网站怎么优化自己免费,淘宝网页设计招聘,网站设置时间段访问,邯郸市旅游景点有哪些转载#xff1a;http://blog.chinaunix.net/uid-21795529-id-1815097.html 25年过去#xff0c;标准变迁人已老 今年对存储行业来说似乎是个用于纪念的年份——既是硬盘#xff08;驱动器#xff09;诞生50周年#xff0c;又是 SCSI#xff08;Small Computer System Int…转载http://blog.chinaunix.net/uid-21795529-id-1815097.html 25年过去标准变迁人已老 今年对存储行业来说似乎是个用于纪念的年份——既是硬盘驱动器诞生50周年又是 SCSISmall Computer System Interface小型计算机系统接口诞生25周年。硬盘的50周年纪念日还没有来到而SCSI的25周年纪念日刚过去没多久现在差不多处于两者 之间。硬盘的接口不止SCSI一种而SCSI的应用范围更远超过硬盘的领地但这并不妨碍两者之间的紧密关系。 扯远了还是先说说SCSI的纪念日吧。由厂商成员运行建立的支持和推广SCSI技术的工业协会SCSI商业协会SCSI Trade AssociationSTA今年6月5日庆祝了SCSI诞生25周年。 1981年NCR与Shugart Associates两家公司协力提出由Shugart开发的早期I/O技术SASI于1981年10月在ANSI X3T9.3委员会会议上作为一份预期的ANSI美国国家标准局标准草案。随着ANSI的接受和其他存储公司加入该新技术的开发SASI被更名为 SCSI并成为存储I/O的传奇。 NCR现在主要以ATM自动取款机和旗下的Teradata数据仓库业务分部而知名影响力与昔日 相比已经差了很多但当时该公司负责SASI提案的John Lohmeyer继续在行业中耕耘于ANSI负责SCSI标准制定和管理的T10技术委员会担任主席多年至今。后被Xerox施乐收购的 Shugart Associates先后走出了Seagate希捷和Conner的创始人由于该公司无意继续发展SASI负责的一班工程师离开并创建了 Adaptec。 笔者有幸于2004年10月下旬在LSI Logic公司总部见到John Lohmeyer背后的专利墙上有他的两项专利 本站希望以我们的方式来纪念SCSI走过的25年笔者想起了自己刊登在《计算机世界》2002年第 28期2002年7月29日B1B11版上的专题文章《ATA串起SCSI——存储接口世纪联姻》。这组文章从SASI一直讲到Serial Attached SCSISAS开始草案制订虽然距今已有4年但配上笔者在一年后写的《光大祖业 奉子成婚——SAS与SATA-Ⅱ专题》下面简称“光大祖业”已经可以较为完整地反映整个SCSI的发展史因此将其翻出重新编辑刊登于此供所有对SCSI技术感兴趣的读者参考聊作纪念。 正如上面所说笔者在介绍SCSI的时候总是忘不了ATA这一方面是由于两种接口技术前后脚来到世 上互相印衬了解ATAIDE有助于深入理解SCSI的思想更因为Serial ATA直接引发了并行SCSI向SAS的转变。有鉴于此本文没有用过多的篇幅描述SCSI的具体规范也没有搜罗各种连接器的图片而是把重点放在了历 史发展和对设计思想的理解上。 John Lohmeyer亲自负责ANSI T10网站的更新后面的屏幕上是SCSI-3架构模型图 另外本文在对SAS的介绍上与“光大祖业”专题的差距十分明显且有一些冲突之处。这主要是因为当 时距Serial Attached SCSI工作组宣布成立仅有不到8个月的时间T10刚开始标准草案的制订工作存储业内听说过的人都不多笔者作为一个媒体从业人员要获得信息就更加困 难。标准制订初期的草案往往会有大幅度的修改直接造成了笔者时隔一年所写两篇文章中部分信息的不一致。虽然是重新刊登但笔者没有修改文章的内容——包 括当时业内对SAS时间表的乐观展望——就是希望能够忠实地反映原貌。 好了就交待到这里接下来——正文开始。 以下内容刊登于《计算机世界》2002年第28期产品与技术版 USB和IEEE 1394已经基本统治了外设接口串行化的浪潮正在向机内存储设备接口涌来。 串行是说Serial ATA吗地球人都知道Seagate基于Serial ATA接口的Barracuda ATA Ⅴ硬盘不久即会上市Serial ATA控制卡/RAID卡也将随之杀到串行接口不是马上就要成为现实了吗 然而仅有ATA参与的串行化是不全面的SCSI不应成为被我们遗忘的角落。笔者一直密切关注着这一 技术的发展脉络。在征求了Maxtor美国总部高端存储部门市场推广副总裁John Joseph先生和Adaptec中国区业务发展经理吴刚先生对Serial Attached SCSI的看法之后更加坚定了我们将其介绍给读者的想法。 Serial Attached SCSI得名于在Serial ATA的电气和物理层接口上运行SCSI命令集但实际上可不止这么简单。此外Serial ATA Ⅱ的进展也值得我们关注。 并不是只有ATA向SCSI学习SCSI也可以将ATA的最新成果为自己所用。很多时候技术没有好坏之分只有适合与否尤其是在应用需求日趋多元化的今天。 鉴于这些话题已经超出了Serial ATA和Serial Attached SCSI本身的范畴我们用很大篇幅回顾了ATA与SCSI的历史相信这会有助于读者理解今天向串行的转变。如果您确信自己不需要了解这些也可以直接 翻到后面介绍Serial Attached SCSI的章节。 还等什么呢马上开始吧!在这个专题里听我们为您讲述这两个接口的变迁…… 一个名字的传奇何止软驱和硬驱 如果存储业也像NBA那样为其历史上的传奇人物设立一个名人堂Alan F. Shugart肯定将毫无争议地入选。抛开Maverick等充满感情色彩的昵称Spin Doctor旋转博士和Disk Drive King磁盘驱动器之王应该是业内对这位Computer Pioneer计算机先驱最贴切的评价。 1951年Shugart大学毕业进入IBM任现场工程师1955年参与了世界第一台磁盘驱动器 RAMAC 305的开发。在担任IBM 2321数据单元驱动器data cell drive和IBM 1301“高级磁盘文件存储器”Advanced Disk File世界上第一台采用滑动空气轴承的磁盘驱动器等多个项目的经理之后Shugart被提升为负责所有内存产品的经理最后位居系统开发分部工程 主任。发明软盘驱动器是Shugart在IBM末期的一大功绩——1967年他手下的资深工程师David Noble实际上提出了8英寸的软介质和布衬护套并在1973年成为工业标准。 1969年Shugart从IBM辞职来到Memorex任产品开发副总裁。在现代硬盘驱动器的始祖 IBM 3340“温彻斯特”问世的1973年Shugart以共同创办人的身份进入Shugart Associates但很快又在1974年底离开了这家以自己姓氏命名的公司。处于上升势头的Shugart Associates则于1976年推出了5.25英寸的SA-400软盘驱动器电气设计和接口规范仍基于最初的Shugart设计在成为IBM PC的标准配置后迅速取代了8英寸驱动器其接口也被包括3.5英寸在内的所有PC软驱所沿用。 以技术工业私人顾问的身份过了几年闲云野鹤的生活后难耐寂寞的Shugart在1979年卷土重来 与Finis Conner创立了Shugart Technology公司。1980年6月Shugart Technology推出了世界上第一台5.25英寸硬盘驱动器ST-506全高3.2英寸厚度5MB容量虽然在3.5英寸硬盘驱动器就有 200GB容量的今天看来它简直就是一辆坦克但与先前的8英寸乃至14英寸规格相比却无疑是个巨大的飞跃第二年该公司又推出了容量翻番的ST-412 并在1983年被IBM PC/XT采用硬盘业就此进入了开放市场的超车道。 