Интерфейсы подключения жестких дисков: SCSI, SAS, Firewire, IDE, SATA. Интерфейсы подключения жестких дисков: SCSI, SAS, Firewire, IDE, SATA Что такое интерфейс sas

В современных компьютерных системах для подключения основных жестких дисков используются интерфейсы SATA и SAS. Как правило, первый вариант устраивает домашние рабочие станции, второй – серверные, поэтому технологии между собой не конкурируют, отвечая разным требованиям. Значительная разница в стоимости и объеме памяти заставляет пользователей задаваться вопросом, чем отличается SAS от SATA, и искать компромиссные варианты. Посмотрим, так ли это целесообразно.

SAS (Serial Attached SCSI) – последовательный интерфейс подключения устройств хранения данных, разработанный на основе параллельного SCSI для исполнения того же набора команд. Используется преимущественно в серверных системах.

SATA (Serial ATA) – последовательный интерфейс обмена данными, базирующийся на основе параллельного PATA (IDE). Применяется в домашних, офисных, мультимедийных ПК и ноутбуках.

Если говорить о HDD, то, несмотря на различающиеся технические характеристики и разъемы, кардинальных расхождений между устройствами нет. Обратная односторонняя совместимость дает возможность подключать к серверной плате диски и по одному, и по второму интерфейсу.

Стоит заметить, что оба варианта подключения реальны и для SSD, но весомое отличие SAS от SATA в этом случае будет в стоимости накопителя: первый может быть дороже в десятки раз при сопоставимом объеме. Поэтому сегодня такое решение если уже и не редкое, то в достаточной мере взвешенное, и предназначено для быстрых центров обработки данных корпоративного уровня.

Разница между SAS и SATA

Как мы уже знаем, SAS находит применение в серверах, SATA – в домашних системах. На практике это означает, что к первым одновременно обращается много пользователей и решается множество задач, со вторыми же имеет дело один человек. Соответственно, серверная нагрузка намного выше, поэтому диски должны быть достаточно отказоустойчивыми и быстрыми. Протоколы SCSI (SSP, SMP, STP), реализованные в SAS, позволяют обрабатывать больше операций ввода/вывода одновременно.

Непосредственно для HDD скорость обращения определяется в первую очередь скоростью вращения шпинделя. Для desktop-систем и ноутбуков необходимо и достаточно 5400 – 7200 RPM. Соответственно, найти SATA-диск с 10000 RPM почти невозможно (разве что посмотреть серию WD VelociRaptor, предназначенную, опять же, для рабочих станций), а все, что выше, – абсолютно недостижимо. SAS HDD раскручивает минимум 7200 RPM, стандартом можно считать 10000 RPM, а достаточным максимумом – 15000 RPM.

Считается, что диски с последовательным SCSI надежнее, у них выше показатели наработки на отказ. На практике стабильность достигается больше за счет функции проверки контрольных сумм. Накопители SATA же страдают от «тихих ошибок», когда данные записываются частично либо повреждены, что приводит к появлению .

На отказоустойчивость системы работает и главное достоинство SAS – два дуплексных порта, позволяющих подключить одно устройство по двум каналам. Обмен информацией в этом случае будет вестись одновременно в обоих направлениях, а надежность обеспечивается технологией Multipath I/O (два контроллера страхуют друг друга и разделяют нагрузку). Очередь помеченных команд выстраивается глубиной до 256. У большинства дисков SATA один полудуплексный порт, а глубина очереди по технологии NCQ – не более 32.

Интерфейс SAS предполагает использование кабелей длиной до 10 м. К одному порту через расширители можно подключить до 255 устройств. SATA ограничивается 1 м (2 м для eSATA), и поддерживает подключение только одного устройства по типу «точка – точка».

Перспективы дальнейшего развития – то, в чем разница между SAS и SATA тоже ощущается достаточно остро. Пропускная способность интерфейса SAS достигает 12 Гбит/с, а производители анонсируют поддержку скорости обмена данными 24 Гбит/с. Последняя ревизия SATA остановилась на 6 Гбит/с и эволюционировать в этом отношении не будет.

Накопители SATA в пересчете на стоимость 1 Гб обладают очень привлекательным ценником. В системах, где скорость доступа к данным не имеет решающего значения, а объем хранимой информации велик, целесообразно использовать именно их.

