Подключение sata диска к sas контроллеру. Среднее время задержки. Сравнение SAS и SATA

03.04.2019

Второй интерфейс внешней памяти – SCSI (Small Computer System Interface – системный интерфейс малых компьютеров) был разработан и принят ANSI в 1986 г. (он получил позднее название SCSI-1). Скорость передачи данных при использовании этого 8-разрядного параллельного интерфейса составляла (при тактовой частоте шины 5 МГц) 4 Мбайта/с в асинхронном режиме и 5 Мбайт/с в синхронном режиме. В отличие от интерфейса IDE/ATA, к интерфейсу SCSI можно подключать не только внутренние, но и внешние устройства: принтеры, сканеры и т.д. Максимальное количество подключаемых к шине SCSI устройств было равно 8, а максимальная длина кабеля – 6 м.

Разработкой стандартов и поддержкой интерфейса SCSI занимается комитет T10 INCITS, т.е. той же организации, которая разрабатывает стандарты IDE (ATA). В 1996 г. для продвижения стандарта SCSI была создана Торговая ассоциация SCSI – STA (SCSI Trade Association). В эту ассоциацию входят около тридцати фирм-производителей компьютерной техники.

В следующих стандартах SCSI – SCSI-2 (1994 г.) и SCSI-3 (1995 г.) введен общий набор команд CCS (Common Command Set) – 18 базовых команд, необходимых для поддержки любого устройства SCSI, добавлена возможность хранения в устройстве очередей команд, полученных с компьютера и их обработка в соответствии с заданными приоритетами. Кроме этого, в этих стандартах, наряду с 8-разрядной, определена и 16-разрядная шина, тактовая частота увеличена до 20 МГц и скорость передачи данных – до 20 Мбайт/с.

Развитием стандарта SCSI-3 являются используемые в настоящее время стандарты Ultra3 SCSI (1999 г.), для которого определена частота шины 40 МГц и скорость передачи 160 Мбайт/с и Ultra320 SCSI (2002 г.) – частота шины 80 МГц и скорость передачи 320 Мбайт/с.

Обмен данными по этим стандартам реализуется с помощью метода LDVS (так же, как в шине PCI Express). Максимальное количество подключаемых устройств для Ultra3 SCSI и Ultra320 SCSI равно 16, а максимальная длина кабеля – 12 м.

Разработан также стандарт Ultra640 SCSI (2003 г.) с частотой шины 160 МГц и со скоростью 640 Мбайт/с, но этот стандарт не получил широкого распространения, в связи с тем, что из-за малой длины кабеля к нему нельзя подключить более двух устройств.

Связь между устройством SCSI и шиной ввода/вывода выполняется с помощью специального адаптера (контроллера) SCSI, вставляемого в разъем PCI, или встроенного в материнскую плату. Кроме адаптера SCSI (рис. 1.3.8а), называемого хост-адаптером (host adapter) каждое устройство имеет свой встроенный адаптер, который позволяет ему взаимодействовать с шиной SCSI. Если устройство – последнее в цепочке устройств шины SCSI, после него подключается специальное устройство – терминатор (terminator) для того чтобы исключить отражение сигналов, передающихся по шине (рис. 1.3.8б).

В Ultra3 SCSI и Ultra320 SCSI используются два типа разъемов: 68-контактный (рис. 1.3.8в) и 80-контактный (рис. 1.3.8г). Второй тип разъема, помимо линий передачи данных и команд, содержит также линии электропитания устройств и обеспечивает возможность «горячего» подключения устройства к компьютеру.

Рис. 1.3.8. Устройства SCSI: а) адаптер SCSI: 1 – разъемы для подключения внешних устройств; 2 – разъем для подключения внутреннего устройства; 3 – контроллер SCSI;

б) шина SCSI: 1 – разъем для подключения адаптера; 2 – разъемы для подключения устройств; 3 – терминатор; в) 68-контактный разъем SCSI; г) 80-контактный разъем SCSI

Данные при использовании SCSI передаются параллельно, так же, как и в IDE (ATA). По тем же причинам, что и в IDE (ATA), была начата разработка последовательно подключаемого SCSI – SAS (Serial Attached SCSI). Интерфейс SAS является совместимым с интерфейсом SATA и в тоже время использует команды SCSI, возможность «горячего» подключения внешних устройств, а также возможность подключения, помимо жестких и оптических дисководов, других периферийных устройств, например, принтера или сканера. В настоящее время интерфейс SAS постепенно заменяет интерфейс SCSI в компьютерах и периферийных устройствах.

Первая спецификация SAS – SAS 1.0 была выпущена Комитетом T10 в 2003 году. В ней была определена скорости передачи данных 1,5 и 3 Гбита/с для подключения устройств внутри системного блока компьютера с максимальной длиной кабеля 1 м и внешнего подключения устройств с максимальной длиной кабеля 8 м.

В 2005 году была выпущена спецификация SAS 1.1, в которой были исправлены ошибки спецификации SAS 1.0.

В спецификации SAS 2.0 (2009 г.) добавлена скорость 6 Гбит/с и максимальная длина кабеля увеличена до 10 м.

Обмен данными в SAS, так же, как и в SCSI, реализуется с помощью метода LDVS.

Две дифференциальные сигнальные пары (приемная и передающая) образуют в SAS физический канал. Один или несколько физических каналов, в свою очередь, образуют порт. Количество физических каналов в порту обозначается с помощью цифры, за которой следует символ «x». Так, обозначение 4x означает, что порт содержит 4 канала (8 сигнальных пар). Каждый порт имеет уникальный 64-битовый адрес, присваиваемый производителем оборудования SAS. Устройство с интерфейсом SAS может иметь один или несколько портов. Порт, имеющий только один канал, называется узким портом (narrow port), а порт, имеющий два и более каналов, называется широким портом (wide port).