产品相互兼容是开放市场最基本的游戏规则因此制定统一的标准势在必行而Shugart参与创立的两 个公司分别起到了至关重要的引导作用Shugart Associates开发了SASI接口后来发展为人所共知的SCSIShugart Technology的ST-506/412不仅将曾经高不可攀的硬盘驱动器带入个人电脑领域也间接催生了广为应用的ATA作为企业级和个人存储设备 的标准接口SCSI和ATA是贯穿本次专题的两位主角详情见后叙。 1985年为了避免与已经被Xerox收购的Shugart Associates相混淆Shugart Technology更名为Seagate Technology也就是今天人所共知的希捷。同年Finis Conner因为与Alan Shugart发生意见分歧而离开Seagate Technology并于1986年创立了Conner Peripherals——一家在硬盘驱动器进入3.5英寸时代后风光一时的公司。 不过Alan Shugart并没有在Conner Peripherals的迅速崛起面前迷茫在他的领导下Seagate Technology于1989年10月购并了CDC的硬盘驱动器生产事业部门Imprimis Technology成功打入高容量硬盘驱动器市场——在那个时代高容量几乎就是高性能的代名词。自此Seagate Technology便以高转速硬盘驱动器领先业界1990年推出全球第一台5400RPM的5.25英寸硬盘驱动器1992年更将业界带入 7200RPM时代。随着Seagate Technology的步步高升Alan Shugart的个人声望也达到了顶峰从1993年1998年连续6年被DataStorage评为“最值得景仰的业界领导人”。 然而1996年对Conner Peripherals的并购成了Alan Shugart的滑铁卢。由于消化不良Seagate Technology在市场上节节败退两年内占有率就损失了10%终于在1998年被迫放弃2.5英寸硬盘驱动器业务并裁员达1万名之多难辞其咎的 Alan Shugart只好在董事会的要求下退休。 从那以后Alan Shugart就逐渐远离了我们的视线。尽管如此笔者仍然会时常记起这个名字——不仅是因为他缔造了有史以来最为成功的独立硬盘供应商更感念两个 “Shugart公司”把软盘驱动器和硬盘驱动器带入了普通人的生活、对存储设备接口统一做出的贡献……尤其是在这个想到软盘驱动器正走向消亡而 SCSI和ATA也行将告别并行时代的仲夏之夜 从SASI到SCSI Shugart Associates早在1979年就已意识到统一硬盘接口的必要性于是着手开发了一个8位并行智能外部设备接口名为SASIShugart Associates System Interface。1980年Shugart Associates向ANSI美国国家标准协会要求将SASI列为ANSI的正式标准但未获批准。 经过与NCR合作进行规格修正SASI于1981年晚些时候被再次提交给ANSI1982年被 ANSI下属的X3T9.2委员会接受。到了1986年已经更名为SCSISmall Computer System Interface的接口规格正式成为ANSI X3.131-1986标准SCSI-1不过早在1984年草案提交审批的时候市场上已经有很多特性超出或少于该提议的设备了而最为著名的就是 Apple在1985年推出的Macintosh将SCSI选为外部设备标准接口。 初具规模——SCSI-1 SCSI-1定义了8位并行数据总线使用50针数据线或25对双绞线电缆其主要规格摘要如下 同一总线上可以连接8台SCSI装置包括计算机主机提供总线优先权仲裁功能地址最高者ID7通常为SCSI适配器拥有最高优先权 提供同步和异步两种传输方式同步最高传输速率为5MB/s 采用逻辑块寻址Logical Block AddressingLBA方式LBA的大小通常默认设定为512字节但可以根据需要更改在驱动器容量支持上明显优于传统的柱面/磁头/扇区Cylinder/Head/SectorCHS寻址方式 提供两种电气规格数据线配置单端Single-EndSE型数据线最长可达6米差动Differential型可达25米两种配置的装置不能同时串接到同一总线上也不能互换连接 提供多重I/O连接配置——从单一启动/目标装置到多重启动/多重目标装置在PC系统中启始装置通常为SCSI适配卡而目标装置则可视为硬盘驱动器、磁带机和光驱等存储设备。 由于在原始SCSI-1文本中很多命令和特性是可选的而且很少或不能保证一个特定的外设支持预期的命 令这使得整个业界定义了18条基本SCSI命令组成的公共命令集Common Command SetCCS成为所有外设支持的最小命令集并构成了SCSI-2规范的基础。 成长岁月——SCSI-2 其实在SCSI-1推出后不久作为其后续版本的SCSI-2就被提出硬盘驱动器厂商也在1988年 即开始根据SCSI-2的规格草案来设计新一代SCSI接口产品而X3T9委员会虽然在1990年8月以X3.131-1990批准了SCSI-2但 却在同年12月ANSI出版前收回文档进行修改——尽管对1990年版本的改动很少最后通过的时候也已是1994年1月了ANSI X3.131-1994。 除了CCS之外SCSI-2比SCSI-1新增的主要功能包括 在8位数据总线情况下传输速率为10MB/s的Fast SCSI-2 数据总线拓宽至16位的Wide SCSI采用68针连接器和线缆Fast Wide SCSI-2的传输速率可达20MB/s Command Queuing即指令队列使一个设备可同时接受多个指令就SCSI而言可达256条且以其认为效率最高的次序执行这对可能同时有几个请求送到SCSI总线上的多任务操作系统特别有利 尺寸缩小一半的高密度连接器让小型周边设备得以使用并且改用由启动设备提供电源的主动式终结器提高了Fast SCSI传输时的信号稳定性 工作站厂商Sun Microsystems和磁盘驱动器厂商Seagate Technology、Conner Peripheral共同提出的单一连接器附属装置Single Connector AttachmentSCA通过将50针或68针的接口及电源、SCSI ID、LED、主轴马达同步等功能连接器一起集成在最初由AMP公司出品的80针D形接口中提供适用于背板环境的热插拔能力。 枝繁叶茂——SCSI-3 与前几个标准的制订过程类似在SCSI-2规格还没有正式成为ANSI标准之前的1993 年SCSI-3规格标准的草拟工作已经展开但与SCSI-1和SCSI-2不同的是SCSI-3并非是包含SCSI所有内容的一份文档而是涵盖了 物理连接、电气接口、主要命令集和具体协议的文档集。简称为SAMSCSI-3 Architecture Model的SCSI-3架构模型采用了层级Layer的概念在协议和互连方面增加了光纤通道Fibre ChannelFC、IEEE 1394、SSA等串行接口原来SCSI-1和SCSI-2所围绕的并行接口被称为SPISCSI-3 Parallel Interface我们现在所说的SCSI通常即指这个SCSI-3体系结构中的并行分支。 最初的SCSI-3架构模型SCSI-3 Architecture ModelSAM SPI支持的设备数量达到了16个减去SCSI适配器还有15个新引入的低电压差动Low Voltage DifferentialLVD信号传输模式将数据线长度由SE的4个装置3米/ 8个1.5米增加至点到点25米/16个12米让Wide SCSI的连接能力不再只是规格上的数字。需要注意的是LVD虽然也支持8位数据总线但并没有任何一家硬盘驱动器厂商推出过相应的产品。 SPI还有一个通俗的名字Ultra SCSI其开发者DEC称之为Fast 20——时钟频率20MHz8位Ultra SCSI最高数据传输速率20MB/s16位的Ultra Wide SCSI可达40MB/s。SPI-2即Ultra2 SCSI或Fast 40频率和最高数据传输速率在Ultra SCSI的基础上翻番。不过Ultra3 SCSI可就不仅仅是Fast 80这么简单了。 ATA——集成出来的标准 在硬盘驱动器与其控制器相分离的20世纪80年代初ST-506/412的出现确立了两者互连的标 准即任何ST-506/412驱动器可用任何ST-506/412控制器工作。