что такое интерфейс sas

Интерфейсы SAS и SATA

SATA и SAS — продолжение развития линеек IDE (desktop) и SCSI (server) формате последовательного протокола, т.е. serial вместо PATA.

Хорошо видно похожесть разъемов. И да — диск SATA можно подключить к разъему SAS. Несмотря на разные протоколы и уровни сигналов — контроллер SAS умный и он «понимает» SATA.

Наоборот, т.е. подключить SAS к разъему SATA нельзя.

SAS (Serial Attached SCSI) — это серверный вариант, он быстрее и может больше — но дороже. Последовательный интерфейс подключения устройств хранения данных, разработанный на основе параллельного SCSI для исполнения того же набора команд.

SATA (Serial ATA) — вариант для desktop, дешевле. Последовательный интерфейс обмена данными, базирующийся на основе параллельного PATA (IDE).

Основные различия в таблице ниже.

Развитие скоростей стандарта SAS выглядит так.

Собственно разъемы SAS в таблице

Изображение	Кодовое название	Комментарий
1 устройство	Внутренний, SFF-8482, он же SAS-разъём (SAS 2)	Форм-фактор, совместимый с SATA-устройствами.
1 устройство	Внутренний, SFF-8680, он же SAS-разъём (SAS 3)	Форм-фактор, совместимый с SATA-устройствами.
4 устройства	Внутренний, SFF-8484, он же УСТАРЕЛ	Разъём с высокой плотностью контактов; в стандарте SFF определены разъёмы для подключения 2 или 4 устройств. В настоящее время считается устаревшим. Вместо SFF-8484 используются разъёмы SFF-8087 (мини-SAS) и SFF-8643 (мини-SAS HD).
SFF-8485	Расширение стандарта SFF 8484 — последовательное соединение, обычно используемое для управления светодиодной индикацией в бэкплейнах SAS.
4 устройства	Внейшний, SFF-8470, он же УСТАРЕЛ	Внешний разъём с высокой плотностью контактов. В настоящее время считается устаревшим. Вместо SFF-8470 используются разъёмы SFF-8088 (внешний мини-SAS) и SFF-8644 (внешний мини-SAS HD).
4 устройства	SFF-8087, он же внутренний мини-SAS, iPASS	Внутренний разъём с высокой плотностью контактов.
4 устройства	SFF-8088, он же внешний мини-SAS	Внешний разъём с высокой плотностью контактов.
4 устройства	SFF-8643, он же внутренний мини-SAS HD	Внутренний разъём с высокой плотностью контактов. Разработан для SAS 3 (12 Гбит/с)
4 устройства	SFF-8644, он же внешний мини-SAS HD	Внешний разъём с высокой плотностью контактов. Разработан для SAS 3 (12 Гбит/с)

Что означают буквы SFF в названиях разъемов?

SATA — Serial Advanced Technology Attachment — последовательный интерфейс подключения накопителей

AHCI — Advanced Host Controller Interface — расширенный вариант (протокол) работы контроллера SATA

SSD — Solid State Drive — твердотельный диск (т.е диска как такового нет — только микросхемы памяти)

Параллельный интерфейс ATA (в том виде, в котором он существует на данный момент) уже не подходил для дальнейшего развития стандарта. Попытки увеличить его пропускную способность сводятся на нет возникающими вследствие возросших скоростей наводками в кабеле. И вот тут выходит новый стандарт передачи данных — «SATA» (Serial ATA).

Это — переработанный, и улучшенный вариант предыдущего стандарта. Несмотря на то, что последовательный способ передачи медленнее, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах. Отпадает необходимость в синхронизации каналов. Также сам интерфейсный кабель гораздо более помехоустойчив (все его 7 жил отдельно экранированы). Это, в свою очередь, дало возможность довести максимальную длину кабеля до одного метра.

В стандарте «SATA» Изменился также сам принцип передачи данных. Он получил название LVDS — низковольтная дифференциальная передача сигналов (англ. low-voltage differential signaling). Повышение скорости передачи и использование самосинхронизирующихся кодов позволяют отправлять больше данных по меньшему количеству проводов, чем в случае параллельной шины. Каждое SATA устройство располагается на отдельном канале (контроллере), поэтому отпадает необходимость в их конфигурировании с помощью перемычек (джамперов).

За время своего существования новая спецификация успела сменить несколько ревизий (поколений), которые характеризуются все увеличивающейся пропускной способностью интерфейса.