Так два порта со скоростью по 3 Гбит/с можно использовать либо как два отдельных каналов связи с разными устройствами, либо как единый канал связи со скоростью 6 Гбит/с. Кроме того, в спецификации SAS 2.0 добавлена возможность разбиения порта со скоростью 6 Гбит/с на два канала со скоростью по 3 Гбит/с.

При подключении устройств в SAS используются разъемы, стандартизированные Комитетом по малым форм-факторам – Small Form Factor (SFF) Committee. Этот комитет разрабатывает и готовит спецификации по разъемам, используемым в различных устройствах. Каждый разъем идентифицируется префиксом «SFF-», за которым следует четырехзначный номер разъема, начинающийся с цифры 8.

Основными разъемами, используемыми в SATA являются:

· разъем SFF-8482 для подключения внутреннего устройства (рис. 1.3.9а);

· разъем SFF-8484 – разъем 4x для подключения внутренних устройств (рис. 1.3.9б);

· разъем SFF-8087 – разъем 4x (miniSAS) для подключения внутренних устройств (рис. 1.3.9в);

· разъем SFF-8470 – разъем 4x для подключения внешних устройств (рис. 1.3.9г);

· разъем SFF-8088 – разъем 4x (miniSAS) для подключения внешних устройств (рис. 1.3.9д).

Интерфейс SAS поддерживает набор команд, совместимый с набором команд SATA, поэтому к расширителю SAS можно подключать устройства SATA (для этого обычно используется разъем SFF-8482).

Наиболее распространенный кабель для подключения внешних устройств SAS с разъемами SFF-8088 на концах кабеля приведен на рис. 1.3.9е. Для подключения внешних устройств по интерфейсу eSATA можно использовать кабель, на одном конце которого разъем SFF-8088, а на другом – 4 разъема eSATA (рис. 1.3.9ж).

Рис. 1.3.9. Разъемы SAS: а) 29-контактный штекер разъема SAS для внутреннего устройства (SFF-8482) б) 32-контактный 4x штекер разъема SAS для подключения внутренних устройств (SFF-8484); в) 26-контактный 4x штекер разъема mini-SAS для внутренних устройств (SFF-8087); г) 26-контактный 4x штекер разъема SAS для внешнего устройства (SFF-8470); д) 26-контакный 4x штекер разъема mini-SAS для внешнего устройства (SFF-8088); е) кабель SFF-8088 – SFF-8088; ж) кабель SFF-8088 – 4 eSATA

Система с интерфейсом SAS состоит из следующих компонент:

· инициатор (Initiator) – порождает запросы на обслуживание для целевых устройств и получает подтверждения об исполнении запросов (реализуется в виде микросхемы на материнской плате или на карте, подключенной к шине материнской платы);

· целевое устройство (Target Device) – 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 (может быть как отдельным жёстким диском, так и целым набором дисков).

· подсистема доставки данных (Service Delivery Subsystem) – осуществляет передачу данных между инициаторами и целевыми устройствами (состоит из кабелей и расширителей SAS).

· расширитель SAS (SAS Expander) – подключает несколько устройств SAS к одному порту инициатора.

В настольных компьютерах расширитель SAS выполняется в виде карты, которая подключается к шине PCI Express, и содержит контроллер SAS, выполняющий функции инициатора, а также один или несколько внутренних и/или внешних гнезд разъемов SAS, к которым подключаются устройства с интерфейсом SAS или SATA (eSATA) (рис. ?????а и рис. ?????б).

Дисководы SAS (eSATA) могут быть помещены в корпус (рис. ?????в). Такое устройство называется дисковым массивом. Помимо дисководов, дисковый массив содержит встроенную плату расширителя SAS (рис. ?????г), разъем электропитания, а также гнездо для подключения к управляющему компьютеру (входного гнезда) и 1 или 2 гнезда для подключения к другим компьютером (входные гнезда). Наличие этих гнезд позволяет нескольким компьютером совместно использовать данные на дисководах дискового массива.

Пример подключения дисководов eSATA к компьютеру с использованием кабеля, изображенного на рис. 1.3.9ж, и компьютеров к дисковому массиву с использованием кабеля, изображенного на рис. 1.3.9е, приведен на рис. рис. ?????д.

Рис. ??????. Средства SAS: а) карта для подключения двух внутренних устройств:

1 – контроллер (инициатор) SAS; 2 – гнезда SF-8087; б) карта для подключения двух внешних устройств: 2 – гнезда SF-8088; 1 – контроллер (инициатор) SAS; в) дисковый массив на 15 дисководов SAS (eSATA); г) расширитель SAS дискового массива;

д) пример использования SAS для подключения внешних дисководов: 1 – дисководы eSATA; 2 – дисковый массив, подключенный к двум компьютерам

Аппаратная реализация SAS, как и ранее SCSI, на компьютере обходится дороже, чем реализация ATA и SATA (eSATA). Это связано, во-первых, с тем, что контроллер ATA и SATA, как правило, встроен в материнскую плату, а материнские платы для настольных компьютеров с встроенным интерфейсом SCSI и SAS практически не выпускаются, поэтому необходимо приобретение карты контроллера SCSI или SAS. Во-вторых, устройства с интерфейсом SAS имеют большие возможности, чем устройства ATA и SATA (eSATA). Например, дисководы SAS могут быть двухпортовыми, т.е. их можно либо подключить к двум компьютерам, либо выполнять обмен данными с компьютером на вдвое болей скорости по сравнению с использованием одного порта. Однако это приводит к более высокой стоимости дисководов SAS.