不过PC/XT系统对硬盘接口的支持是由控制器上的BIOS芯片提供 的AT系统才开始在主板BIOS中集成ST-506/412接口支持。 由于驱动器与控制器之间需要电缆连接所带来的定时和噪声问题限制了硬盘所能达到的性能、容量及可靠 性1983年Maxtor迈拓带头推出了ESDIEnhanced Small Device Interface增强的小型设备接口通过将原本位于控制器上的编解码器endec负责数/模转换内建在驱动器一侧性能与可靠性明显增强 作为继承ST-506/412的高性能标准。80年代末ESDI曾在高端系统中得到普遍应用——直至SCSI入主。 1985年出于对驱动器与控制卡相分离的高成本不满Compaq试图以IBM PC/AT兼容系统为基本架构开发一个既经济又有相当性能保障的硬盘驱动器解决方案便委托当时PC硬盘驱动器控制卡的领导厂商Western DigitalWD西部数据为硬盘驱动器控制器设计一个接口控制芯片然后将其交给CDC生产高容量硬盘著称的子公司MPI后更名为 Imprimis Technology1989年被Seagate收购在原CDC的Wren Ⅱ半高型5.25英寸硬盘驱动器基础上推出了世界第一台AT接口硬盘驱动器CDC-94204-74于1986年随首台Compaq 386系统销售。 IDE与ATA 不过真正让AT接口迅速攻占市场并被广泛接受的却是Miniscribe1991年被Maxtor 并购和Conner Peripheral分别出品的3.5英寸40MB硬盘驱动器。因为采用了不同于ST-506/412和ESDI的硬盘驱动器电路板集成控制器设计这些 AT接口硬盘驱动器也被称为IDEIntegrated Drive Electronics集成驱动器电子设备。随着AT接口取代ST-506/412和ESDI的趋势逐渐显露制订业界统一的规格标准势在必行。 1988年10月成立的最初目的是将SCSI用最简单的软件接口驱动程序移植到IBM PC兼容系统上的CAMCommon Access Method公共访问方法委员会开始制订后来为人熟知的CAM规格在被ANSI X3T9委员会接受后正式定名为ATAAT AttachmentAT附加装置。ATA的第一个版本是迟至1994年才正式出版的ASNI X3.221-1994即ATA-1其主要特色为 ATA是一个单纯的硬盘驱动器接口不支持除此以外的接口设备譬如光盘驱动器 16位并行传输采用40针连接器和电缆数据线长度不得超过0.46米18英寸最多只能接两个硬盘驱动器遵守主/从配置 最高突发数据传输率为8.33MB/sPIO模式2但受PC/AT系统ISA总线的性能限制其最大数据传输速率为4MB/s 受限于PC/AT系统的BIOS每台硬盘驱动器的最高容量为528MB。 双重身份的ATA-2 1992年ANSI X3T10委员会开始草拟ATA-2规格不过在此之前ATA接口与PC/AT系统BIOS留下的容量限制已经开始制约硬盘驱动器的发展于是通过收购 Tandon而变身为硬盘供应商的Western Digital联合一些生产抽取式媒体如CD-ROM的存储设备厂商提出了Enhance IDEE-IDE规格而Seagate则提出了大同小异的Fast ATA后来是Fast ATA-2规格两者都被1996年通过的ATA-2标准ANSI X3.279-1996所采纳。ATA-2与原ATA标准相比增加的主要功能包括 支持4台存储装置包括CD-ROM等抽取式媒体存储设备而不再局限于硬盘驱动器 取消3针电源连接器代之以2.5英寸驱动器的44针信号/电源连接器 PCMCIA设备支持68针 由于有了更快的VESA局部总线VL-Bus定义了最高突发数据传输率达16.6MB/s的PIO模式4PIO-4和多字DMA模式2Multi-word DMA-2 定义驱动器容量支持高达137.4GB也就是2001年被突破的137GB容量限制对容量达8.4GB的驱动器定义了标准CHS/LBA变换方法。 1995年X3T10委员会就开始酝酿ATA-3规格到1996年4月转交X3T13委员会负责最 终版本号为X3.298-1997。ATA-3与ATA-2的性能规格完全相同但增加了著名的自我监视分析及报告系统Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology即S.M.A.R.T.。 Ultra ATA时代 为了将CD-ROM驱动器和磁带机等传统的SCSI设备移植到ATA接口上ATA-4定义了包命令 即现在常说的ATAPIAT Attachment with Packet Interface带有包接口的AT附加装置整个标准的全称则是ATA/ATAPI-4NCITS 317-1998。从此ATAPI不再只是ATA的一个辅助接口而是完全融入进来这提升了ATA用作许多其他设备接口的地位。 ATA/ATAPI-4最重大的改变是率先引入了时钟信号上升沿和下降沿都触发数据传输的双沿传输 DT原理与我们现在熟知的DDR相同技术得以在运行频率不变的情况下将传输速率提高到33MB/s即我们常说的Ultra ATA/33或Ultra DMA/33。由于PIO模式已不能达到如此高的传输速率快速的DMA模式开始占据主导地位。为适应传输速率的提升CRC校验也得到了采用。 此外ATA/ATAPI-4还增加了命令重叠和命令队列以提高设备的处理能力而Format Track等过时的命令则被抛弃。 ATA/ATAPI-5的主要变动是加入了传输速率达66MB/s的Ultra ATA/66由于运行频率提高了一倍在ATA/ATAPI-4中定义为可选的40针80线电缆成为了必备。 ATA/ATAPI-6除了将传输速率提高到100MB/sUltra ATA/100之外还支持48位LBA寻址从而使ATA硬盘能够突破137GB的容量限制达到惊人的144PB。 SCSI vs. ATA不平等的较量 在硬盘接口的层面上SCSI与ATA孰优孰劣多年来一直是各自的拥护者热衷讨论的话题。虽然两种技术具有很强的互补性彼此不能完全替代但在二者重叠的中间区域譬如低端SCSI硬盘与高端IDE硬盘还是经常会有究竟哪个更好的疑问。 最早的SASI规格书只有短短20页以现在的标准来看当然是非常简陋但与几年后AT接口问世时的“ 偷工减料”据说当初WD仅用三天时间就完成了接口规范的设计相比还是显得完善许多。从缔造者的初衷来看这并不难理解——前者定位于高性能的系统级接 口后者则以降低硬盘系统成本为首要目标。 SCSI从一开始就采用了独立的总线设计而不仅是硬盘的接口最初的ATA则仅有基本的总线逻辑—— 简单的取自ISA总线直到更为复杂的PCI总线出现之后才逐渐丰富起来但其接口特性仍无法与同期的SCSI相提并论——尤其是SCSI在SCSI-3 推出后更上层楼所涉及的范围已远非ATA能够比拟。不过如果将讨论范围限制在机内In-box存储的硬盘级接口Ultra ATA与并行SCSISPI还是具有一定可比性的。 接口 在接口的层面上SCSI可谓占尽优势。 连接能力 进入Ultra3时代之后作为硬盘接口的SCSI总线宽度固定为16位单一通道所能连接的设备数量也达到了15个而ATA接口的位宽虽然从一开始就 是16位但每通道所能连接的设备只有2个——这意味着即便是双通道的ATA也无法与单通道的SCSI相提并论双通道SCSI的30个设备更是想也不敢 想的。 此外ATA的连接距离不足半米尚不及SCSI的十分之一。 适配器 最初的ATA采用PIOProgrammed Input Output可编程输入输出传输模式每一个I/O操作都要在CPU控制下进行CPU占用率极高——在硬盘读写数据时整个系统几乎停止响应而 Ultra ATA的出现不仅提高了接口传输率还标志着DMADirect Memory Access直接内存访问模式一统天下——系统通过DMA控制器与接口设备沟通从而大幅度降低了对CPU的占用。相比之下SCSI得益于总线控制能 力较强的适配器对CPU的依赖程度始终很小。 线缆 很多技术都是SCSI首先采用但ATA也有走在前面的时候双沿传输和CRC校验就是一例——1997年的Ultra ATA/33比1998年的Ultra160 SCSI整整早了一年。