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SAS和JBOD基础简介

2017-11-16 2422

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本文涉及的产品

数据传输服务 DTS，同步至DuckDB 3个月

简介：

1. SAS background

1.1 SCSI

Small Computer System Interface;简写：SCSI），一种用于计算机和智能设备之间（硬盘、软驱、光驱、打印机、扫描仪等）系统级接口的独立处理器标准。是一种智能的通用接口标准，它具备与多种类型的外设进行通信。SCSI采用ASPI（高级SCSI编程接口）的标准软件接口使驱动器和计算机内部安装的SCSI适配器进行通信。SCSI接口广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点。

1.1.1 interface

DB-25,Male External

DB-25，雄性外置接口

DB-25,Female External

DB-25，雌性外置接口

Low-Density,50-pin,Male External

低密度 50 针雄性外置接口 (6.5cm)

Low-Density,50-pin,Female External

低密度 50 针雌性外置接口

High-Density,50-pin,Male External

高密度 50 针雄性外置接口 (3.3cm)

High-Density,50-pin,Female External

高密度 50 针雌性外置接口

Low-Density,50-pin,Male Internal

低密度 50 针雄性内置接口 (7.1cm)

Low-Density,50-pin,Female Internal

低密度 50 针雌性内置借口

High-Density,68-pin,Male External

高密度 68 针雄性外置接口 (4.5cm)

High-Density,68-pin,Female External

高密度 68 针雌性外置接口

High-Density,68-pin,Male Internal

高密度 68 针雄性内置接口 (4.5cm)

High-Density,68-pin,Female Internal

高密度 68 针雌性内置接口

VHDCI,68-pin,Male External

非常高密度 68 针雄性外置接口 (3.2cm)

VHDCI,68-pin,Female External

非常高密度 68 针雌性外置接口

1.1.2 signal

SCSI总线有9个控制信号^[2] ：ATN，BSY，ACK，RST，MSG，SEL，C/D，REQ，I/O，总线的活动完全由这些控制信号来决定和实现。这些信号由Initiator控制或者由Target控制或者由二者共同控制。其中C/D，SEL，MSG，BSY，SEL的状态决定了总线处于什么阶段。在不同的阶段，总线上的信号组合是不同的。

（1）ATN:注意信号，通常在Initiator有消息要发送给Target的时候由Initiator设置。
　　（2）BSY:当有SCSI设备处于“忙”状态，占据数据总线时，这个信号被置为真。
　　（3）ACK:应答信号，由Initiator置位，作为对REQ/ACK请求应答数据传输的确认。
　　（4）RST:表示SCSI总线复位。
　　（5）MSG:在消息阶段由Target置位。
　　（6）SEL:在Initiator选择Target或者Target再选Initiator时使用。
　　（7）C/D:表示控制或者数据信息的信号。
　　（8）REQ:由Target置位，表示请求进行一次REQ/AC K握手的数据传输。
　　（9）I/O:表明当前数据传输的方向。
　　为了完成一个I/O任务，SCSI设备和总线大体上必须经过以下过程:
　　（1）申请使用总线
　　（2）选择I/O操作对象
　　（3）传送消息
　　（4）交待I/O任务
　　（5）数据传输
　　（6）返回状态信息

当任务顺序完成后，目标器返回GOOD状态。但是，SCSI总线活动是比较复杂的，根据I/O任务的完成情况可以分成八个不同阶段。它们分别是BUS FREE(总线空闲)、ARBITRATION(仲裁)、SELECTION(选择)、RESELECTION(重选)、COMMAND(命令)、DATA(数据)、MESSAGE(消息)和STATUS(状态)。总线进行任何处理都是以BUS FREE阶段开始，并以BUS FREE阶段结束的。在任何时候，SCSI总线只能处于一个确定的总线阶段。阶段前后的关联时受到严格限制的，也就是说并不是在每一个阶段后面都可以跟着任何的阶段。BUS FREE阶段状态的后面是ARBITRATION, SELECTION以及一个MESSAGE OUT阶段状态。在这些阶段状态之后是COMMAND，DATA阶段状态，然后是STATUS阶段状态。

1.1.3 advantages

快：Ultra320 SCSI：320MB/s
可靠：更强大的S.M.A.R.T(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology )
扩展性比IDE好:IDE 2个扩展口，SCSI: 7/15/30个
省CPU: 有独立的SCSI controller控制读写，无需Host CPU参与

1.1.4 weakness

贵：比SATA贵
电缆多：电磁干扰多
扩展性稍差: 对于构建JBOD需要很多controller
菊花链连接，无专有通道

1.2 SAT

SATA（Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件）是基于行业标准的串行硬件驱动器接口，是2001年由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。

1.2.1 interface

1.2.2 signal

1.2.3 advantages

和PATA(IDE)相比：

快：IDE 133MB/s, SATA 2.0： 600MB/s
省：串行传输，占用位宽、引脚、线缆少，省机箱内空间；功耗低，省电；
纠错：利用嵌入式时钟信号，对指令和数据都能检测、纠错
可扩展性好：支持星形链接
便宜

1.2.4 weakness

需要占用CPU
可靠性稍差
扩展性差

1.3 SAS = SCSI + SATA

为了充分利用SATA、SCSI的优点，避免它的缺点，提出了SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是基于并行SCSI接口开发出的全新接口，目的是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。

1.3.1 Physical layer

遵循SFF-8482/SFF-887等物理接口和连接规范。

SATA与SAS接口的区别：

多种多样的SAS连接器：

1.3.2 Data Link layer

基于SCSI协议，利用CRC校验来检查指令或者数据的正确性。如果出错，就重新传送这个帧。

1.3.3 network layer

基于SCSI总线ID编址和仲裁的机制。

按照ID 7-0-15-8的顺序；只有ID为target ID的节点会将总线上的电位变化信息保存到自己的缓存中。

1.3.4 Transaction layer

基于request-response模型：

读过程：

命令格式示例1：CDB(Command Descriptor block) for 6-byte-command

SCSI所有的命令：

1.3.4 Application layer

SAS对普通用户是透明的，用户只是用lsscsi/sg_ses等命令枚举scsi设备、管理JBOD。

2. Why JBOD

现代通用存储服务器上的HBA卡能挂载非常多的drive，但由于背板尺寸和电缆的限制，无法充分发挥HBA卡的能力。特别是对更大存储容量的需求日益增多，有必要使用JBOD来发挥SAS良好的扩展性以及点对点全双工通信的能力。

3. understand JBOD

JBOD是存储领域中一类重要的存储设备。JBOD（Just a Bunch Of Disks，磁盘簇）是在一个底板上安装的带有多个磁盘驱动器的存储设备。通常又称为Span。和RAID阵列不同，JBOD没有前端逻辑来管理磁盘上的数据分布，相反，每个磁盘进行单独寻址，作为分开的存储资源，或者基于主机软件的一部分，或者是RAID组的一个适配器卡。JBOD不是标准的RAID级别，它只是在近几年才被一些厂家提出，并被广泛采用。