Поэтому основной областью применения SAS, как и SCSI, являются мощные компьютеры (сервера) с повышенными требованиями к скорости обмена, надежности и безопасности данных.

За счет использования расширителей, подсистема доставки данных SAS предлагает больше возможностей, чем система SATA (eSATA). Кроме того, в этой подсистеме можно использовать и более дешевые устройства SATA (eSATA).

Отдельная система, состоящая из связанных между собой компьютеров, периферийных устройств, расширителей SAS и кабелей SAS, SATA и eSATA, называется доменом. Максимальное количество расширителей и устройств в домене равно 16256. Система SAS может состоять из нескольких доменов, причем отдельные инициаторы и устройства могут входить в два соседних домена.

В домене могут использоваться два типа расширителей: расширитель-коммутатор и оконечный расширитель.

Расширитель-коммутатор (fanout expander) (рис. ?????а) выполняет в домене SAS маршрутизацию потоков данных от инициаторов к целевым устройствам домена. В домене должен быть только один расширитель-коммутатор.

Оконечный расширитель (edge expander) (рис. ?????б) подключается либо к расширителю-коммутатору, либо к другому оконечному расширителю и используется для маршрутизации потоков данных подключенных к нему устройств и расширителей. Максимальное количество обслуживаемых оконечным расширителем устройств равно 128.

Устройства могут подключаться как к расширителю-коммутатору, так и к оконечному расширителю. Если в домене не задействован расширитель-коммутатор, то количество оконечных расширителей должно быть не более 2.

При включении электропитания все устройства системы SAS обмениваются друг с другом своими адресами, и система переходит в активное состояние, при котором выполняется обмен командами, пакетами данных и управляющими сообщениями. Добавление в систему нового устройства («горячее» подключение) или отключение устройства приводит к генерации управляющего сообщения, при получении которого все расширители перестраивают свою схему маршрутизации и оповещают инициаторы об изменении конфигурации системы.

Пример конфигурации доменов SAS приведен на рис. рис. ?????в.

Рис. ?????. Использование SAS в серверах: а) 12-портовый расширитель-коммутатор с гнездами SFF-8470 (вид спереди и сзади); б) 12-портовый оконечный расширитель с гнездами SFF-8470 (вид спереди и сзади); в) пример доменов SAS:

1 – серверы-инициаторы с картами расширения SAS; 2 - оконечные расширители SAS;

3 – однопортовые дисководы с интерфейсом SAS; 4 – расширитель-коммутатор SAS;

5 – дисководы с интерфейсом eSATA; 6 – двухпортовые дисководы с интерфейсом SAS;

7 – дисковый массив с встроенным расширителем SAS

Твердотельные диски с интерфейсом Serial-Attached SCSI (SAS) отличаются простой процедурой установки. Чтобы обеспечить правильную работу этих дисков, не требуется производить установку каких-либо переключателей, терминаторов или выполнять другие настройки.
Каждый твердотельный диск с интерфейсом SAS снабжен отдельным кабелем, который подключается напрямую к хост-адаптеру (контроллеру) SAS. С некоторыми видами контроллеров SAS может использоваться кабель для подключения нескольких устройств (или порт-репликатор). В отличие от дисков с интерфейсом (Parallel) SCSI, в данном случае нет необходимости назначать идентификаторы, так как каждый диск подключается к отдельному порту и все идентификаторы назначаются контроллером.

Диски SAS можно использовать одновременно с дисками SCSI или Serial ATA (SATA), если материнская плата и хост-адаптер поддерживают оба эти интерфейса. Более того, при наличии подходящих портов можно подключать к контроллеру диски SATA одновременно с дисками SAS (однако диски SAS, подключенные к контроллеру SATA, работать не будут).

Конфигурация BIOS

В большинстве современных компьютеров благодаря программам настройки системы (CMOS или BIOS) обнаружение устройств осуществляется автоматически. При запуске системы будет выполнена функция автоматического обнаружения, после чего номер модели диска может появиться на экране компьютера. Номера моделей жестких дисков Seagate начинаются с букв ST.

Иногда BIOS SAS-контроллера имеет собственную утилиту настройки системы, которая отсутствует в стандартной BIOS на материнской плате. В этом случае номер модели диска SAS будет отображаться только в сообщении SAS BIOS. Дополнительные сведения о настройке параметров BIOS для диска SAS содержатся в документации к материнской плате или контроллеру SAS.

Специальное примечание для пользователей хост-адаптера RAID . Для многих RAID-контроллеров с интерфейсом SAS требуется назначить диск для массива, чтобы операционная система смогла работать с диском. Для получения информации о назначении диска для массива см. документацию к контроллеру SAS.

Убедитесь, что каналы SAS включены. В большинстве системных утилит настройки BIOS существует возможность отключения портов SAS. Если контроллер не определяет диск, убедитесь, что все порты SAS включены.

Меры предосторожности/защита от электростатики

Твердотельные диски требуют бережного отношения. Предохраняйте диск от ударов и тряски. Берите дисковод только за края корпуса.
Электроника диска чрезвычайно чувствительна к статическому электричеству. До установки храните диск в антистатической упаковке. Наденьте контактную манжету с заземлением. Убедитесь, что контактирующие с диском элементы не несут заряда статического электричества. Не используйте омметр на монтажных платах.
Соблюдайте осторожность при работе с оборудованием, находящимся под напряжением.
Не разбирайте жесткий диск, в противном случае гарантийные обязательства будут аннулированы.
Диск для гарантийной замены следует возвращать в комплекте, даже если неисправны только отдельные элементы.
Не надавливайте на монтажную плату или на верхнюю крышку диска и не прикрепляйте на них ярлыки.