不过后来的事实表明如果不使用双沿传输在传统的40线ATA电缆上基本上得不到33MB/s的传输速率而最终运行频率提高至 16.6MHz的Ultra ATA/66还是改用了增加40根地线的设计反观SCSI运行频率很轻易地就能达到40MHz应付80MB/s的传输速率根本无需双沿传输归根结 底还是LVD线缆的潜力更大。至于CRC校验也是出于保证数据传输完整性考虑的设计 Ultra ATA出错的风险较大所以先采用。 硬盘 对硬盘而言SCSI和ATA不过是两种接口逻辑而已与决定其性能表现的HDA磁头/盘片组件和控制器设计没有必然联系。 在1998年以前很多硬盘产品都有ATA和SCSI两个版本——HDA和控制器是一样的只是接口逻辑电路不同而已。由于ATA的接口逻辑明显比SCSI来得简单因此就单个硬盘的性能表现而言ATA版本通常要好过SCSI版本。 不过性能最高的硬盘始终出自SCSI一方再好的ATA硬盘也只能在低端SCSI硬盘面前耍耍威风 这是因为SCSI硬盘整体上总是拥有更高的主轴转速、更短的寻道时间和更大容量的缓存也就是说优势仍然来自于HDA和控制器。而之所以会出现这样的 情况根源仍然在于SCSI是以性能为主要导向高端用户愿意为一流的性能付出相应的代价比较而言ATA首要考虑的则是成本即以尽可能低的价格获得 够用的性能。从这个层面上说就算我们把最快的硬盘目前是15000RPM改造成ATA接口并证明这样做能获得更好的单机性能也不会有多少人买账 因为顶级转速对应的顶级价格与ATA接口的低成本特性是相背离的。 多工能力 在DMA传输模式得到广泛应用之后SCSI设备在CPU占用率上的优势基本不复存在但ATA设备在很多情况下仍然表现出对系统性能的拖累而且与存储设备本身的速度没有太大关系。 这就涉及到接口的多工操作能力。顾名思义多工操作能力就是多个至少2个设备共同工作的能力。虽说 PC这样的个人系统对多工操作能力的要求不算苛刻但在光驱早已必不可少的前提下硬盘和光驱各一台显然是存储子系统的最小配置而在中高级用户中拥有第 二光驱譬如刻录机或硬盘者也不在少数——如果这3或4个设备都采用ATA接口且系统中仅有一个标准的双通道控制器通常都是如此那就必然要面对单 通道容纳2个设备的情况。 问题在于ATA通道是独占式的一条通道内主Primary设备具有优先使用权但不论哪个设备占 据通道在其完成操作并释放通道控制权之前另一个设备都不能访问——如果你希望一个ATA设备处于随时可投入使用的状态那么它所在的通道就不要有其他 设备这也是我们一再强调ATA设备所在的是“通道”而非“总线”的原因。 让我们举一个例子来说明SCSI和ATA在多工操作时的区别。上图左侧是连接到主机上的一条并行数据 线这条总线SCSI或通道ATA串联着两块硬盘在主机的控制下从其中一块读取数据再写入到另一块。数据从源盘的盘片上读入缓存沿总线或通 道传输至主机的内存然后再沿总线或通道传输至目标盘的缓存并写入其盘片。 由于盘片到缓存的速度明显低于缓存沿总线或通道至主机的速度因此这两个设备都不可能在总线上形成 持续的数据流。就SCSI而言源盘把缓存中的数据一次性传送至主机后总线就被释放出来在源盘等待缓存被填满的时候已被读入主机内存的数据就可以通 过总线进入目标盘的缓存而当目标盘将这些数据写入盘片的时候总线又被释放出来供源盘使用。因为有了这种调度功能基本上杜绝了总线空闲但其他设备又不 能使用的浪费现象。 ATA就不同了源盘一旦接到传输一批数据的指令就会完全占有通道直至将这批数据全部读入至主机内 存即使通道因缓存正等待填满而空闲也不能释放出来供目标盘使用而到了向目标盘写入数据时通道也被独占源盘虽然无所事事但却无法响应主机的其他请 求。这种低效率使用公共资源的方式不仅延长了整个传输的时间也使主机在此期间表现迟缓目前的操作系统对硬盘的依赖程度很高也就是在很多情况下性能 指标较低的SCSI硬盘在实际使用中表现好过ATA硬盘的主要原因。 当两块硬盘各自占有一条总线或通道时就形成了附图右侧的星形点对点连接模型这种拓扑方式显然要优于共享总线或通道因为读和写可以同时进行。不过纵然如此也还是SCSI的表现更好——ATA硬盘在传输数据时即使通道暂时处于空闲状态主机仍然不能向其发送请求。 Ultra3 SCSI与Ultra160、Ultra320 1998年7月31日SCSI商业协会SCSI Trade AssociationSTA以Ultra3 SCSI的名字批准了SPI-3与Ultra2 SCSI相比Ultra3 SCSI新增了5个主要特性。 双沿传输Double TransitionDT时钟信号上升沿和下降沿都触发数据传输而不是以往的只在一端触发从而在时钟频率不变的情况下将传输速率翻倍这种双沿 触发技术今天已经广为人知——DDRDouble Data Rate。DT的应用让Ultra3 SCSI能够以Ultra2 SCSI的时钟频率获得两倍的传输速率(160MB/s即Fast 80)。 CRCCyclic Redundancy Check循环冗余校验大家都很熟悉的技术保证高速数据传输的可靠性。 域验证Domain ValidationSCSI历史上产生的规范很多彼此之间又要保持兼容因此一条SCSI通道内速度规格不同的设备并存是很常见的事情于是 SCSI适配器在加电之后所要做的第一件事就是轮询通道内所有设备并记录下它们各自声明支持的最高传输速率留待以后使用这个过程被称为协商。 协商存在的问题是“纸上谈兵”即获得的都是标称值而没有考虑到实际的线路情况特别是高速信号易受 线缆质量、长度和外部干扰影响而达不到最高速率导致传输出错。作为解决方案域验证规定SCSI适配器以设备声明的最高传输速率发送写请求数据在写入 设备内部缓存后再读出如果二者不一致则将传输速率降低一档重复该过程直到获得实际可用的最高传输速率。 QASQuick Arbitration and Selection快速仲裁及选中当多个设备争夺总线时SCSI适配器通常根据优先级ID号分配控制权即所谓仲裁。在仲裁过程中总线上没有 数据流动这种时间开销降低了总线的利用率加快仲裁速度则可以改善整个SCSI子系统的性能。QAS采用了减少仲裁次数的方法来做到这一点即等待总线 的设备在上一个占用设备释放总线之后立刻夺取控制权而不是开始新一轮的仲裁。这种类似于“抢线”的方式比原来的“论资排辈”有了很大进步低优先级的设 备总是在仲裁中出局容易导致“饿死”的情况得以改观。 封包传送Packetized Transfer也称Packetization或Packetized SCSI传统的SCSI将命令、数据和状态信息分别传送数据以最高的同步传输速率传送譬如Ultra2 Wide SCSI为80MB/s是很正常的问题在于命令和状态信息的传送速率居然始终只有异步的区区5MB/s也就是说命令和状态信息的时间开销是一个常 量而随着SCSI同步传输速率的不断上升这种传输方式的弊端愈发明显——命令和状态信息开销所占比重越来越大效率迅速下降最终会让速度规格的提高 失去实际意义。 封包传送通过将命令和状态信息与数据一起打包也称为信息单元即Information UnitsIU传送的方式大幅度降低了由命令和状态信息产生的时间开销为同步传输速率的进一步提高创造了条件。此外封包传送还允许多个I/O过 程通过单个物理连接完成而无需为每个I/O过程建立/断开连接。 在增加新特性的同时Ultra3 SCSISPI-3还做了些“清理门户”的工作——废弃了32位总线宽度和SCAMSCSI自动配置这两个从未真正实现过的特性因LVD的出现 而不再具有意义的HVD高电压差动被移去Narrow8位模式也因Fast-80的出现而开始成为历史。 Ultra3 SCSI这个名字的继承性很好应该算是SCSI商业协会的一大贡献。然而SCSI商业协会居然允许将实现5个新增主要特性的任意子集的设备包括适配 器冠以“Ultra3 SCSI”的名号这意味着不能保证两个“Ultra3 SCSI”设备拥有同样的特性如此一来Ultra3 SCSI岂不是形同虚设 为了避免可能由此引发的混乱Adaptec和Fujitsu富士通、HP惠普、LSI LogicLSI 逻辑、Mylex、QLogic、Quantum昆腾迅速于1998年9月14日共同推出了基于Ultra3 SCSI的Ultra 160/m SCSI规范顾名思义双沿传输160MB/s肯定是采用了m取可管理性manageability之意——代表CRC和域验证至于实现难 度较大的QAS和封包传送则没有包括在内。