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对于SAS和SATA技术来说,它们都面临着一个相同的问题。由于采用并行总行接口,传输数据和信号的总线是复用的,因此传输速率会受到一定的限制。如果要提高传输的速率,那么传输的数据和信号往往会产生干扰,从而导致错误。
SAS 和SATA的诞生
在这种情况下,串行(Serial)总行接口技术就应运而生。串行总线接口技术并不是并行技术的改进,而是一种完全崭新的总线架构。同ATA和SCSI相对应的是SATA(Serial ATA)和SAS(Serial Attached SCSI)两种技术,它们克服了原先并行总线接口技术中的不足。
串行总线接口以它串行的数据发送方式得名。在数据传输的过程中,数据线和信号线独立使用,并且传输的时钟频率保持独立,因此同以往的并行总线接口技术相比,串行总线的传输速率是并行的30倍。
SATA的出现扩展了原先的ATA技术,并且业界指定第一代SATA标准的峰值传输速率可达1.5G bps。随着SATA标准的不断完善,传输的速率会不断提高。业界估计,到2004年底,SATA硬盘基本上会取代原先的ATA硬盘,成为桌面PC,入门级服务器和网络存储系统底主要存储介质。
SAS技术可能读者不太熟悉,它是并行SCSI的改进技术,采用了串行的传输方式。SAS并不针对当今的主流市场,而是定位于高端的服务器市场。在系统中,每一个端口可以最多可以连接16256个外部设备,并且SAS采取直接的点到点的串行传输方式,传输的速率高达3Gbps。SAS的接口也做了较大的改进,它同时提供了3.5英寸和2.5英寸的接口,因此能够适合不同服务器环境的需求。
更重要的一点是,SAS接口和SATA接口完全兼容。这一特性给了整个系统更多的选择空间和适用范围,用户可以根据不同的需求和承受能力,选择SAS和SATA进行组合。
多层次兼容
·物理层
SAS连接接口和SATA接口完全兼容,SATA硬盘可以直接使用在SAS的环境中。从接口标准上而言,SATA是SAS的一个子标准,因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盘。但是SAS却不能直接使用在SATA的环境中,因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制。
在SAS和SATA这样的关系下,业界已经着手研究一种基于SAS的通用接口,在这种接口下,SAS和SATA可以完全兼容。
·协议层
SAS 由3种类型协议组成,根据连接的不同设备使用相应的协议进行数据传输。其中串行SCSI协议(SSP)用于传输SCSI命令;SCSI管理协议(SMP)用于对连接设备的维护和管理;SATA通道协议(STP)用于SAS和SATA之间数据的传输。因此在这3种协议的配合下,SAS可以和SATA和部分 SCSI设备无缝结合。
兼容的优势
SAS 和SATA之间兼容性给普通用户,系统构建者和系统管理员带来诸多的好处。
对于系统构建者,在以往ATA和SCSI存储设备的选择上会考虑再三,因为不同的选择结果,会导致整个系统不同的架构。随着SATA和SAS的出现,系统构建者就完全没有这个问题。两者的兼容特性,SATA可以方便升级到SAS。这大大节省了以往ATA升级到SCSI的费用。
对于系统管理员,SAS和SATA的兼容性降低了原先的工作量。以往在安装硬盘时,ATA和SCSI的不同接口标准,需要对每块ATA和SCSI做相应的配置;而且一旦硬盘从系统中移除,管理员也要作出相应的调整。而SAS和SATA由于接口统一并且兼容,管理员并不要对每块硬盘做相应的配置。
获益最大的也许是我们普通用户,SAS和SATA的兼容节省了硬盘升级的费用,并且给了用户更多的选择余地。即使今后进行升级,只需购买SAS硬盘即可,整个系统无需改变。
随着数据中心对于存储的要求与日俱增以及萨班斯-奥克斯利法案 (Sarbanes Oxley) 与 HIPAA 等法规的相继出台,我们必须能够稳定可靠地定期备份与存取大量关键业务信息。IT 经理为寻求能以更低成本提供更高容量,同时又不牺牲可靠性或数据可用性的存储解决方案而寝食难安。