Инструкции по установке

Операционные системы

Твердотельные диски совместимы с различными операционными системами. Информация о форматировании и подготовке жесткого диска для работы в конкретной операционной системе содержится в руководстве пользователя ОС или хост-адаптера (контроллера) SAS.

«Горячая замена» диска

Функция горячей замены позволяет устанавливать и извлекать диск, не выключая систему.

Параметры раскрутки диска

Большинство систем, к которым подключено всего несколько дисков, позволяют всем дискам запускаться сразу же в момент подачи на них питания. Системы с большим числом дисков можно настроить так, чтобы диски включались в разное время. Это позволит избежать перегрузки системы питания компьютера.

Информация о том, как изменить параметры запуска диска, содержится в документации, входящей в комплект поставки компьютера или хост-адаптера SAS.

Устранение неисправностей

Проблема: компьютер не может распознать диск.

Убедитесь, что диск включен с помощью утилиты настройки хост-адаптера SAS.
Если это так, значит, контроллер распознает диск. Убедитесь, что драйверы контроллера SAS загрузились правильно. Инструкции по загрузке драйверов контроллера см. в документации для платы контроллера.
При установке операционной системы на жесткий диск необходимо загрузить компьютер с установочного компакт-диска операционной системы и нажать F6, когда появится соответствующий запрос (обычно такой запрос остается на экране всего несколько секунд).
Установка Windows 8/7/Vista: нажмите кнопку Load Driver, когда это будет предложено. Описанная выше процедура с нажатием клавиши F6 может потребоваться или не потребоваться в зависимости от конкретных условий.
Установка Windows 2000 или XP: далее установка продолжится в обычном режиме, и на экране будут отображаться все стандартные сообщения, но затем появится экран установки драйверов для адаптера шины главного процессора (HBA) или контроллера.

Serial Attached SCSI

Serial Attached SCSI (SAS ) - компьютерный интерфейс, разработанный для обмена данными с такими устройствами, как жёсткие диски и ленточные накопители. SAS использует последовательный интерфейс для работы с непосредственно подключаемыми накопителями (англ. Direct Attached Storage (DAS) devices ). SAS разработан для замены параллельного интерфейса SCSI и позволяет достичь более высокой пропускной способности, чем SCSI; в то же время SAS обратно совместим с интерфейсом SATA : устройства 3Гбит/с и 6Гбит/с SATA могут быть подключены к контроллеру SAS, но устройства SAS нельзя подключить к контроллеру SATA. Хотя SAS использует последовательный интерфейс в отличие от параллельного интерфейса, используемого традиционным SCSI, для управления SAS-устройствами по-прежнему используются команды SCSI. Протокол SAS разработан и поддерживается комитетом T10. Текущую рабочую версию спецификации SAS можно скачать с его сайта. SAS поддерживает передачу информации со скоростью до 6 Гбит/с; ожидается, что к 2012 году скорость передачи достигнет 12 Гбит/с . Благодаря уменьшенному разъему SAS обеспечивает полное двухпортовое подключение как для 3,5-дюймовых, так и для 2,5-дюймовых дисковых накопителей (раньше эта функция была доступна только для 3,5-дюймовых дисковых накопителей с интерфейсом Fibre Channel).

Введение

Типичная система с интерфейсом SAS состоит из следующих компонентов:

Инициаторы (англ. Initiators ) Инициатор - устройство, которое порождает запросы на обслуживание для целевых устройств и получает подтверждения по мере исполнения запросов. Чаще всего инициатор выполняется в виде СБИС . Целевые устройства (англ. Targets ) 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. Подсистема доставки данных (англ. Service Delivery Subsystem ) 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 . Расширители (экспандеры) (англ. Expanders ) Расширители (экспандеры) SAS - устройства, входящие в состав подсистемы доставки данных и позволяют облегчить передачи данных между устройствами SAS; например, расширитель позволяет подключить несколько целевых устройств SAS к одному порту инициатора. Подключение через расширитель является абсолютно прозрачным для целевых устройств.

Спецификации на SAS регламентируют физический, канальный и логический уровни интерфейса.

Сравнение SAS и параллельного SCSI

SAS использует последовательный протокол передачи данных между несколькими устройствами, и, таким образом, использует меньшее количество сигнальных линий.
Интерфейс SCSI использует общую шину. Таким образом, все устройства подключены к одной шине, и с контроллером одновременно может работать только одно устройство. Интерфейс SAS использует соединения точка-точка - каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом.
В отличие от SCSI, SAS не нуждается в терминации шины пользователем.
В SCSI имеется проблема, связанная с тем, что время распространения сигнала по разным линиям, составляющим параллельный интерфейс, может отличаться. Интерфейс SAS лишён этого недостатка.
SAS поддерживает большое количество устройств (> 16384), в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине.
SAS обеспечивает более высокую пропускную способность (1.5, 3.0 или 6.0 Гбит/с). Такая пропускная способность может быть обеспечена на каждом соединении инициатор-целевое устройство, в то время как на шине SCSI пропускная способность шины разделена между всеми подключёнными к ней устройствами.
контроллеры SAS могут поддерживать подключение устройств с интерфейсом SATA , при прямом подключении - с использованием протокола SATA, при подключении через SAS-экспандеры - с использованием туннелирования через протокол STP (SATA Tunneled Protocol).
SAS, также как и параллельный SCSI, использует команды SCSI для управления и обмена данными с целевыми устройствами.