取舍得当和众多厂商的支持使Ultra 160/m SCSI顺利地成为Ultra3 SCSI的标准子集并从2000年起以Ultra160 SCSI这个更易被人接受的名字统治市场至今。 根据存储接口传输率每两年就要翻番的规律SPI-4——即Ultra320 SCSI在2000年浮出水面也就顺理成章。Ultra320继承了Ultra160的三大特性其中速度规格因为时钟频率的翻倍而提高到 320MB/s。新特性当然是不可缺少的封包传送已成为必备QAS则仍是可选此外还增加了ISIIntersymbol Interference Compensation码间干扰补偿等8个必备或可选项见下表。 Ultra320 SCSI 新增特性表 必备特性 可选特性Information unit transfer(IU transfer)即封包传送QAS(Quick Arbitration and Selection)Free-running clock(FRC)即ISI补偿SCSI bus fairness(fairness)即总线公平Training patternFlow Control流控Skew compensation of data signals relative to the clock signalAAF(Adaptive Active Filter)也称receiver equalization with filteringTransmitter pre-compensation with cutbackAIP(Asynchronous Information Protection) 根据IBM提供的资料如果还使用传统方式Ultra320 SCSI的实际数据输出能力上限也就是200MB/s左右使用封包传送之后则可以提高至300MB/s因此该特性必不可少而对4KB以下的小块数据 传输来说传送命令、等待仲裁等额外开销占据的比例很大在前者已经得到解决的情况下QAS的应用可以进一步提高效率。新增的8项里面用于管理 Flow Control和SCSI bus fairness及纠错AIP的只占一半不到其余5项全都与改善传输质量有关可见随着运行频率的攀升并行总线已经难堪其负。 对可选特性的支持取决于设备制造商譬如Maxtor的Atlas 10K Ⅲ-Ultra320和Atlas 10K Ⅳ就支持包括AAF在内的全部5项可选特性。据Maxtor美国总部高端存储部门市场推广副总裁John Joseph先生介绍Ultra320 SCSI其实就是Ultra640 SCSISPI-5的降速版本——反过来说Ultra640 SCSI除了将最大传输速率提高到640MB/s之外不会再增加新的特性。 Serial ATA引发串行诱惑 20年前由于各种相关元件的工作频率较低并行传输成为提供足够带宽的首选方式而得益于传输能力与 数据宽度的正比关系SCSI在将数据总线由Narrow8位拓宽至Wide16位后很轻松地实现了传输速率的翻番。不过数据宽度的提高是通过增 加信号线和连接器插脚来实现的必然会导致复杂度和成本的上升典型的例子就是SCSI向32位发展的尝试以失败告终而ATA从一开始就将数据宽度定为 16位历史表明这的确是成本与性能两全的选择。 然而随着工作频率的提高并行传输的弊端开始显露同步和时序控制的难度越来越大各传输线之间的相互 干扰也愈发严重——尤其是后者会导致传输距离的缩短。对于ATA来说0.46米的线缆长度限制也许无所谓但1.5米8个单端装置的连接能力显然不能 满足SCSI的要求好在SCSI一开始就预留下足够多的地线很容易改造为抗干扰能力较强的差动模式才有了12米数据线连接16个LVD装置的规 格。 串行接口初试莺啼 无论如何在连接距离、设备数量、热插拔支持等方面具有先天优势的串行接口对“求贤若渴”的SCSI还 是充满了诱惑SCSI-3架构对IEEE 1394、Fibre ChannelFC即光纤通道和SSASerial Storage Architecture串行存储架构的吸纳就证明了这一点最终FC-ALFibre Channel-Arbitrated Loop光纤通道仲裁环路在Seagate的力推之下从竞争中胜出。不过由于FC-AL系统的价格高高在上且其长距离连接的能力对机内In- box存储而言也并非必须传输速率快速翻番的并行SCSI接口SPI仍然在市场份额上占据统治地位。 串行的突破口随即转向先天不足的ATA。虽然Ultra ATA/33凭借DDR技术得以在时钟频率不变的情况下将传输速率提高一倍但再往上发展就必须同步提高时钟频率传统的40针-40线连接抗干扰能力差 的弱点便凸现出来——传输速率达到44.4MB/s时就会出错于是Intel想到了IEEE 1394。 IEEE 1394的速度虽然比Ultra ATA/33快不了多少但还有很大的上升空间而其连接能力更不是Ultra ATA所能够比拟的。不过以Quantum为首的硬盘厂商才不这么想它们觉得Ultra ATA尚有相当潜力可挖于是就在40针40线的基础上增加了40根地线——变成40针80线的结构抗干扰能力得以提高可以达到66.6MB/s 或更高的传输速率。由于只是线缆发生了改变而连接器得以保全个别针脚定义的改变除外付出的代价不大Ultra ATA/66就这样轻松地断绝了IEEE 1394的磁盘接口之路。 很多时候都是这样在旧有技术还没到山穷水尽的时候其所代表的利益集团对于需要另起炉灶的新技术总是 抱有抵触情绪——厂商会从保护现有投资的角度出发去改善旧有技术多数用户也更喜欢改良而不是变革在这种情况下新旧之间往往没有绝对的优劣可言—— Ultra ATA与IEEE 1394即是一例。 Serial ATA横空出世 40针80线的设计至少可以承载133MB/s的传输速率可再往后呢类似SCSI的LVD是不可 取的——线缆成本先放在一边40根针就已不存在改造空间再说Ultra ATA的架构也不能满足未来应用对连接能力及效率的要求。未雨绸缪新一代接口的规划就这样展开了。 2000年2月15日Intel在春季IDF上公布了Serial ATA接口的开发计划这种新型接口采用串行点对点连接细而长的线缆可以有效地改善系统内部的气流和布局传输速率从1.5Gbps采用8b/10b 编码折合150MB/s起步在架构先进性和发展潜力都优于Ultra ATA的同时还保持软件兼容是一个理想的替代方案。Serial ATA工作组包括了从控制卡APT Technologies、硬盘Maxtor、Quantum及Seagate到系统Dell、IBM在内的各主要厂商并预期于2000年下 半年发布详细规格。 SATA连接器示意图左侧为7针数据右侧为15针电源 在Serial ATA简称SATA的诸多特性中最有意义的是架构上的革新。并行SCSI和ATA数量繁多的信号线和接脚决定了它们只能采用总线共享或独占式的 拓扑结构而SATA就不同了——仅有2对数据线一对发送一对接收250mV LVD信号和7根接脚3根地线大大节省了板上的布线空间使点对点连接每个设备独享全部带宽没有总线仲裁/冲突的开销类似于上上页附图右 的星形拓扑结构成为可能。此外SATA还具备热插拔能力成本也比并行ATA更低。 前景虽然美好但成为现实尚需时日。不甘寂寞的硬盘厂商在Quantum的带领下于2000年年中推出了被很多人看做是最后一代并行ATA规范的Ultra ATA/100然而SATA并没有很快到来。 波澜过后前景光明 光阴似箭转眼一年时间过去了Intel终于在2001年春季IDF上放出话来秋季IDF发布最终的SATA 1.0规范。 其实2000年11月21日Intel就已发布了SATA 1.0草案不过SATA走向实用阶段的条件还不具备 一方面系统总线存在瓶颈。按照Intel的想法SATA将首先以PCI适配卡的形式出现然后才 会集成到芯片组中去。问题是普通PC的PCI总线仍是带宽只有133MB/s的PCI-32/33还没有SATA接口的速度快纵使芯片组集成SATA 接口少说也得2个吧Intel芯片组MCH与ICH间Hub-Link 266MB/s的带宽已经不够更别提与Ultra ATA相同的4个了。