Сравнительная таблица

SAS	SATA
Для серверных систем	Преимущественно для настольных и мобильных систем
Использует набор команд SCSI	Использует набор команд ATA
Минимальная скорость вращения шпинделя HDD 7200 RPM, максимальная – 15000 RPM	Минимум 5400 RPM, максимум 7200 RPM
Поддерживается технология проверки контрольных сумм при записи данных	Большой процент ошибок и bad-секторов
Два дуплексных порта	Один полудуплексный порт
Поддерживается Multipath I/O	Подключение по типу «точка – точка»
Очередь команд до 256	Очередь команд до 32
Можно использовать кабели до 10 м	Длина кабелей не более 1 м
Пропускная способность шины до 12 Гбит/с (в перспективе – 24 Гбит/с)	Пропускная способность 6 Гбит/с (SATA III)
Стоимость накопителей выше, иногда значительно	Дешевле в пересчете на цену за 1 Гб

Звоните или прямо на сайте! Наши специалисты с удовольствием помогут Вам!

Данная статья призвана объяснить разницу между типами жестких дисков и помочь вам определиться с выбором при покупке выделенного сервера.

SATA - Serial ATA

В настоящее время SATA диски используются на большинстве персональных компьютеров в мире и на бюджетных конфигурациях серверного оборудования. По сравнению с SAS и SSD дисками скорость чтения и записи SATA дисков заметно ниже, но их выбирают из-за больших объемов хранимой информации.

Диски SATA хорошо подойдут для игровых серверов, работа которых не требует частой записи и чтения информации. Также SATA диски целесообразно использовать для следующих целей:

• потоковые операции, например, кодирование видео;
• хранилища данных;
• системы резервного копирования;
• объемные, но не нагруженные файл-серверы.

SAS - Serial Attached SCSI

Диски SAS изначально разработаны с учетом корпоративных и промышленных нагрузок, что положительно сказывается на их производительности. Скорость вращения SAS дисков вдвое выше, чем у SATA, поэтому их стоит выбирать для задач, которые чувствительны к скорости и требуют многопоточного доступа. Также диски SAS (в отличие от SSD) могут обеспечить надежную и многократную перезапись данных.

Для организации хостинга диски SAS будут оптимальны, так как они могут обеспечить высокую надежность хранения данных. Помимо этого жесткие диски SAS хорошо подойдут для реализации следующих задач:

• cистемы управления базами данных (СУБД);
• WEB-серверы с высокой нагрузкой;
• распределенные системы;
• системы, обрабатывающие большое количество запросов - терминальные серверы, 1С серверы.

Единственным недостатком SAS дисков (как и у SSD) является их небольшой объем и высокая цена.

SSD - Solid-state Drive

В последнее время SSD становятся все более и более популярными. SSD не использует для записи магнитные диски, а содержит только микросхемы энергонезависимой памяти, аналогичные тем, что используются в USB-флешках.

В SSD дисках нет движущихся частей, что обеспечивает высокую механическую стойкость, сниженное энергопотребление и высокую скорость работы. В данный момент SSD диски обеспечивают максимально возможную скорость чтения и записи, что позволяет использовать их для любых высоконагруженных проектов.

Главным минусом SSD дисков является то, что они ограничены по объему информации, которую можно перезаписать на диск. Соответственно, если в день ваша система перезаписывает более 20 Гб данных, будьте готовы через некоторое время сменить SSD диск. Кстати цена таких дисков выше, чем у обоих вышеперечисленных типов.

Многие современные CMS при генерации страницы зачастую требуют одновременного обращения к нескольким файлам на диске. Именно для работы с подобными системами SSD диски - идеальный выбор. Использование SSD дисков для нагруженных сайтов является гарантией того, что вы получите максимум скорости чтения данных.

Что такое SAS, предысторияПришло время признать очевидный факт: стандарт SCSI, даже в виде самых современных реализаций вроде Ultra320 SCSI, исчерпал свои возможности. По крайней мере, дальнейшее масштабирование его производительности если теоретически и возможно, то будет обходиться весьма недешево. Ситуация, сложившаяся с этим весьма почитаемым стандартом, особенно удручающе выглядит на фоне бурного развития всей компьютерной техники и архитектуры и топологии систем хранения данных в частности.