Сравнение SAS и SATA

Разъёмы

Как правило, разъёмы SAS значительно меньше разъёмов традиционного интерфейса SCSI, что позволяет использовать разъёмы SAS для подключения компактных накопителей размером 2,5 дюйма.

Существует несколько вариантов разъёмов SAS:

SFF 8482 - вариант, механически совместимый с разъёмом интерфейса SATA . За счет этого возможно подключать устройства SATA к контроллерам SAS. Подключить же SAS-устройство к интерфейсу SATA - не получится, этому препятствует отсутствие посередине разъема специального выреза-ключа (см. изображение разъема в таблице ниже);
SFF 8484 - внутренний разъём с плотной упаковкой контактов; позволяет подключить до 4 устройств;
SFF 8470 - разъём с плотной упаковкой контактов для подключения внешних устройств (разъём такого типа применяется в интерфейсе Infiniband , а кроме того, может использоваться для подключения внутренних устройств); позволяет подключить до 4 устройств;
SFF 8087 - уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внутренних устройств;
SFF 8088 - уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внешних устройств;

Кодовое название	Также известен как	Внешн./внутр.	К-во линий	К-во устр-в	Комментарий
SFF 8482	SAS разъём	Внутренний		1	Форм-фактор, совместимый с SATA-устройствами: позволяет SATA-устройствам соединяться с SAS-контроллером или планкой SAS-разъёмов, что устраняет необходимость в дополнительном SATA контроллере для подключения SATA-устройств типа DVD-рекордеров. Однако жёсткие диски с интерфейсом SAS не могут подключаться к шине SATA, потому что их физический разъём имеет «ключ», не позволяющий подключение к шине SATA. Изображённый на рисунке разъём является разъёмом «дисковой» стороны интерфейса.
SFF 8484	SAS 4x 32-pin	Внутренний	32 (19)	4 (2)	Разъём с высокой плотностью контактов; в стандарте SFF определены разъёмы для подключения 2 или 4 устройств.
SFF 8485					Определяет SGPIO (расширение стандарта SFF 8484) - последовательное соединение, обычно используемое для подключения светодиодных индикаторов.
SFF 8470	Разъём типа Infiniband	Внешний	32	4	Внешний разъём с высокой плотностью контактов (также может использоваться в качестве внутреннего разъёма).
SFF 8087	Внутренний мини-SAS	Внутренний		4	Внутренний разъём типа Molex
SFF 8088	Внешний мини-SAS	Внешний	32	4	Внешний разъём типа Molex iPASS уменьшенной ширины с подключением до 4-х устройств.

Примечания

Ссылки

Компьютерные шины
Основные понятия	Шина адреса Шина данных Шина управления Пропускные способности
Процессоры	BSB FSB DMI HyperTransport QPI
Внутренние	AGP ASUS Media Bus EISA InfiniBand ISA LPC MBus MCA NuBus PCI PCIe PCI-X Q-Bus SBus SMBus VLB VMEbus Zorro III
Ноутбуки	ExpressCard MXM PC Card
Накопители	ST-506 ESDI ATA eSATA Fibre Channel HIPPI iSCSI SAS SATA SCSI
Периферия	1-Wire ADB I²C IEEE 1284 (LPT) IEEE 1394 (FireWire) Multibus PS/2 RS-232 RS-485 SPI USB Игровой порт
Универсальные	Futurebus InfiniBand QuickRing SCI RapidIO IEEE-488 Thunderbolt (Light Peak)

Wikimedia Foundation . 2010 .

В прошлый раз мы с вами рассмотрели все, что касается технологии SCSI в историческом контексте : кем она была изобретена, как развивалась, какие у нее есть разновидности и так далее. Закончили мы на том, что наиболее современным и актуальным стандартом является Serial Attached SCSI, он появился относительно недавно, но получил быстрое развитие. Первую реализацию «в кремнии» показала компания LSI в январе 2004 года, а в ноябре того же года SAS вошел в топ самых популярных запросов сайта storagesearch.com .

Начнем с основ. Как же работают устройства на технологи SCSI? В стандарте SCSI все построено на концепции клиент/сервер.

Клиент, называемый инициатором (англ. initiator), отправляет разные команды и дожидается их результатов. Чаще всего, разумеется, в роли клиента выступает SAS контроллер. Сегодня SAS контроллеры - это HBA и RAID-контроллеры, а также контроллеры СХД, стоящие внутри внешних систем хранения данных.

Сервер называется целевым устройством (англ. target), его задача - принять запрос инициатора, обработать его и вернуть данные или подтверждение выполнения команды обратно. В роли целевого устройства может выступать и отдельный диск, и целый дисковый массив. В этом случае SAS HBA внутри дискового массива (так называемая внешняя система хранения данных), предназначенный для подключения к нему серверов, работает в режиме Target. Каждому целевому устройству (“таргету”) присваивается отдельный идентификатор SCSI Target ID.