虽说SATA的星形有总线不能比拟的优势但在上行带宽不足的情况下被抵消了不少而且有瓶颈存在的话终归腰杆不硬。 另一方面设备供应商也持观望态度。Seagate在2000年秋季IDF上演示了第一块SATA硬盘 可大家都知道其实是Ultra ATA/100硬盘加上APT的转换板有效率损失还不如纯粹的Ultra ATA/100再说作为并行ATA的替代者主板芯片组不集成SATA接口的话怎么能够普及何况Ultra ATA/100还没到成为瓶颈的时候也乐得让它发挥余热。 就在SATA进展缓慢之时Maxtor于2001年7月31日发布了Ultra ATA/133目标直指Ultra ATA/100与SATA之间的空当——既比前者快又打了PCI总线的擦边球。 其实要以接口速度倍增的一贯规律来论Ultra ATA/100的天下本来就该是Ultra ATA/133的。不过作为SATA工作组元老之一的Maxtor本意可不是为Ultra ATA/133讨回公道而是借此提高自己在业内的影响——反正SATA还没有动真格的不是Promise、VIA等一些厂商也乐得有个推出新产品的由 头。看清了这个形势就不难理解其他硬盘厂商和Intel的不为所动——Ultra ATA/100肯定能坚持至SATA赶到Ultra ATA/133注定是一个厂商标准。 Barracuda ATA ⅤS的SATA连接器 2001年8月29日Intel果然如约发表了SATA 1.0规范。如同打开了尘封已久的大门硬盘厂商们积蓄已久的热情立刻爆发出来到了2002年2月25日春季IDF召开之日Maxtor、 Samsung、WD和已退出台式机硬盘领域的Fujitsu富士通都以本机NativeSATA接口的硬盘参加了互操作性演示Seagate 的Barracuda ATA ⅤS更是在6月24日宣布成为第一款量产的本机SATA硬盘预计在第三季度末上市。 虽然有消息说Samsung将在第三季度推出的单碟80GB产品中采用Ultra ATA/133接口但SATA的腾飞之势已不可阻挡。毫无疑问随着Intel等厂商推出集成SATA接口的主板芯片组SATA必将成为2003年的热门话题。 并行SCSI之总线危机 前面已经说过总线——从逻辑到线缆——是SCSI相对ATA的优势所在。LVD真是个好东西不然 Ultra640 SCSI也无从谈起可再往后怎么办前途渺茫。尤其是看到行将就木的Ultra ATASCSI相关厂商不免有兔死狐悲之感无论SPI多么完善毕竟并行总线可供压榨的余地不大了…… 虽说只是Ultra3 SCSI的一个子集但Ultra160 SCSI干净利落地结束了多种并行SCSI规范共存的混乱局面为SCSI设备主要是硬盘的高速发展创造出相当有利的条件。不过在Ultra160 SCSI的辉煌背后Ultra320 SCSI继任的步伐却显得格外艰难。 2000年11月2日Adaptec、LSI Logic和Seagate宣布在各自的产品开发中采用Ultra320 SCSI SPI-4草案规格。2001年3月Seagate推出了支持Ultra320 SCSI的Cheetah X15-36LP硬盘某些磁盘阵列厂商已经开始计划在8月推出采用Ultra320 SCSI技术的产品。6月4日的“Computex台北2001”上LSI Logic现场演示了Ultra320 SCSI样卡并计划在2001年第四季度开始供货而Adaptec的网站上也已经可以查到Ultra320 SCSI控制芯片AIC-7902的资料了一切看起来都是那么美好。 然而曾经的诺言没有兑现目前比较乐观的消息是Ultra320 SCSI将于2002年8月起进入实用阶段。 Ultra320 SCSI怎么了 提速势在必行 在2001年ATA硬盘的持续传输率不超过50MB/s接口是Ultra ATA/100SCSI硬盘的持续传输率在60MB/s左右接口是Ultra160 SCSI。既然实用速度缓存到控制器的短暂突发不能算由传输链中最慢的环节决定在ATA硬盘都不需要Ultra ATA/133的情况下短期内还有向Ultra320 SCSI升级的必要吗 先温习一下吧。在ATA独占通道的工作方式中每个设备要么拥有全部带宽要么一无所有SCSI则是共享总线每条总线内最多可有15个设备512个LUNLogical Unit Number逻辑单元号带宽在争用总线的设备间分配。 现在回到正题。SCSI总线用满的可能性不大——即便都是低速的扫描仪或磁带机等设备SCSI总线上 只有一个设备的用法又太过浪费毕竟多工才是其优势所在。高速SCSI总线上多个设备并存的最典型应用是RAIDRedundant Array of Inexpensive Disk廉价磁盘冗余阵列而对于0、1和5这三个最常见的基础RAID级别来说分配到每块硬盘上的读写任务都是一样的也即它们要均分总线带宽。 那么一条SCSI总线上连接几块硬盘比较合适呢业内广为接受的是——至少4块拿160MB/s除以4才是每块Ultra160 SCSI硬盘的可用带宽。 Quantum在2000年第四季度发布的Atlas 10K Ⅲ持续传输率可达55MB/s——Ultra160 SCSI应付3块刚刚够产生对Ultra320 SCSI的需求自然顺理成章。 遭遇多方掣肘 虽然2001年上半年Seagate、Fujitsu和IBM先后发布了支持Ultra320 SCSI的硬盘但下半年充斥市场的还是Ultra160 SCSI的型号Ultra320 SCSI型号在2002年年初才陆续出现。 在整个Ultra320 SCSI的生态环境中硬盘的命是最苦的。支持320MB/s的传输速率不是仅仅把缓存芯片16位从8ns换成6ns就能完事的接口相关的控制电路 也要同步跟上才行。然而与适配器不同的是Ultra320 SCSI硬盘提高的接口传输能力得不到充分的利用——总线大家都要用平均每块硬盘只能分配到四分之一或更少的时段进行接口传输远不及Ultra ATA的独占通道来得痛快不免让人有浪费的感觉。注好比一辆时速320公里的跑车却只能全速开一分钟然后停三分钟反而不如一辆始终以80公里时速前进的普通汽车。 接着是对诸多新增特性的支持硬盘和适配卡都要为此花很大的工夫譬如测试以保证兼容 性Adaptec和LSI Logic的适配器芯片还均采用RISC处理器来负责系统接口与SCSI通道的控制。不过这两家芯片制造商并不认为自己应该对Ultra320 SCSI的延期负责——硬盘和系统总线要先行嘛。 在服务器/工作站中称雄一时的66MHz PCI-64总线的533MB/s带宽仅能满足单条Ultra320 SCSI通道的需求两条通道就会遭遇瓶颈。可提供1.06GB/s带宽的PCI-X总线倒是没问题但在2001年的市场上几乎找不到这样的主板少数 颇为高端的服务器才有。既然如此与其勉强改用单通道Ultra320 SCSI还不如保留效果相当且对硬盘接口要求不高的双通道Ultra160 SCSI。 末路狂花 2001年第一季度末装备PCI-X插槽的主板和采用Ultra320 SCSI接口的硬盘开始涌现适配器随之启动到6月份Adaptec和LSI Logic的Ultra320 SCSI适配卡或芯片都已正式亮相后者还推出了RAID卡Ultra320 SCSI马上就要从盼望变成现实了。 2002年中期的SCSI-3架构模型协议层与互连层比初期丰富了许多Infiniband和iSCSI都加入了进来。不过下一页要介绍的是右下角的SAS它将要取代左下角的SPI 不过Ultra320 SCSI毕竟耽搁了一年这使它在投入使用时就要面对成为瓶颈的危险——Seagate将于第四季度批量供货的Cheetah 15K.3持续传输速率可达75MB/s4块这样的硬盘需要300MB/s的带宽已经与Ultra320 SCSI的实际能力相当因此开发新一代的接口规范迫在眉睫。SCSI商业协会和ANSI T10技术委员会已经就Ultra640 SCSISPI-5工作了一段时间但这种并行总线架构显然不具备再度带宽翻番的能力与其坐视其山穷水尽不如未雨绸缪着力开发新型接口。从这个 角度上看Maxtor提前放弃Ultra640 SCSI转而投入到Serial Attached SCSI开发的决定显然是顺应潮流之举。 