Два ключевых фактора, которые подталкивают производителей совершенствовать интерфейсы винчестеров - это растущая производительность систем хранения данных при большом количестве обслуживаемых транзакций и скорость выборки данных из крупных библиотек. Разумеется, "свято место пусто не бывает", и появление интерфейсов вроде оптического FCAL или последовательного SATA в какой-то степени позволило избавиться от "узких мест" и внести разнообразие в список архитектур систем хранения данных. Однако, привыкшие к возможностям SCSI пользователи по-прежнему остаются поклонниками этого стандарта. Тем более, что в его развитие вложены очень и очень большие деньги.

Вот такие предпосылки сложились к моменту зарождения нового индустриального стандарта, названного последовательно-подключенный SCSI - Serial-Attached SCSI , или просто SAS .


Ради справедливости стоит отметить, что новый стандарт появился не вдруг и не сразу: официальному анонсу технологии SAS, состоявшейся 28 января 2004 года предшествовала серьезная работа команды разработчиков из разных компаний и промышленных групп - SCSI Trade Association (STA) и International Committee for Information Technology Standards (INCITS), под эгидой American National Standards Institute (ANSI). Впервые о новом стандарте заговорили в декабре 2001 года, когда совет директоров SCSI Trade Association (STA) проголосовал за определение спецификаций Serial Attached SCSI. Далее 2 мая 2002 года разработка стандарта была передана созданному специально для поддержки, развития и продвижения SAS комитету T10 при INCITS (InterNational Committee for Information Technology Standards), а первые черновые спецификации SAS были опубликованы в середине 2003 года.

Итак, самое главное, на что стоит опираться при попытке сформулировать определение стандарта SAS: Serial-Attached SCSI является логичным и естественным последовательным расширением технологии параллельного интерфейса SCSI, используемого для подключения периферии к компьютерам .
От этого, для начала, и оттолкнемся.

Назначение SAS

Для определения назначения стандарта SAS и его места среди современных периферийных интерфейсов обратимся к формулировкам, изложенным в "FAQ по Serial Attached SCSI" на сайте T10.

Интерфейс Serial Attached SCSI является продуктом логической эволюции современных интерфейсов и разработан для применения в промышленных центрах сбора и хранения данных. Стандарт SAS опирается на электрические и физические характеристики интерфейса Serial ATA, обеспечивает масштабируемость, производительность, надежность и управляемость данных в серверах и подсистемах хранения данных. Архитектурная схожесть с SATA не мешает SAS обладать наиболее востребованными чертами SCSI, в то же время избавляясь от его недостатков: крупных разъемов, малой длины соединительных кабелей, ограниченной производительности и адресации.

В широком смысле понимания SAS - это своеобразный полнодуплексный SATA с поддержкой двух портов, больших возможностей адресации, расширенной надежностью, производительностью и логической совместимостью со SCSI. Интерфейс Serial ATA, с другой стороны, можно рассматривать как упрощенное подмножество Serial Attached SCSI для работы в простых системах без критических требований к надежности и производительности. Это совсем не значит, что устройства Serial Attached SCSI не могут использоваться в обычных рабочих станциях и настольных ПК, необходимо лишь наличие соответствующего хост-адаптера.

По сути, Serial Attached SCSI - это SCSI, но не с привычной параллельной, а с point-to-point (точка-точка) последовательной архитектурой, с непосредственным подключением контроллера к накопителям. SAS поддерживает до 128 накопителей различных типов и размеров, совместно подключенных более тонкими и длинными (нежели в случае SCSI) кабелями. В то время как интерфейс SCSI "проталкивает" по своим проводам данные со скоростью порядка 20 МБ/с, а полудуплексный SATA первого поколения - 1.5 ГБ/с в одном направлении в единицу времени, полнодуплексный сигнальный последовательный интерфейс SAS с поддержкой "горячего" подключения в нынешней реализации обеспечивает обмен данными на скорости до 3.0 Гб/с на порт.

Ключевым отличием SAS от SCSI является возможность подключения SAS-накопителей одновременно к двум различным портам, каждый из которых представляет различные домены SAS. Можете себе представить, насколько значительным образом это отражается на надежности хранения данных и отказоустойчивости системы. К тому же, "коммутаторная" природа архитектуры SAS позволяет в теории подключать "покаскадно" тысячи накопителей (до 16384 приводов без снижения производительности!), что делает масштабируемость таких систем теоретически неограниченной. Основные отличия технологий SCSI и SAS приведены в таблице ниже.