Для связи клиентов с сервером используется подсистема доставки данных (англ. Service Delivery Subsystem), в большинстве случаев, это хитрое название скрывает за собой просто кабели. Кабели бывают как для внешних подключений, так и для подключений внутри серверов. Кабели меняются от поколения к поколению SAS. На сегодня имеется три поколения SAS:

SAS-1 или 3Gbit SAS
- SAS-2 или 6Gbit SAS
- SAS-3 или 12 Gbit SAS – готовится к выходу в середине 2013 года

Внутренние и внешние кабели SAS

Иногда в состав этой подсистемы могут входить расширители или экспандеры SAS. Под экспандерами (англ. Expanders, расширители, но в русском языке прижилось слово «экспандер») понимают устройства, помогающие доставке информации от инициаторов к целям и обратно, но прозрачные для целевых устройств. Одним из самых типичных примеров является экспандер, позволяющий подключить несколько целевых устройств к одному порту инициатора, например, микросхема экспандера в дисковой полке или на бэкплейне сервера. Благодаря такой организации, серверы могут иметь более 8 дисков (контроллеры, которые сегодня используются ведущими производителями серверов, обычно 8-портовые), а дисковые полки – любое необходимое количество.

Инициатор, соединенный с целевым устройством системой доставки данных, называют доменом. Любое SCSI устройство содержит как минимум один порт, который может быть портом инициатора, целевого устройства или совмещать обе функции. Портам могут присваиваться идентификаторы (PID).

Целевые устройства состоят из как минимум одного логического номера устройства (Logical Unit Number или LUN). Именно LUN и идентифицирует с каким из дисков или разделов данного целевого устройства будет работать инициатор. Иногда говорят, что target предоставляет инициатору LUN. Таким образом, для полной адресации к нужному хранилищу используется пара SCSI Target ID + LUN.

Как в известном анекдоте («Я не даю в долг, а Первый Национальный Банк не торгует семечками») - целевое устройство обычно не выступает в роли «посылающего команды», а инициатор - не предоставляет LUN. Хотя стоит отметить, что стандарт допускает тот факт, что одно устройство может быть одновременно и инициатором и целью, но на практике это используют мало.

Для «общения» устройств в SAS существует протокол, по «доброй традиции» и по рекомендации OSI, разделенный на несколько слоев (сверху вниз): Application, Transport, Link, PHY, Architecture и Physical.

SAS включает в себя три транспортных протокола. Serial SCSI Protocol (SSP) - используется для работы со SCSI устройствами. Serial ATA Tunneling Protocol (STP) - для взаимодействия с дисками SATA. Serial Management Protocol (SMP) - для управления SAS-фабрикой. Благодаря STP мы можем подключать диски SATA к контроллерам SAS. Благодаря SMP мы можем строить большие (до 1000 дисковых/SSD-устройств в одном домене) системы, а также использовать зонирование SAS (подробнее об этом в статье про SAS-коммутатор).

Уровень связей служит для управления соединениями и передачи фреймов. Уровень PHY - используется для таких вещей как установка скорости соединения и кодировки. На архитектурном уровне находятся вопросы расширителей и топологии. Физический уровень определяет напряжение, форму сигналов соединения и т.д.

Все взаимодействие в SCSI строится на основании команд, которые инициатор посылает целевому устройству и ожидает их результата. Команды эти посылаются в виде блоков описания команды (Command Description Block или CDB). Блок состоит из одного байта кода команды и ее параметров. Первым параметром почти всегда выступает LUN. CDB может иметь длину от 6 до 32 байт, хотя последние версии SCSI допускают CDB переменной длины.

После получения команды целевое устройство возвращает код подтверждения. 00h означает что команда принята успешно, 02h обозначает ошибку, 08h - занятое устройство.

Команды делятся на 4 большие категории. N, от английского «non-data», предназначены для операций, не относящихся к непосредственно обмену данными. W, от «write» - запись данных, полученных целевым устройством от инициатора. R, как не сложно догадаться от слова «read» используется для чтения. Наконец В - для двустороннего обмена данными.

Команд SCSI существует достаточно много, поэтому перечислим только наиболее часто используемые.

Test unit ready (00h) - проверить, готово ли устройство, есть ли в нем диск (если это ленточный накопитель), раскрутился ли диск и так далее. Стоит отметить, что в данном случае устройство не производит полной самодиагностики, для этого существуют другие команды.
Inquiry (12h) - получить основные характеристики устройства и его параметры
Send diagnostic (1Dh) - произвести самодиагностику устройства - результаты этой команды возвращаются после диагностики командой Receive Diagnostic Results (1Ch)
Request sense (03h) - команда позволяет получить статус выполнения предыдущей команды - результатом этой команды может стать как сообщение типа «нет ошибки», так и разные сбои, начиная с отсутствия диска в накопителе и заканчивая серьезными проблемами.
Read capacity (25h) - позволяет узнать объем целевого устройства
Format Unit (04h) - служит для деструктивного форматирования целевого устройства и подготовки его к хранению данных.
Read (4 варианта) - чтение данных; существует в виде 4 разных команд, отличающихся длиной CDB
Write (4 варианта) - запись. Так же как и для чтения в 4 вариантах
Write and verify (3 варианта) - запись данных и проверка
Mode select (2 варианта) - установка различных параметров устройства
Mode sense (2 варианта) - возвращает текущие параметры устройства

А теперь рассмотрим несколько типичных примеров организации хранения данных на SAS.

Пример первый, сервер хранения данных.

Что это такое и с чем его едят? Большие компании типа Amazon, Youtube, Facebook, Mail.ru и Yandex используют сервера этого типа для того, чтобы хранить контент. Под контентом понимается видео, аудио информация, картинки, результаты индексирования и обработки информации (например, так популярный в последнее время в США, Hadoop), почта, и.т.д. Для понимания задачи и грамотного выбора оборудования под нее нужно дополнительно знать несколько вводных, без которых никак нельзя. Первое и самое главное – чем больше дисков – тем лучше.