SAS——三位一体的杰作 虽然FC-AL已经与Ultra160 SCSI在硬盘的价格上持平但FC适配器、线缆等相关设备的昂贵使其不适合作为并行SCSI的串行替代者——业界希望获得的是一个性能、可靠性、机外 outside the box连接能力和成本均优于并行SCSI且具有相当发展潜力的机内设备接口。如果说将SCSI的指令集嫁接到Serial ATASATA的物理层上只是走了个捷径那么对FC-AL的借鉴则充分显示出业界对Serial Attached SCSI寄予厚望。在2004年实现产品化的目标驱动下SCSI商业协会SCSI Trade AssociationSTA和ANSI T10技术委员会的工作卓有成效。 2002年6月中旬时任Maxtor公司高端存储部门市场推广副总裁的John Joseph先生向笔者分析SAS的特点 2001年11月26日Compaq、IBM、LSI Logic、Maxtor和Seagate宣布成立Serial Attached SCSI工作组目标是将并行SCSI与Serial ATA的优点相结合定义一个新型串行点对点的企业级存储设备接口。Adaptec、Fujitsu、Hitachi、QLogic、 ServerWorks和Western Digital也主动表示了对Serial Attached SCSI工作组的支持。这条消息获得了广泛的关注但基本上只能局限于新闻稿所提供的内容。 12月SCSI商业协会董事会一致决定接纳Serial Attached SCSI并全力支持该技术的发展和推广。2002年1月16日SCSI商业协会年会期间双方的市场和商业发展团队在休斯顿敲定了合作的细节即由 SCSI商业协会负责Serial Attached SCSI规格的市场需求和工业推广。到2月4日正式发布时工作组的成员数量已经因Dell等公司的加入而达到了20个之多。 三人行必有我师 并行SCSI的优点在于完善的命令集SATA的长处则是串行的物理层Serial Attached SCSI正是将这二者结合在一起。由于FC、IEEE 1394和SSA的存在Serial SCSI串行SCSI已不能作为专有名词而加上Attached则不仅解决了这个问题也可体现出对SATA的尊重。 同样的物理互连部分让Serial Attached SCSI串行连接SCSI简称SAS支持SATA设备成为可能反之则不行此外它还吸取了FC的一些优点。Serial Attached SCSI网站上一份14页的PDF文档提供了SAS与SATA、并行SCSI及FC-AL的主要特性对比表见表但并未涉及较为深入的技术细节。 Serial Attached SCSI与其他三种接口规格对比 SATA 并行SCSI SAS FC-AL 连接能力寻址设备数量 1 16 128 128(16M)距离米 1 25 10 10k双端口支持 否 否 是 是拓扑结构 点对点 共享总线 点对点/Expander 仲裁环/fabric 性能指标传输率MB/s 150 300 600 320 640 150 300 600 100 200 400双工Duplex 半双工 半双工 全双工 全双工运行协议 ATA SCSI SCSI SCSI 注最初SAS以1.5Gbps150MB/s起步2003年后改为3.0Gbps300MB/s Maxtor公司高端存储部门市场推广副总裁John Joseph先生来到北京给记者提供了这样一个机会——SAS的网站上有这位SCSI专家的“语录”向他请教相关的问题肯定错不了。就在法国队被淘汰出 世界杯的那天下午John Joseph先生告诉记者SAS不仅仅是在SATA的物理层上使用SCSI命令集那么简单它还增加了Dual Port双端口、Switch交换和WWN这三个从FC引入的特性即所谓FC LikeSAS规格介绍见下页。 新接口坐二望一 在SATA的电气接口上建立类似于光纤路径的交换架构运行的又是SCSI命令集SAS可谓博采三家之长。那么它是否具备接替并行SCSI的能力又会对FC-AL产生怎样的影响呢 干掉并行SCSI 把SCSI命令集传授给SAS的目的就是要让并行SCSI“含笑九泉”这个任务完成得怎样呢现在看来SAS从SATA和FC-AL那里学来的几手还真管用 点对点连接的距离虽然短了但在Expander的帮助下连接距离和设备数量都已能满足使用要求特别是主干带宽可以很容易地达到600MB/s4个物理连接——这可是并行SCSI的Expander做不到的 除了在连接SATA目标设备时需要进行STP到SATA的转换Expander对SSP和STP只做转发处理其内部产生的延迟非常短与并行SCSI花在总线争用、仲裁上的开销相比可以忽略不计 双端口和多连接路径的设计提高了容错能力 SAS的串行接口在成本和使用方便性上都具有明显优势对设备接口的要求也没有那么苛刻——带宽都是独享设备可以根据自身的实际性能决定是否提高接口传输率。 SAS现在已被业内所有的主流厂商认可为并行SCSI的替代者2004年起接班看来不会有什么问题。 冲击FC-AL 根据Maxtor对企业级硬盘市场的预测FC-AL的市场份额将从2001年的8%稳步增长至 2004年的17%然后在2005年降为15%2004年还是SAS的“好日子”而2005年其份额将从3%提高至9%。预期的一升一降绝对不是巧 合“SAS now viewed as viable serial alternative”现在看来SAS是可行的串行选择含蓄中蕴含着杀机。 为了说明FC-AL存在的问题John Joseph先生用铅笔画了一个代表FC-AL的双环路上面均匀地分布着6块Atlas 10K Ⅲ-Ultra320以其55MB/s的持续传输率这个双环路200MB/s的带宽在4块硬盘的时候就不够用了又是4块。即使FC-AL的带宽还 有提高余地但是对于其127个(实际使用要超过40个)设备的连接能力来说还是远远不够的。 FC-AL上面跑的命令集也是SCSI它在与并行SCSI的高端之争中取胜靠的是连接距离长、容错能 力强双端口双环路、设备间平等、全双工和串接数目多但在SAS面前这诸多优势仅剩一项10公里的连接距离对硬盘来说似乎也意义不大拓扑结构、 可用带宽和成本方面还处于劣势逐渐将硬盘市场让出是可以预期的。 从企业级市场对机内和短距离机外连接的要求来看草拟中的SAS已经交出了一份令人满意的答卷FC以后则会更专注于长距离连接。 虽然SAS工作组仍将FC奉为高端的选择但也提到“FC对内部存储来说太昂贵了”。相信从2004年起即便是FC SAN在硬盘的选择上也会更倾向于SAS——内外都是串行SCSI做个转换罢了。 SAS初期草案规格简介 Serial Attached SCSI简称SAS草案的第一个版本于2002年4月25日问世5月6日ANSI T10技术委员会同意接受该草案并立即展开SAS标准的制订工作。记者最先看到的sas-r00a已经是SAS草案的第四个版本了目前参考的则是 sas-r00f。一个多月的时间先后推出6个版本T10技术委员会的工作效率的确值得钦佩。 sas-r00f的正文部分有240页sas-r00a也要213页好在我们关心的主要规格基本都在前50页。 交换架构 SAS的域、设备及端口完全继承了SCSI和ATA的相应概念。虽然接口和线缆的电气规格取自 SATA但点对点连接的距离延长至10米而连接对象也不再局限于启动设备可理解为适配器或目标设备可理解为硬盘或光驱等还可以是 Expander设备。Expander设备可以理解为路由器它具有至少两个外部端口。根据路由能力复杂程度的不同Expander设备分为 Fanout输出和Edge边缘两类每个SAS域至多有一个Fanout Expander设备它能连接的Edge Expander、启动端口或目标端口不超过64个每个Edge Expander设备可连接的Fanout Expander设备不能超过一个可连接的启动端口或目标端口则可达64个。只有在SAS域里没有其他Expander设备时才允许两个Edge Expander设备互连。 SAS的拓扑结构 协议 SAS定义了3个协议SSPSerial SCSI Protocol串行SCSI协议、STPSerial ATA Tunneled ProtocolSATA管道协议和SMPSerial Management Protocol串行管理协议。