Спецификации разъемов и кабелей SAS

Одной из ключевых особенностей интерфейса SAS при его разработке была определена возможность значительного наращивания скорости обмена данными. Разрабатываемые сейчас спецификации следующего поколения SAS подразумевают обмен данными со скоростью до 6.0 ГБ/с при полной совместимости с первым поколением SAS-устройств. Следующее за этим поколение всерьез пока не рассматривалось, но поговаривают о возможности достижения скорости обмена данными до 12 ГБ/с.

При разработке разъемов под устройства SAS был заложен перспективный рост скорости обмена данными, и одновременно с этим учтен опыт миниатюризации, просматриваемый в спецификациях SATA. Специфика разъема заключается в размещении второго порта данных, ибо каждый из портов SAS-устройства размещается в различных доменах и служит для организации независимых путей от одного SAS-устройства к другому для обеспечения безаварийной работы. В случае, если один из накопителей в цепочке выходит из строя, это никоим образом не отражается на работе других устройств. Таким образом на свет появился дизайн разъема для периферии с интерфейсом SAS, по сути имеющий архитектурное сходство с 68-контактными разъемами для накопителей с классическим параллельным интерфейсом SCSI или SCA-2, но в то же время, по аналогии с SATA, поддерживающей "горячее подключение" и надежный контакт.

Кабельная система SAS имеет гораздо более компактные размеры, нежели аналогичная для параллельных интерфейсов ATA и SCSI, что обеспечивает меньшую путаницу и лучший обдув воздухом компонентов внутри системного корпуса. Типичная длина интерфейсных кабелей SAS для применения, например, в рабочих станциях, не превышает 1 м, максимальная длина такого кабеля может достигать 8 м. Теоретически это сравнимо с длиной кабеля для интерфейса SCSI, поскольку некоторые современные устройства допускают соединение между хост-контроллером и SCSI-периферией на расстоянии более 8 м. Однако, в случае нужды расстояние между SAS-устройствами может быть значительно увеличено за счет так называемых SAS-экспандеров - своеобразных "станций подкачки трубопровода".

Интересно отметить, что при разработке спецификаций SAS рабочая группа сразу же приняла во внимание необходимость определения параметров разъемов и кабелей не только для внутренних, но и для внешних подключений, аналогичных современным SCSI-вариантам вроде "сервер - JBOD система". Для интерфейса SATA принятие таких спецификаций было отложено "на потом", и, как результат, разработка External SATA до сих пор еще не закончена.

Что касается внешних SAS-подключений, за основу было принято предложение компании Infiniband, где внешние разъемы и кабельная система рассчитаны на 4 устройства и в то же время обеспечивают производительность первого поколения внешних SAS-соединений на уровне 1.2 ГБ/с в каждом направлении, то есть до 2400 МБ/с в полнодуплексном режиме! Согласитесь, более чем впечатляюще для внешнего интерфейса.

Системная топология SAS

Использование конфигураций класса "точка-точка" позволяет получить высокую пропускную способность, однако, обратной стороной медали является организация специфической топологии, где при взаимодействии инициирующих (хост) устройств и периферии подразумевается поддержка более чем двух устройств "в связке". При разработке стандарта SAS в спецификации сразу же было заложено существование недорогих экспандеров, позволяющих создавать системы с количеством инициирующих хостов более одного, с поддержкой более чем одного периферийного устройства.

Еще одна важная цель, которую ставили перед собой разработчики нового стандарта - уйти от ограничения классического SCSI, подразумевающего не более 16 устройств в одной цепочке. В результате каждая SAS-система при применении соответствующего количества экспандеров способна поддерживать адресацию до 16256 устройств в едином SAS-домене. Обязательно стоит отметить гибкость конфигурации SAS-экспандеров: их спецификации подразумевают создание гетерогенных систем, где в качестве периферийных накопителей могут уживаться как SAS, так и SATA устройства. Согласитесь, очень удобно, особенно, при формировании бюджетных систем хранения данных или устройств с закладываемым на перспективу масштабированием.