Вот еще попытка увеличить скорость, стандарт SATA 3.2 — 18 Гбит/с (он же SATA-express), был вытеснен разъемом M.2

Мы все понимаем, что это максимальная теоретическая скорость для протокола. В реальности сильно ниже, зависит от:

И да, мы помним, что используется полудуплекс (все цифры скорости для канала в одну сторону). Т.е. реальная скорость туда и обратно за период времени в два раза ниже.

Advanced Host Controller Interface (AHCI) — механизм, используемый для подключения накопителей информации по протоколу Serial ATA, позволяющий пользоваться расширенными функциями, такими, как встроенная очерёдность команд (NCQ) и горячая замена.

Самое главное — при наличии включенного режима AHCI:
— активируется режим TRIM в SSD (для Windows 7 и старше)
— появляется возможность обновления прошивки в SSD
— немного поднимается скорость работы связки контроллер-диск (+10%)

Как включить AHCI — можно посмотреть здесь.

Отличаются ли кабели SATA 2 от кабелей SATA 3 (кабели черного, синего, красного, белого цвета)?

С точки зрения стандарта SATA (Serial ATA) шлейфы ничем не отличаются:
— те же разъемы
— те же 7 экранированных жил

С точки зрения качества изготовления — провода отличаются. Если на кабеле написано SATA 3 (обычно черного или синего цвета), то кабель точно тестировали на соответствие скорости 6 Гбит/сек и качество экранирования там лучше. Еще на кабелях SATA 3 есть фиксирующие защелки. Поэтому кабели SATA 2 стоят 1 долл, а кабели SATA 3 уже 3 долл.

Как качество кабеля может влиять на скорость? Там же данные передаются в цифровом виде?

У любого кабеля есть паразитная емкость, зависящая от качества изготовления и частоты передачи данных. Чем частота и паразитная емкость выше — тем больше искажается передаваемый сигнал. Контролер на материнской плате, видя, что идут ошибки, СНИЖАЕТ скорость передачи до момента прекращения ошибок. Это будет особенно хорошо видно при использовании контроллера и диска стандарта SATA 3 и использования кабеля SATA 2. Т.е. шлейф SATA 2 почти такой же, только его не тестировали на скорость 6 Гбит/сек и экранирование жил там хуже.

Может быть даже ситуация, что контроллер SATA 2, диск SATA 2 и замена кабеля на SATA 3 увеличила скорость обмена с диском.
Это чудо? Нет — просто кабель SATA 2 был совсем уж низкого качества и собственно не обеспечивал передачу сигналов на соответствующих частотах. Установка кабеля SATA 3 позволила контроллеру нормально работать на своей скорости SATA 2.

Самый лучший вариант — использовать кабели SATA, который производитель материнской платы положил в комплекте 🙂 Если шлейфов в комплекте нет — лучше купить шлейфы стандарта SATA 3, там качество изготовления будет выше.

Вот можно сравнить скорости SSD Kingstone (один и тот же) на разных контроллерах SATA 2 (разные материнские платы) с включенный режимом AHCI и красным SATA 2 / черным SATA 3 проводом. Операционная система Windows 7, для первого варианта TRIM выключен.

Такую красивую картинку дает программа CrystalDiskMark.

ICH 8 без AHCI	ICH 10R с AHCI (красный провод SATA 2)	ICH 10R с AHCI (черный провод SATA 3)

Разъем mSATA — SSD диск крепится к материнской платы без проводов (разъем и два винта). Вот такой вариант.

Вы можете сохранить ссылку на эту страницу себе на компьютер в виде htm файла

Источник

Интерфейс SAS: история, примеры организации хранения

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 24×7 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.

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.

Напоследок, хочется поделиться некоторыми сведениями о текущей адаптации SAS мировыми производителями оборудования. SAS сегодня – это стандарт де-факто для серверных систем и профессиональных рабочих станций. Серверные системы подавляющего большинства как A- так и B- брендов имеют в составе контроллеры SAS, как HBA, так и RAID. В области внешних систем хранения данных, основные производители оборудования (HP, EMC, NetApp, IBM) уже несколько лет как перевели внутренние архитектуры своих систем на SAS. Таким образом, диски Fibre Channel стали за последние пару лет настоящей экзотикой. Fibre Channel продолжает жить и развиваться, в основном, как способ подключения серверов к системам хранения данных, хотя в области Low-End, Mid-Range и профессиональных систем, SAS отвоевывает все большую долю.

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.

Источник