其中STP为SATA增加了多目标寻址和多启动访问一个目标使SATA设备能够用在SAS环境中。在SAS域 中SCSI启动及目标端口均使用SSP而只有支持STP的启动端口才能够访问SATA目标端口——前提是该目标端口连接的Expander设备要具有 STP转SATA功能。 SAS的协议关系 全双工 SSP是个全双工Full Duplex的协议这对交换架构是必不可少的。单个物理连接可理解为一条SATA线缆内部的两对数据线分别用于发送和接收二者不能同时进行即 所谓半双工Half Duplex不过SAS允许两个设备间建立基于多条1、2……n物理连接可理解为SATA线缆的宽物理连接从而使全双工成为可能。 双端口 启动设备具有2个及以上的端口是很正常的但SAS还为目标设备定义了双端口Dual Port。启动设备和目标设备的多个端口都可以连接到不同的Expander设备从而提供更强的容错能力。 WWN WWN即World Wide Name全局名是分配给每个产品的一个8字节标识符其格式由IEEE定义并用以为每个产品在其安装网络中提供惟一的标识符在光纤路径中非常有 用。SAS草案一开始就定义了这个8字节标识符但名称一再改变——最新的版本是“SAS地址”。WWN被存储在非易失性存储器中由于8字节可以提供一 个相当大的地址空间因此通常使用WWN的子集来形成网络地址。Sas-00f的附录部分讲解了怎样在包含128个设备的系统中使用WWN但这不是我们 要讨论的内容。 SAS的内部连接和外部连接 根据使用环境的不同SAS连接器与线缆分为内部和外部两种外部连接器支持4个物理连接16根数据 线线缆的物理连接数目则在14个之间内部连接器支持2个物理连接双端口15针电源接口也做在一起共29针线缆的物理连接数目为1个或 2个双端口。背板作为一种特殊的内部连接方式支持2个物理连接双端口并提供电源接口。各种连接器和背板规范由小形状系数委员会Small Form Factor CommitteeSFF负责。 多元化未来 ATA与SCSI存在竞争关系吗在PC等个人设备领域SCSI无法与ATA竞争可在SCSI专注的服务器和网络存储市场ATA却总是想从低端打入获得增长。随着ATA抢先进入Serial时代曾经的梦想就快要成为现实。 作为一种廉价的存储解决方案Ultra ATA硬盘早在上世纪末就已悄然进军入门级服务器和网络存储市场。服务器中较为常见的是无专用处理器的“IDE RAID”只有简单的RAID0和1这两个级别以低成本实现基本的数据保护磁盘阵列则通常要先经过ATASCSI的转换再由专用处理器负责 0、1、5等RAID级别的运算将SCSI总线的多工能力与ATA硬盘极低的单位容量价格相结合。但无论哪种方式每条ATA通道只接一块硬盘即一个 ATA控制器带两块硬盘都是最基本的原则在宏观上等效于SATA点对点连接的星形拓扑结构。 在标准制定阶段对进展过于乐观是业内人士的通病现在回头来看SAS也不例外 有Ultra ATA开道SATA进军服务器和网络存储之路就平坦多了。得益于SATA极少的数据线和接脚数量LSI Logic推出了可连接6块SATA设备的MegaRAID SATA 150-6这块卡使用了3颗双SATA端口的SiI 3112芯片如果换成有4个乃至8个SATA端口的控制芯片开发中采用PCI-X接口其连接能力是并行ATA无法想像的。 不过此时的SATA已不满足于简单地取代并行ATA——它也看到了并行SCSI的不足之处——既然 SCSI阵营能看中SATASATA为什么不能在企业级存储领域有更大的作为终于2002年2月25日春季IDF上Serial ATA Ⅱ工作组成立的消息表明“他们一直在努力”。 似曾相识的SATA Ⅱ Serial ATA Ⅱ工作组的任务是开发SATA Ⅱ规范增强SATA在服务器和网络存储市场的竞争力并提供更高的信号传输率。规范的实施分为两个阶段 SATA Ⅱ第1阶段SpecⅡ P1——当前扩展 改进SATA 1.0以适应服务器和网络存储的要求 用于热插拔驱动器机架的背板互连方案 包括风扇控制、驱动器灯、温度控制、新设备通知等在内的机箱管理方案 本机命令队列、乱序执行/传输、数据分散/收集等性能增强以满足业内要求 预计2002年下半年确定服务器和网络存储特性2003年进入产品研发。 SATA Ⅱ第2阶段SpecⅡ P2——未来扩展 目标为300MB/s3Gbps的第二代信号传输率面向桌面和网络存储系统 针对更高端网络存储市场需求的改进 拓扑支持双主机主动失效保护即允许多启动设备 高效的大量设备连接能力 2003年下半年定义第二代信号传输率2004年下半年进入产品研发。 由于Serial ATA Ⅱ工作组亲自负责SATA Ⅱ规范而不是像Serial Attached SCSI工作组那样将制订权转交给类似于ANSI T10技术委员会的开放性组织如ANSI T13因此笔者对SATA Ⅱ的了解都仅限于只言片语 春季IDF期间一张SATA Ⅱ扩展连接能力示意图上出现了两个连接在SATA Hub姑妄称之作用应与SAS的Expander类似上的SATA设备其中一个还是双端口 6月份SATA官方网站上的一份PDF介绍了SATA应用于服务器和网络存储的9个模型其中多处提到了SATA Ⅱ RSMRouting/Switching/Muxing路由/交换/混合连接增强。 级联、路由、交换、双端口……这些都与SAS的规划何其相似 中间地带成变数 在存储行业被长期看好的大背景下竞争之火已经从配备61个以上硬盘的大型存储器领域烧向配备 3160个硬盘的中型和配备630个硬盘的小型存储器领域。基于ATA硬盘的低端存储设备在价格上对中小企业客户非常具有吸引力而SATA Ⅱ的构想可谓正逢其时也可以看做是EMC与NetApp这两大存储巨头加入SATA Ⅱ工作组的主要原因。 问题是SAS也已经看到了这块市场。由于物理层相同SAS对SATA设备的支持显得顺理成章而 STP则让单启动设备/目标设备的SATA具有了多启动设备/目标设备的寻址能力只要启动设备适配器支持STP、Expander设备能将STP转 换为SATA就可以构建一个完全基于SATA目标设备硬盘的SAS域。如果启动设备仅支持STP而不包括SSP的话成本还可以进一步降低。 总之SAS和SATA Ⅱ都可以让SATA应用于支持级联、路由和交换的相对复杂拓扑架构中然而最终会由谁来占领这块介于传统SCSI与ATA之间的领地尚不很明朗—— SATA Ⅱ在决心和预期的产品化时间上略占优势SAS则在多启动设备/目标设备寻址等技术层面上具有更为丰富的经验而Adaptec、LSI Logic、Maxtor、Seagate等身兼两个工作组成员的业内领导厂商也会对局势产生微妙的影响。虽然2002年6月10日Intel、 Dell和HP这三大巨头宣布将与SATA Ⅱ工作组和SCSI商业协会协同工作推进SAS和SATA这两个互为补充且互相兼容的存储标准但毕竟没有就二者的“领地”划分发表实质性意见。然而 最重要的并非哪方最终取胜关键是不要把SATA搞得过于复杂譬如硬盘驱动器有单/双端口之分才好。 奔向新的十年 SAS和SATA的物理层从诞生伊始就宣称其10年的Roadmap信号传输率也排到了2007年的6Gbps曾经困扰并行SCSI和ATA多时的发展问题得到了解决这是全面转向串行时代的最大收获。 在SAS工作组最初的规划书里有这样一个观点各种技术将继续沿着不同的分支前进既不会统一也 不能毫无瓜葛。SAS与SATA之间的关系可以算做例证——通用的电气和物理层接口增强了彼此间的联系但它们所针对的领域仍然存在着很大的差异—— SCSI一直与ATA平行发展串行化之后也不会改变。 当然在两种技术的接合部总要有新的动态这回是SATA大张旗鼓地向中低端服务器和网络存储领域进军 此乃市场需求多元化所导致的必然。上图是SAS阵营对未来机内存储设备接口走势的预期只是SATA进入主流存储市场的方式还存在变数。SATA和SAS 驱动器旁边的转速标记比较有趣虽然反映的只是市场现状但却揭示出了ATA与SCSI的本质区别——成本导向和性能导向。 忘记ATA与SCSI孰优孰劣的无谓争执吧明白自己的需求并投入到未来十年中去才是我们应该做的。
