- 比旧款的Intel Xeon服务器有了更好的RAS性能。当存储环境需要简化配置或优化成本/容量时，专为桌面应用而设计的SATA成为理想选择，而SAS则能为带宽要求更高的主流服务器和企业级存储提供所需的高性能、高扩展性和可靠性。SAS满足了诸如网上购物和银行交易等事务性数据应用环境中对高频率和即时、随机数据存取的需求。
    SAS将SCSI的可靠性和强大功能与串行技术的性能与优秀设计相结合，为我们带来以下关键特征和功能：
    性能 - 第一代产品性能达到3Gbps，宽端口合成带宽，全双工传输，端口集合，高级命令队列组合，丰富的SCSI命令功能组
    可扩展性 - 对物理设备的寻址范围宽，长电缆、小接头，可接入外部存储系统
    可靠性和可用性 - 点对点连接，通过扩展器实现多服务器（initiators）并发访问，支持双主动式端口和针对目标设备的冗余路径
    灵活性 - 与SAS和SATA硬盘在物理和软件上均兼容，并向下兼容SCSI软件和中间件
    设计尺寸：
    我们知道，此前主流的桌面磁盘和服务器磁盘都是采用3.5英寸设计，而SAS硬盘除了具有传统的3.5英寸规格之外，还采用了2.5英寸的缩小版，这样可以在机架式服务器有限的空间内安装更多的磁盘以扩充存储系统的容量，也能够为其他配件腾出更大的空间，以便通风散热，在2U高度内使用 8个 2.5英寸的SAS硬盘位已经成为大多数OEM服务器厂商的选择。
    性能：
第一代SAS的数据吞吐能力达到3Gbps，为了紧跟不断增长的微处理器速度和越来越高级的应用需求，其后续几代速度将逐级加大直至12Gbps。另外，SAS采用多路点对点连接，支持容错性设计。
SAS的全双工、点对点设计实现了多服务器（initiators）与高性能SAS目标设备之间的同步主动连接。设备在同一时间内能够以双方向传输数据，有效地使链接的可利用带宽得到双倍加强。窄端口允许单路串行链接，而宽端口则支持多路链接，获得面向8路SAS或SATA目标的合计带宽，将总带宽提高到24Gbps（见图1）。 





    通过多个PHY的结合创建宽端口，支持大型SAS拓扑中对带宽的显著需求。
和SCSI一样，SAS的高级命令队列包含256个不同的队列组合方式，可提供独特的智能数据处理功能，如head-of-queue和out-of-order队列。这些队列功能在企业应用中起着关键作用，允许一个系统在接口内对命令进行重新组织和优化。
由于使用更先进的线缆，SAS更可用于构建大型高性能拓扑。SAS摒弃了用于信号传输的68针宽型带状线缆和供电电缆，代之以一根长达8米的瘦型4线SAS线缆。这种紧凑式设计加强了机箱中的空气流通，并简化了设备的热插拔连接。
灵活性：
SAS的关键优势之一在于其背板设计和协议接口，允许在同一系统中同时使用SAS和SATA硬盘。虽然这两种硬盘通常被用于不同应用，但许多企业用户可能需要兼而用之。这种混合匹配不同类型硬盘的能力将使系统集成商和最终用户都大受裨益。
SATA硬盘专为成本有效性存储而设计。为达到经济实用的目的，SATA硬盘采用较低的转速（通常为7200rpm）和平均无故障工作时间（即MTBF－Mean Time Between Failure），因而成本也比较低。因此，此类硬盘倾向于在事务性处理少、数据可用性非关键指标的应用中被采用。
另一方面，SAS硬盘则是专为高性能、高可靠性应用而设计的。SAS硬盘工作于更高的转速（10,000到15,000 rpm），配备旋转震动补偿以保证数据准确度，因此具有更高的可靠性。SAS硬盘将被使用于数据量大，数据可用性极为关键的应用中。
由于SATA连接器信号是SAS信号的一个子集，SATA硬盘与SAS控制器是全兼容的 - 包含在SAS中的SATA隧道协议（STP）可将SATA命令传递到SATA硬盘。而且，由于SAS连接器设计采用单一统一背板，在一个系统使用两种类型的硬盘就变得极为简单。这种兼容能力减少了存储设计的成本和复杂性，使设计选项变得更加多样化。
SAS-SATA兼容能力还允许系统集成商使用通用连接器和电缆来设计混合存储系统。在同一系统中安装或升级SATA或SAS硬盘简单到仅需将一种类型的硬盘换成另一种 - SAS背板连接器可同时接纳SAS和SATA硬盘。由于SATA背板连接器只能连接SATA硬盘，因此，带SAS连接器的背板将具备更好的设计灵活性。
SAS向下兼容前代SCSI软件和中间件的能力同样使其可轻松地将原有部件、主机和硬盘融合到新的SAS拓扑中，无需启动新的培训，花费集成成本，或对原有软件进行修正。
扩展性：
并行总线的扩展能力由于其共享连接通道而受到限制，即使通过多台服务器（initiators）增加总线数量也无助于扩展这种受限制的能力。SAS则利用扩展器硬件担当其交换设备简化大型外部存储系统的配置。这种扩展器硬件帮助实现了灵活的存储拓扑，最大可混接16,256块SAS/SATA硬盘。SAS扩展器硬件的功能就像一台用来简化大型系统配置的交换机。该系统通过最小化潜伏时间得到扩展，而将带宽留给增大的工作负载。
例如，一个扇出型SAS扩展器能够连接多达128块设备，包括以窄链或宽链形式连接的服务器（initiators）、SAS/SATA硬盘和其它SAS边缘扩展器。这些额外的边缘扩展器同样也能连接其它主机和硬盘，提供额外的连接节点。包含于SAS的SCSI管理协议(SMP)被用于管理拓扑中的这些点对点连接（见图2）。