Иллюстрация к принципу организации SAS домена
максимальной емкости

Обратите внимание на иллюстрацию выше: темно-зеленый модуль в центре представляет собой тот самый экспандер-коммутатор (fanout expander). Такой "коммутационный" экспандер может присутствовать в одном SAS-домене в единичном количестве и объединять собой до 128 SAS-устройств. Однако, не стоит под SAS-устройствами понимать исключительно жесткие диски, поскольку здесь подразумевается любая возможная комбинация из так называемых "периферийных экспандеров" (edge expanders, светло-зеленые модули), инициирующих устройств и собственно накопителей. Периферийные экспандеры, в свою очередь, могут также поддерживать до 128 SAS-устройств, однако, к ним можно подключить уже не более одного дополнительного экспандера. Голубыми модулями на схеме отмечены инициаторы (хосты), а коричневыми цилиндрами - SAS или SATA приводы.

Протоколы SAS

Создание новой топологии и новых интерфейсов привело к созданию совершенно нового определения методики адресации всех возможных портов в SAS-домене. С параллельным SCSI, конечно же, все проще, поскольку адресация всех устройств домена предопределена на аппаратном уровне.

В результате рабочей группой по развитию протокола SAS было принято решение выбрать в качестве идентификаторов уникальные в глобальном плане 64-битные имена - WWN (WorldWide Name) для всех типов SAS-устройств. Опять же, ничего нового под Луной, именно такая адресация давно используется при наименовании Fibre Channel устройств.

Таким образом, в момент включения питания все устройства, объединенные в единое SAS-пространство, обмениваются друг с другом своими WWN, и только после этого комплект SAS-устройств становится "осмысленной" SAS-системой. Добавление в SAS-систему нового устройства (под добавлением в этом случае подразумевается как раз "горячее подключение") или его изъятие из системы приводит к появлению извещения, которое оповещает о событии все инициаторы и позволяет подстроить систему под новую конфигурацию. На экспандеры, в свою очередь, ложится обязанность "выдачи" WWN всем SATA-устройствам системы, как в случае ее включения, так и в случае "горячего" подключения нового устройства. По завершению процесса инициализации системы, SATA устройства взаимодействуют с помощью SATA протоколов, для SAS-устройств используется SAS-протокол, описанный в других SCSI-стандартах типа SPI (SCSI Parallel Interface).

Дальше все проще: обмен командами, данными, статусами и другой информацией между SAS-устройствами производится пакетами, спецификации которых очень схожи на характеристики пакетов для обмена информацией при работе с параллельными SCSI или Fibre Channel устройствами. Формат пакетов данных SAS, называемых "фреймами", особенно схож со спецификациями Fibre Channel: каждый из них состоит из блоков командных дескрипторов - CDB (command descriptor block) и других SCSI-конструкций, определяемых другими стандартами SCSI, вроде SCSI Primary Command Set или SCSI Block Command. Вот Вам еще одна выгода от стандарта SAS: использование SCSI-подобного протокола и архитектуры позволяет объединять SAS-конструкции с другими системами хранения и обработки данных с архитектурой Infiniband, iSCSI или Fibre Channel, которые, по сути, также являются SCSI-объектами.

Протокол SAS содержит четыре традиционных уровня: физический (phy layer), коммуникационный (link layer), уровень портов (port layer) и транспортный уровень (transport layer). Объединение четырех уровней в каждом порте SAS означает, что программы и драйверы, используемые для работы с параллельными портами SCSI, могут с равным успехом использоваться и для обслуживания портов SAS, лишь с незначительной модификацией.

Архитектура SAS

Уровни приложений, включающие драйверы и собственно приложения, создают специфические задания для транспортного уровня, который, в свою очередь, инкапсулирует команды, данные, статусы и пр. в SAS-фреймы и перепоручает их передачу уровню портов. Разумеется, транспортный уровень также отвечает за прием SAS-фреймов и с уровря портов, дизассемблирование принятых фреймов и передачу контента уровню приложений.

Уровень портов SAS отвечает за обмен пакетами данных с коммуникационным уровнем (link layer) в порядке установления соединений, а также за выбор физического уровня, с помощью которого будет осуществляться передача пакетов одновременно на несколько устройств. Под физическим уровнем SAS подразумевается соответствующее аппаратное окружение - трансиверы и модули кодирования, которые подключаются к физическому интерфейсу SAS и отправляют сигналы по проводным цепям.