Дата-центр одной из российских Web 2.0-компаний

Процессоры и память в таких серверах задействуются не сильно. Второе – в мире Web 2.0, информация хранится географически распределено, несколько копий на различных серверах. Хранится 2-3 копии информации. Иногда, если она запрашивается часто, хранят больше копий для балансировки нагрузки. Ну и третье, исходя из первого и второго, чем дешевле – тем лучше. В большинстве случаев все вышесказанное приводит к тому, что используются Nearline SAS или SATA диски высокой емкости. Как правило, Enterprise-уровня. Это значит, что такие диски предназначены для работы 24x7 и стоят значительно дороже своих собратьев, использующихся в настольных PC. Корпус обычно выбирают такой, куда можно вставить побольше дисков. Если это 3.5’’, то 12 дисков в 2U.

Типичный 2U-сервер хранения данных

Или 24 x 2.5’’ в 2U. Или другие варианты в 3U, 4U и.т.д. Теперь, имея корпус, количество дисков и их тип, мы должны выбрать тип подключения. Вообще-то выбор не очень большой. А сводится он к использованию экспандерного или безэкспандерного бэкплейна. Если мы используем экспандерный бекплейн, то контроллер SAS может быть 8-портовым. Если безэкспандерный – то количество портов контроллера SAS должно равняться или превышать количество дисков. Ну и последнее, выбор контроллера. Мы знаем количество портов, 8, 16, 24, например и выбираем контроллер исходя из этих условий. Контроллеры бывают 2х типов, RAID- и HBA. Отличаются они тем, что RAID-контроллеры поддерживают уровни RAID 5,6,50,60 и имеют достаточно большой объем памяти (512MB-2ГБ сегодня) для кэширования. У HBA памяти или cовсем нет, или ее очень мало. Кроме этого, HBA либо не умеют делать RAID вообще, либо умеют олько простые, не требующие большого объема вычислений уровни. RAID 0/1/1E/10 – типичный набор для HBA. Здесь нам нужен HBA, они стоят значительно дешевле, так защита данных нам не нужна совсем и мы стремимся к минимизации стоимости сервера.

16-портовый SAS HBA

Пример второй, почтовый сервер Exchange. А также MDaemon, Notes и другие подобные сервера.

Здесь все не так очевидно, как в первом примере. В зависимости от того, сколько пользователей должен обслуживать сервер, рекомендации будут различными. В любом случае, мы знаем что базу данных Exchange (так называемую БД Jet) лучше всего хранить на RAID 5/6 и она неплохо кэшируется с использованием SSD. В зависимости от количества пользователей определяем необходимые объемы хранения «сегодня» и «на вырост». Помним, что сервер живет 3-5 лет. Поэтому «на вырост» можно ограничить 5-летней перспективой. Потом будет дешевле полностью поменять сервер. В зависимости от объема дисков выберем корпус. С бэкплейном проще, рекомендуется использовать экспандеры, так как требования по цене не такие жесткие, как в предыдущем случае, и в общем случае, удорожание сервера на $50-$100, а иногда и больше, мы вполне переживем в угоду надежности и функциональности. Диски выберем SAS или NL-SAS/Enterprise SATA в зависимости от объемов. Далее, защита данных и кэширование. Выберем современный 4/8-портовый контроллер, поддерживающий RAID 5/6/50/60 и кэширование на SSD. Для LSI, это любой MegaRAID кроме 9240 с функцией кэширования CacheCade 2.0, или Nytro MegaRAID с SSD «на борту». Для Adaptec, это контроллеры, поддерживающие MAX IQ. Для кэширования в обоих случаях (кроме Nytro MegaRAID) нужно будет взять пару SSD на e-MLC-технологии Enterprise-класса. Такие есть у Intel, Seagate, Toshiba, и.т.д. Цены и компании – на выбор. Если вы не порч доплатить за бренд, то в линейках серверов IBM, Dell, HP, найдите подобные продукты и вперед!

SSD- кэширующий RAID-контроллер Nytro MegaRAID

Пример третий, внешняя система хранения данных своими руками.

Итак, самое серьезное знание SAS, конечно же, требуется тем, кто производит системы хранения данных или хочет их сделать своими руками. Мы остановимся на достаточно простой СХД, программное обеспечение для которой производится компанией Open-E. Конечно же, можно делать СХД и на Windows Storage Server, и на Nexenta, и на AVRORAID, и на Open NAS, и на любом другом подходящем для этих целей софте. Я просто обозначил основные направления, а дальше вам помогут сайты производителей. Итак, если это внешняя система, то мы почти никогда не знаем, сколько же дисков потребуется конечному пользователю. Мы должны быть гибкими. Для этого есть так называемые JBOD – внешние полки для дисков. В их состав входит один или два экспандера, каждый из которых имеет вход (4-х портовый разъем SAS), выход на следующий экспандер, остальные порты разведены на разъемы, предназначенные для подключения дисков. Причем, в двухэкспандерных системах первый порт диска разведен на первый экспандер, второй порт – на второй экспандер. Это позволяет строить отказоустойчивые цепочки JBOD-ов. Головной сервер может иметь внутренние диски в своем составе, либо не иметь их совсем. В этом случае используются «внешние» контроллеры SAS. То есть контроллеры с портами «наружу». Выбор между SAS RAID-контроллером или SAS HBA зависит от управляющего ПО, которое вы выбираете. В случае Open-E, это RAID-контроллер. Можно позаботиться и об опции кэширования на SSD. Если ваша СХД будет иметь очень много дисков, то решение Daisy Chain (когда каждый последующий JBOD подключается к предыдущему, либо к головному серверу) в силу многих причин не подходит. В этом случае головной сервер либо оснащается несколькими контроллерами, либо используется устройство, которое называется SAS-коммутатор. Он позволяет подключать один или несколько серверов к одному или нескольким JBOD. Подробнее SAS-коммутаторы мы разберем в следующих статьях. Для внешних систем хранения данных настоятельно рекомендуется использовать диски только SAS (в том числе NearLine) в силу повышенных требований к отказоустойчивости. Дело в том, что протокол SAS имеет в своем составе гораздо больше функций, чем SATA. Например, контроль записываемых-считываемых данных на всем пути с помощью проверочных сумм (T.10 End-to-End protection). А путь, как мы уже знаем, бывает очень длинным.

