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SAS想要取代谁?(SAS挺进中端存储系统之二)

简介:
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以现在的眼光来看,FC并不太适合磁盘阵列(存储系统)内部的存储互连。没错,串行技术、交换架构、高效的FCP协议和长达10公里的连接距离,FC的上述优势直到今天也不过时。然而,作为磁盘阵列内部存储互连的FC,却是个大打折扣的“缩水版”。
我们知道,复杂带来的高成本是FC最大的问题。以FC技术的复杂性,要在硬盘驱动器层面上实现对交换架构的支持,代价是非常高昂的,而磁盘阵列的内部连接也用不上10公里这么“夸张”的参数。因此,硬盘驱动器的所谓“FC”,其实是FC-AL(Fibre Channel Arbitrated Loop,光纤通道仲裁环路),经铜缆(机箱之间才是光纤)连接成一个环路,通过相对完善的仲裁机制共享带宽。一个仲裁环理论上可以连接127个设备,但受制于带宽,容纳的磁盘驱动器通常不到这个数字的一半。
挺进中端存储系统,SAS走上夺权路
FC的三种拓扑结构:交换式网络(Fabric,左)、仲裁环路(Arbitrated Loop,右)和点对点(下)
然后,一个个的仲裁环,再通过环路交换机联结在一起,组成一个半交换的架构。当然,这个架构比起并行SCSI的总线架构是强多了,但也正体现出缔造时“先解燃眉之急”的思路。降低成本的初衷是好的,但在中端磁盘阵列都动辄装备数百台硬盘驱动器的今天,这种半交换架构导致系统的复杂性大为增加,而且性能瓶颈俯拾皆是。
其中最明显的问题就是带宽严重不足。目前主流的FC硬盘驱动器,顺序传输率平均(且不说最大)在80MB/s上下,一个4Gb/s的环路(硬盘驱动器最早也要2009年才能支持8Gb/s FC)连接5个就用满了,但在实际设计时,也只有高端磁盘阵列才会如此慷慨……因此,眼下的中端磁盘阵列,在带宽型应用上都没有太突出的表现——至少,瓶颈不在硬盘的机械结构上!
挺进中端存储系统,SAS走上夺权路
FC磁盘阵列后端连接示例,每个FC-AL驱动器环路至少连着32个硬盘驱动器(共享4Gb/s带宽,合400MB/s)
FC-AL面临的另一个挑战是因分层存储理念普及而大行其道的SATA硬盘驱动器。作为中端磁盘阵列,必须拥有能够在同一系统中混合使用高性能硬盘驱动器(如FC/SAS/SCSI)和大容量硬盘驱动器(如SATA/PATA)的能力。问题是FC-AL和SATA在软硬件上均不兼容,无论是给大容量硬盘驱动器换上FC-AL接口,还是通过FC-SATA转换器件,都进一步提高了系统的复杂性和成本。
在这种大背景下,随着SAS技术的不断成熟,至少在中端磁盘阵列的层面上,变革的时机已经到来。
大约7年前,为了给带宽很难继续提升的并行SCSI缔造一个合适的接班人,Compaq(现HP)、IBM、LSI Logic、Maxtor和Seagate(如今是一家)带头开始发展被称为Serial Attached SCSI(串行连接SCSI,即SAS)的技术。这种技术继承了并行SCSI的指令集,却又利用了SATA的成果,软硬件都天然兼容后者,且通过将并行SCSI时代就有的Expander(扩展器)重新塑造成一个类似交换机的角色,由SATA的点对点架构升级为能够容纳上万个端口(一个设备可以拥有多个端口,如Expander)的全交换网络,同时还借鉴了FC-AL的双端口概念,以提高驱动器的可用性。由于兼具并行SCSI、SATA和FC-AL三者的优点,SAS可谓驱动器接口技术的集大成者。
 
虽然标准制定方一再宣称SAS是为了取代并行SCSI,但明眼人不难看出,绝大多数服务器内部并不需要这么强大的存储互连功能,否则并行SCSI早就被淘汰了。从双端口到较大量的设备连接能力,FC-AL都能提供,为什么服务器市场还是SCSI的天下呢?显然不仅仅是成本的问题。
从设计目标上来看,SAS有足够的能力取代FC-AL(不是交换式FC!),甚至能够以更低的成本做得更好。不过,SAS的发起者们多数在基于FC-AL驱动器的市场上也有着相当稳固的地位,加之纸面上的指标在变为现实之前不具备说服力,所以,从服务器市场替代并行SCSI开始是一个比较稳妥的做法。
得益于吸收SATA的成功元素,SAS的青春期很快来临。从2006年起,新推出的服务器全面采用SAS技术,SAS硬盘驱动器的供应状况亦逐渐改善。到了2007年,不少低端磁盘阵列也开始支持SAS,而在以前,它们只能使用容量大、价格便宜但却性能平平的SATA硬盘驱动器——在这个级别的产品上,混用FC-AL和SATA是不划算的。可以说,SAS技术的应用,间接提升了低端磁盘阵列的品质,为后者胜任一些更具挑战性的任务提供了可能。
即使不考虑和SATA混用的问题,FC也无法在低端磁盘阵列中与SAS抗衡。表面看来,目前SAS的接口速率是3Gb/s,略低于FC的4Gb/s。但是,SAS技术支持4路并联,这意味着一个4路宽端口的传输带宽可以达到12Gb/s——FC升级到8Gb/s都赶不上。所以,SAS有足够的资格作为磁盘柜之间的接口。至于磁盘柜的内部,FC-AL的带宽更是要分给环路上的几个硬盘驱动器共享,就算2009年支持8Gb/s的FC硬盘驱动器如期推出,还是无法与每个硬盘驱动器独享3Gb/s带宽的SAS相比。
挺进中端存储系统,SAS走上夺权路
SAS技术天生支持4路同步并联的宽链接,单向总带宽12Gb/s(合1200MB/s,SAS 2.0更将高达24Gb/s)
长期以来,“FC”的前缀已经成为硬盘驱动器可靠性的象征,然而这不能构成拒绝接受SAS的理由。其实,以前的并行SCSI硬盘驱动器,就有着与FC-AL硬盘驱动器完全相同的机械组件,但是不像FC-AL那样具备双端口功能,所以整体上的可靠性略逊一筹。如今,SAS硬盘驱动器不仅机械组件与FC-AL硬盘驱动器完全相同,在双端口等接口功能上也毫不逊色,区别仅在于控制器接口和驱动器微码,因此,两者的可靠性处于同一水平。
在低端磁盘阵列上证明了能力之后,将中端磁盘阵列设定为SAS的下一个目标并不过份。那么,是不是有了足够的互连带宽和具备企业级可靠性的硬盘驱动器,SAS就可以进军中端存储系统了呢?
 




本文转自 Gelada 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/gelada/155674,如需转载请自行联系原作者

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