图2：带扩展器的SAS拓扑

可靠性：
多主机（initiators）模式长久以来一直被企业计算环境所采纳，即为多台主机或主机总线适配器（HBA）-- 或两者兼而有之 -- 提供硬盘访问，保证在一台设备出现故障时能继续访问数据。但是，在并行技术配置下使用多主机无法消除可阻断硬盘访问的单点故障问题。而使用SAS则可利用双端口化的硬盘来构建高可用系统，消除任何单点故障。
另外一种利用SAS提高系统容错能力的途径是使用扩展器将多个硬盘连接到多台主机服务器，以此维持对众多硬盘的并发操作。命令向下传达到一条链路，而数据通过另一个连接上的链路返回，进一步加大了系统的容错性。
利用SAS扩展器的功能，结合双端口SAS硬盘和带双端口适配器的SATA硬盘，用户很容易设计具有最大容错能力的冗余系统。2.5英寸双端口SAS硬盘连同标准的3.5英寸硬盘一起可实现全容错的系统设计，在计算密度越来越高的应用中从容应对全新技术挑战。这种可扩展和可靠的连接结构可用于组建支持多节点集群的企业级拓扑，实现在关键任务应用中极其重要的自动故障切换和负载均衡。
主流的SAS硬盘产品
·迈拓（已经被希捷收购）
Maxtor是第一个正式出货SAS硬盘的美国制造商，Maxtor的首款串行连接SCSI（Serial Attached SCSI，SAS）硬盘已经进入OEM渠道，其中两款型号分别为Atlas 10K V，Atlas 15K II的3.5英寸硬盘已经开始销售，分别搭配8MB和16MB的缓存，支持标准1.5Gb/s SATA界面以及3.0Gb/s SAS界面，产品定位针对于专业存储以及企业级用户。
Atlas 15K II的设计能力达到140万小时平均故障间隔时间(MTTF)的可靠等级，转速为15,000 RPM;此外它提供每秒98 MB的最大持续数据传输率，以及3.0毫秒的平均搜寻时间。同时包括一个16 MB ECC保护的缓存，产品售价在2300元左右。


迈拓Atlas 10K V


迈拓Atlas 15K II
·希捷
希捷硬盘在服务器市场一向拥有较大的影响力和很高的市场占有率，该品牌的SAS硬盘主要是Cheetah 15k.4和Savvio 10K.1。
作为定位于追求性能和性价比的企业用户储存产品，Cheetah 15k.4在采用了SAS接口以后，IOPS(I/O per second，每秒I/O数)有了新的提高，而且储存可靠性也有不少改进。具有更高的性价比，可以算的上是一款非常适合企业级用户使用的3.5英寸硬盘储存器，这款产品的容量为37GB(最大容量为147GB)，具体型号为ST336754SS。产品提供高达15000RPM的转速，内建8MB数据缓存，平均搜寻时间为3.5毫秒，无论是在性能和可靠性上，这款产品都是希捷有史以来速度最快、发热量最低、噪声最小以及最可靠的企业级硬盘。产品售价大约是2800元。



Cheetah 15k.4
Savvio 10K.1作为希捷公司的第一款2.5英寸企业级硬盘，能为用户提供传输速率更快、储存密度更高的硬盘产品。再搭配上希捷公司提供的点到点SCSI接口、full-duplex体系结构、紧凑型连接器，使得用户采用Savvio 10K.1硬盘作为存储设备，总体成本更低，并能为用户节省宝贵的服务器内的空间。
·日立



Ultrastar 15K147
Ultrastar 15K147系列的产品平均搜寻时间为3.3毫秒，平均潜伏周期2毫秒，马达转速15，000rpm，内置16MB容量的缓存，它最大支持多达16， 384个连接;此系列分别提供36GB，73GB，147GB三种不同容量版本，分别使用了2、3、5片玻璃盘片，每种容量都有Ultra320SCSI和2Gb/s FCAL(FibreChannel-ArbitratedLoop，光纤通道仲裁环路)两种接口的型号，这是日立唯一一款应用了磁头载入/载出技术的企业级硬盘，这种技术可以把硬盘综合损坏因素降至最低。它主要被用于关键任务计算环境，比如在线业务处理、高强度数据库查询以及其他多用户应用等方面都非常实用，产品大概2600元。