Кстати, напомню, на физическом уровне соединения в случае последовательного интерфейса SAS представляют собой полнодуплексные дифференциальные пары цепей, которые также могут объединяться для увеличения производительности (ну прямо как PCI Express) в "широкие" порты. Соответственно, каждое устройство может иметь более одного порта, и каждый из них может быть сконфигурирован как "узкий" или "широкий". Интерфейсы хостов и экспандеров могут быть составлены из нескольких портов, при этом адрес каждого хоста доступен каждому периферийному устройству, а пропускная способность при этом суммируется. Организация множества путей прохождения данных за счет наличия "широких" портов подразумевает параллельное исполнение команд и соответствующее снижение потерь времени на ожидание очереди.

Заключение

Изложенный материал представляет собой лишь краткое введение в принципы построения архитектуры интерфейса SAS и особенности реализации этого стандарта. Более детальное рассмотрение спецификаций интерфейса потребует, по всей видимости, выпуска целого цикла статей на эту тему. Не исключено, что именно так оно и будет, благо, начало массового внедрения интерфейса уже не за горами, и количество прикладных вопросов по реализации SAS-систем со временем только вырастет.

Главное определение SAS, которое, по-моему, не стоит забывать - новый последовательный интерфейс Serial Attached SCSI был разработан для нужд широкого списка систем хранения данных корпоративного уровня, однако, все же он представляет собой интерфейс "близкого действия" и ни в коем случае не призван заменить собой какие-либо сетевые интерфейсы, не надо "покупаться" на схожую реализацию архитектуры "точка-точка".

При всей своей "заточенности" для работы в крупных и чуть ли не бесконечно масштабируемых системах хранения данных, интерфейс Serial Attached SCSI подразумевает полную совместимость с относительно недорогими накопителями Serial ATA, что позволяет конструировать вполне доступные системы даже в масштабе малых предприятий. В то же время поддержка 2-портовых Serial Attached SCSI приводов позволяет обеспечить производительность уровня, который и не снился нынешним системам на SCSI-приводах.

Для тех, кто готов самостоятельно окунуться в изучение особенностей Serial Attached SCSI, мы приводим в заключение список сайтов, где расположены учебные и стандартообразующие документы.

ресурсы сайта компании Adaptec
ресурсы сайта компании Maxtor
ресурсы сайта компании Seagate

T10 :

Serial Attached SCSI –
SCSI Architecture Model – 3 (SAM-3)
SCSI Primary Commands – 3 (SPC-3)
SCSI Block Commands – 2 (SBC-2)
SCSI Stream Commands – 2 (SSC-2)
SCSI Enclosure Services – 2 (SES-2)

Спецификации разъемов SAS :

SFF 8482 (internal backplane/drive)
SFF 8470 (external 4-wide)
SFF 8223, 8224, 8225 (2.5", 3.5", 5.25" form factors)
SFF 8484 (internal 4-wide)

Спецификации Serial ATA :

Serial ATA II: Extensions to Serial ATA 1.0
Serial ATA II: Port Multiplier
Serial ATA II: Port Selector
Serial ATA II: Cables and Connectors Volume 1

Дополнительные ресурсы:

International Committee for Information Technology Standards
T11 (стандарты Fibre Channel)
SCSI Trade Association
SNIA (Storage Networking Industry Association)

Высокопроизводительные серверные накопители для решения ответственных задач редко попадают в поле зрения IT-изданий. Ничего удивительного, ведь мы в большей степени ориентируемся на массового покупателя, чем на системных администраторов и поставщиков серверного оборудования. Между тем проводить тесты серверных HDD даже важнее, чем тесты десктопных, - по нескольким причинам. Во-первых, из-за более высокой стоимости накопителей и более высокой чувствительности серверных задач к производительности. После массового распространения твердотельных накопителей различия между десктопными дисками перестали иметь большое значение, а в сервере замена HDD на SSD еще далеко не всегда целесообразна. Следующее обстоятельство вытекает из первого: HDD для десктопа или домашнего NAS вполне можно выбирать по базовым техническим характеристикам (объем, скорость вращения шпинделя, емкость пластин). В случае с серверным HDD многое зависит от оптимизации микропрограммы, которая проявляет себя в сложной нагрузке и, соответственно, требует специальных тестов, чтобы уловить эти особенности. Наконец, при больших масштабах вступает в игру такой параметр, как отношение производительности к энергопотреблению накопителя.