为了满足上述要求,近线企业磁盘阵列系统应运而生,其在阵列前端上保持了光纤通道 (FC) 基础局端以适应现有SAN,同时采用串行连接 SCSI (SAS) 与串行 ATA (SATA) 驱动的混合设计而摈弃了更昂贵的 FC 驱动器。这种混合技术系统不仅能够降低成本,同时还确保了 FC 存储系统实现的可用性、可管理性、数据完整性与功能性不受影响。基于 SATA 的存储解决方案能够理想地满足 “辅助存储”的特定工作负荷、容量以及成本要求,而基于 SAS 的存储解决方案则能提供与当前FC存储解决方案不相上下的高性能与高可靠性。
SAS 的优势
SAS 与并行 SCSI 及 FC 相比具有诸多优势。SAS 能够满足事务处理应用对于高频率、即时随机数据存取的要求,而这以前通常是由 FC 来实现的。SAS 还将并行 SCSI 业经验证的可靠性及功能性与串行技术的性能及设计优势融为一体,实现了高性能、高灵活性、可扩展性、可靠性以及可用性。另外,SAS 最大的优势或许在于其背板设计和协议接口允许在同一系统中采用 SAS 与SATA 两种驱动器。能够混合和匹配相关应用所需要的不同驱动器类型无论对集成商还是用户来说都是一种优势。
SAS 与 SATA 的兼容能力还允许系统集成商使用通用连接器及线缆来设计混合存储系统。SAS 向下兼容前代 SCSI 软件及中间件的能力同样使其可轻松将原有组件、主机以及驱动器融合到新的 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。
SAS 还为物理设备提供了大地址范围、采用小连接器的长距离电缆以及与外部存储系统的连接性。SAS 扩展器硬件的功能就像一台用来简化大型外部存储系统的交换机。该系统能够以最小时延轻松得到扩展,而将带宽留给增大的工作负载。扩展器能够实现了高度灵活的存储拓扑,最多可混接 16256 个 SAS/SATA 驱动器。
对双端口磁盘驱动器的需求
SAS 支持众多配置,从而可为多主机和/或主机总线适配器提供磁盘驱动器存取,并在系统故障情况下可确保持续磁盘存取。借助 SAS,双端口器件可用于创建不存在单点故障的高可用性系统。由于可以利用扩展器将多个器件连接到多主机 (initiator),因此利用 SAS 还可以提高容错能力。SAS 扩展器通过与双端口驱动器结合使用或采用插转卡增加 SATA 驱动器的双端口功能,不仅可以简化冗余系统的设计,而且还可实现极高的容错能力与高可用性。
SAS 背板连接器具有SAS 端口 1与 SAS 端口 2两个信号群以及电源路径。SATA 背板连接器看起来与 SAS 连接器大同小异,但是其仅提供一个信号端口并且具有一个与 SATA 磁盘驱动器连接器的槽口相匹配的电键。SAS 背板连接器抛弃了此电键,转而采用针对第二个 SAS端口的信号(见下图)。由于不存在上述电键,SAS 背板连接器可以同时接纳 SAS 和 SATA 磁盘驱动器,而SATA背板连接器仅接纳 SATA 磁盘驱动器。
由于 SATA 驱动器仅提供一个端口,因此需要一个插转卡,以支持 SATA 驱动器的双端口功能。
插转卡可通过双主动多路复用器芯片来实现。该芯片支持驱动器侧与单端口 SATA 驱动器相连的 SATA 连接器以及插入 SAS 背板或中间背板的 SAS 连接器,从而为扩展器提供 2 个 SAS/STP 兼容的端口。这样,插转卡可提供 2 个从上游 SAS 扩展器接入每个单端口SATA HDD 的独立物理端口,从而通过两条独立路径实现了高可用性环境所要求的冗余性。
利用双主动多路复用器,两台主机均可通过各自的 SATA 接口独立访问单个 SATA 存储设备 。此时,LSI 双主动多路复用器可以使单端口 SATA 驱动器模拟双端口 SAS 功能。LSI 双主动多路复用器提供无缝双主机支持,几乎无任何开关延迟,同时还可透明地支持本机命令排序 (NCQ) 等增强型 SATA 驱动器功能。上述双端口 SAS 仿真可以从故障切换、集群和高可用性方面简化存储管理软件。
基于 SAS 的存储系统将并行 SCSI 业经验证的可靠性及功能性与串行存储技术的性能及设计优势融为一体,实现了高性能、灵活性、可扩展性、可靠性与可用性。由于 SAS 系统具有 SATA 串行传输接口,因此 SAS 可在同一阵列中提供混合 SAS 与 SATA 驱动器的灵活性,从而能够满足新一代企业存储需求。利用基于双主动多路复用器技术的插转卡为 SATA 驱动器提供双端口功能可以在低成本的近线存储应用中为基于 SAS 的系统提供一种成本更低、容量更高的选择。因此,众多基于 SAS 的新存储阵列设计将采用双主动复用器,作为企业 SATA 驱动器连接的首选架构。

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