SATA和SCSI之间斗争（二）

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[组图]SATA和SCSI之间斗争（二）

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SATA和SCSI之间斗争（二）

【作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2007-11-11 22:36:35】

文献编号：V274 缩放字体：小大 →提示：双击自动滚屏|鼠标滑轮滚动自动缩放图片

关健词：SATA和SCSI之间斗争（二）

二、企业级磁盘：SCSI面临多重挑战

    目前硬盘其实只有两种：以SCSI命令工作和以（S）ATA命令工作。但SCSI命令可以通过三种磁盘接口进行传输：

16位并行SCSI（SCSI-320）
串行连接SCSI（SAS）
光线通道（FC）

    光纤通道其实不仅仅是一种接口，它跟TCP/IP一样，是一种完整的网络协议。但由于本文所讨论的是磁盘，所以我们不妨把它当作接口来看待——SCSI命令通过这一接口进行传输。当前，在企业级市场上，FC磁盘已经占据了近20%的份额，而且绝大多数是用在高端领域。SCSI-320大约占据了70%的份额，但正被SAS快速地取代。有些厂商预计SAS硬盘已经占到了近40%的企业市场份额。SATA在企业级磁盘市场上的份额不是很清楚，估计在20%左右。

1）SATA会取代SCSI吗？

     看一下企业级磁盘的价格就知道——无论是SCSI、FC或SAS，每GB所花费的成本比（S）ATA要高出5倍甚至10倍。但用户花这么多钱却并不能获得线性增加的性能——访问时间（寻道时间+延迟）只能减少2-2.5倍，最大传输率只能提高20-50%。

    过去，ATA硬盘和SCSI硬盘之间的巨大价差很容易被人接受，因为在面对大量随机并发访问请求时，PATA磁盘慢得可怜，很容易发生堵塞。但实践证明，随着全速命令排队（NCQ）技术的引入，当前的SATA硬盘完全能够胜任企业级工作负载。采用NCQ技术后，每秒并发I/O访问次数轻易就能提升50%，比如，在一个典型的I/O密集型文件服务应用中，即使在最糟糕的情况下，SATA磁盘也能获得SCSI一半快的速度。

    更重要的是，阻碍SATA进入企业级市场的少数几个障碍也有望被清除。SATA一个最大的问题就是点对点特性：每块磁盘都需要有单独的线缆连接到控制器。这无疑会导致大量的线缆管理问题，使得SATA-I不适合部署在服务器或存储的机柜环境中。

    但有两种方法可以解决这个问题。第一种是采用带有SATA端口集合器（Port multiplier）的底板。一个端口集合器相当于一个交换机，一个SATA的点对点连接至多可以对应15块硬盘。在实际应用中，端口集合器的每个端口可以连接4-8块硬盘。尽管最好的SATA硬盘在外部区域只能维持40-80MB/s的速率，但一个有着四个磁盘端口的集合器已经能够用于流计算（streaming）领域。对于更多的随机性应用来说，连接8块或15块300 MB/s的SATA硬盘也不会导致瓶颈产生。如下图所示，端口集合器大多用在服务器背板或者存储架的底板上。

第二种方法是在SAS机箱环境中使用SATA硬盘，下文会讨论。
2）并行SCSI的麻烦

    就象P-ATA的速率被限制在133MB/s一样，各种各样的问题导致并行SCSI也无法采用160 MHz的时钟频率。但对于速率可达到640 MB/s的下一代并行SCSI——SCSI-640而言，160 MHz的时钟频率又是必须的。这样一来，就导致SCSI-640胎死腹中。

    因为我们可以在一个共享的SCSI总线上使用多达14块磁盘，而且最快的SCSI硬盘速率只有100MB/s，这样一来，在许多文件服务应用中，320 MB/s的传输速率开始成为瓶颈。在设计上，SCSI在原始带宽方面并不是很有效。测试表明，2 Gb/s或200 MB/s的FC可以比SCSI 320提供更大的原始带宽。当然，在运行一个OLTP数据库负载时，14块SCSI磁盘每秒并不需要传输数百MB的数据。

    另外，由于SCSI-320为了向后兼容早期的SCSI版本，命令是以5 MB/s发送——这可是上世纪八十年代的速率了。这么低的速率浪费掉了SCSI总线多达30%的性能。还有一个大问题就是，在一个主机总线适配器上只能连接14块硬盘，这大大限制了DAS存储的扩展性。

3）SAS带来的新特性

    SAS不仅仅是SCSI-320的串行版。在这里讨论SAS协议的新特性可能有些枯燥，让我们来看看SAS产品和应用带来了哪些新功能。下图是LSI Logic公司的SAS产品——3442X-R 。

        LSI Logic SAS3442X-R: a 8-port 3Gb/s SAS, PCI-X HBA

    如上图所示，LSI Logic SAS3442X-R提供了两种内部硬盘接口：一个SATA口和一个SAS口。SAS HBA卡上的接口（阳）可以连接SATA和SAS线缆的接口（阴）。一般来说，SAS HBA同时支持SAS和SATA两种磁盘，而SATA HBA仅支持SATA磁盘。

    上面的接口可以将内置SATA硬盘连接到HBA卡，下面的接口可以连接SAS硬盘

    跟TCP/IP或FC一样，SAS也是一种分层协议。在SAS传输层，有三种协议均采用相同的物理层和链路层协议：

1. 串行SCSI协议（SSP），通过链路层传输SCSI命令（类似于FC协议）
2. 串行ATA管道协议（STP），把SATA桢传输到SATA磁盘驱动器
3. 串行管理协议 (SMP)，该协议用于扩展存储和获取诊断信息，如确定硬盘是否在工作，硬盘是否已经接好等等。

    SAS的分层模型如下图所示：

串行管理协议（SMP）使得SAS具有很高的灵活性和可扩展性。“端口层”允许宽端口提供比SCSI-320和640更大的带宽。串行SCSI协议（SSP）和串行ATA管道协议（STP）使用的是同样的链路层和物理层，这使得SATA和SAS均可以实现扩展。

下篇将具体介绍SAS和SATA对并行SCSI的冲击。

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