Многодисковый JBOD

На этом наш экскурс в мир истории и теории SCSI вообще и SAS в частности подошел к концу, и в следующий раз я расскажу вам более подробно о применении SAS в реальной жизни.

Умение подключать дополнительные жесткие диски весьма пригодится Вам при недостатке свободного дискового пространства на уже установленных. Подключить HDD к персональному компьютеру можно:

Установив в системный блок, используя стандартные разъемы SATA на материнской плате.
Установив в системный блок, используя разъемы SAS RAID-контроллера.
С помощью переходника-адаптера USB-SATA.

Это интересно! Предшественником SATA был интерфейс ATA (иное название – IDE). Различие заключается в способе передачи данных – последовательная передача у SATA, параллельная у ATA. Принято считать, что последовательная передача происходит быстрее, однако, для рядового пользователя разница незаметна.

SATA

Шаг 1. Снимите крышку корпуса Вашего системного блока.

Шаг 2. Присоедините информационный шлейф к разъему на материнской плате.

На заметку! Номер разъема не важен. Определение загрузочного жесткого диска происходит по установленному на нем программному обеспечению.

Шаг 3. Присоедините информационный шлейф к разъему на жестком диске.

Шаг 4. Подключите шлейф питания к разъему винчестера.

Важно! В момент подключения кабеля питание компьютера должно быть отключено. При подключении шлейфа с поданным на него напряжением велик риск повреждения контроллера жесткого диска, или контроллера SATA материнской платы! В том случае, если Ваш блок питания имеет разъемы питания только для винчестеров IDE, воспользуйтесь специальным переходником.

Шаг 5. Закрепите жесткий диск на корпусе винтами.

Важно! Следите за тем, чтобы кабели не соприкасались с лопастями кулеров системного блока.

В том случае, если Вы используете диск с форм-фактором 2,5 дюйма, используйте специальные салазки для более плотного закрепления винчестера внутри системного блока.

Подключение жесткого диска внутрь корпуса к разъемам SAS

Данные разъемы обратно совместимы, то есть SATA можно подключить к SAS, а SAS к SATA – нельзя.

Шаг 1. Установите жесткий диск в специальный конструктив (салазки) соответствующего размера.

На заметку! Конструктивы предназначены для определенных форм-факторов, то есть вставить диск 2,5 дюйма в корзину контроллера 3,5 дюймовых винчестеров не получится.

Шаг 2. Вставьте салазки в корзину контроллера и вдвиньте до фиксирования ручки салазок в нужном положении.

Важно! Не забудьте проверить подключение кабеля RAID к материнской плате и измените настройки Вашего контроллера.

Подключение жесткого диска форм-фактора 3,5 дюйма с помощью адаптера с внешним питанием

Шаг 1. Присоедините адаптер к жесткому диску.

Шаг 2. Соедините адаптер и нужный порт Вашего компьютера с помощью USB-шнура.

Шаг 3. Подключите к адаптеру питающий кабель.

Шаг 4. Подайте питание на адаптер переключением тумблера в рабочее положение.

Шаг 5. При необходимости установите драйверы для подключенного оборудования.

Подключение жесткого диска форм-фактора 2,5 дюйма с помощью адаптера 3,5 дюйма

Диски 2,5 дюйма обычно используются в ноутбуках. Разъемы ничем не отличаются от разъемов дисков 3,5, но винчестер ноутбука крепится к корпусу с помощью специальной корзины (салазок).

Шаг 1. Снимите салазки или иные конструктивы с Вашего винчестера.

Шаг 2. Следуйте инструкции подключения жесткого диска 3,5 с помощью адаптера.

Подключение жесткого диска форм-фактора 2,5 дюйма с помощью соответствующего адаптера

При использовании специального адаптера для винчестеров 2,5, снимать салазки не понадобится. Как правило, подобные переходники не имеют внешнего питания, и получают напряжение из USB-порта компьютера.

Шаг 1. Подключите адаптер к винчестеру.

Шаг 2. Подключите оба конца USB-кабеля адаптера к портам компьютера.

Важно! Два конца кабеля нужны потому, что по одному из них передается информация, а по второму – питание адаптера.

Видео — Как подключить жесткий диск

Заключение

Мы рассмотрели три разных способа подключения винчестеров с разъемами SATA к персональному компьютеру. Каждый из них требует приобретения дополнительного оборудования, как минимум – шлейфов. В том случае, если Вы решили использовать SATA-диск как внешний (с подключением через USB-адаптер), рекомендуется приобрести надежный защитный чехол для диска. Во время работы с устройством чехол стоит снимать, чтобы избежать перегрева. Некоторые параметры жестких дисков, работающих с разными технологиями, представлены в сводной таблице.

Название	Скорость передачи данных, Мб/с	Количество устройств на каждый порт
IDE (ATA)	133,5	2
SATA R.1	150	1
SATA R.2	300	До 15
SATA R.3	600	До 16
SAS R.150	150	До 4
SAS R.300	300	До 4
SAS R.600	600	До 4