За последние несколько лет выбор жестких дисков корпоративного назначения, определенно, стал проще. Перестали производиться модели с интерфейсами Fibre Channel и SCSI. Накопители разделились на два класса: модели в форм-факторе 3,5 дюйма ограничиваются скоростью вращения 7200 об/мин, обладают интерфейсом SAS или SATA - на выбор и предназначены для хранения «холодных» данных (nearline storage). Диски со скоростью 10 000-15 000 об/мин пользуются интерфейсом SAS и в большинстве своем перешли в форм-фактор 2,5 дюйма (SFF - Small Form Factor), который позволяет увеличить количество шпинделей на юнит в стойке. Только у HGST еще остались накопители класса 15К в форм-факторе 3,5 дюйма и с портами Fibre Channel.

Nearline-дискам в конфигурации SATA мы уже постоянно уделяем внимание, а вот тест SAS/SCSI-накопителей впервые публикуется на 3DNews.

⇡ Участники тестирования

В сравнении приняли участие следующие устройства:

• HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200);
• HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200);
• Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006);
• Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0017);
• Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 Гбайт (ST600MP0035);
• Toshiba AL13SEB 900 Гбайт (AL13SEB900);
• Toshiba AL13SXB 600 Гбайт (AL13SXB600N);
• WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ).

В противоположность жесктим дискам для настольных ПК и NAS, SAS-накопители не так сильно отличаются друг от друга. Все участники:

а) выпускаются в форм-факторе 2,5 дюйма с толщиной 15 мм;

б) обладают двумя портами SAS для повышения отказоустойчивости;

в) подготовлены для работы в режиме 24/7 в условиях телекоммуникационной стойки;

г) позволяют пользователю конфигурировать размер сектора для записи дополнительных метаданных;

д) характеризуются одинаковыми показателями надежности (MTBF, число циклов парковки головок);

е) продаются с пятилетней гарантией производителя.

Для тестирования были выбраны модели максимального объема в соответствующих линейках. Представлена продукция всех компаний, которые сегодня выпускают HDD, за одним исключением. Мы исчерпали все возможности получить на тест диск WD Xe (кроме как просто купить его за немалые деньги), а недавно эта марка и вовсе пропала с корпоративного сайта Western Digital - видимо, снимается с производства. В итоге из всех дисков со скоростью вращения шпинделя 10-15 тыс. об/мин у WD остался только VelociRaptor - по сути, производная от WD Xe, но с интерфейсом SATA. Чтобы WD хоть как-то была представлена в обзоре, мы включили VelociRaptor в число участников. Конечно, 100-процентной заменой SAS-накопителям его считать нельзя, однако масса серверов работает на SATA-накопителях, так что и VelociRaptor можно пустить в дело. Кроме того, если посмотреть с другой стороны, любой из дисков для SAS можно использовать в рабочей станции с соответствующим HBA (Host Bus Adapter) вместо VelociRaptor, что также оправдывает участие этого диска в сегодняшнем тесте.

Производитель	HGST	HGST	Seagate	Seagate	Seagate	Toshiba	Toshiba	Western Digital
Серия	Ultrastar C10K1800	Ultrastar C15K600	Savvio 10K.6	Enterprise Performance 10K HDD v7	Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5	AL13SEB	AL13SXB	VelociRaptor
Модельный номер	HUC101818CS4200	HUC156060CSS200	ST900MM0006	ST1200MM0017	ST600MP0035	AL13SEB900	AL13SXB600N	WD1000CHTZ/WD1000DHTZ
Форм-фактор	2,5 дюйма	2,5 дюйма	2,5 дюйма	2,5 дюйма	2,5 дюйма	2,5 дюйма	2,5 дюйма	3,5/2,5 дюйма
Интерфейс	SAS 12 Гбит/с	SAS 12 Гбит/с	SAS 6 Гбит/с	SAS 6 Гбит/с	SAS 12 Гбит/с	SAS 6 Гбит/с	SAS 6 Гбит/с	SATA 6 Гбит/с
Dual-port	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Нет
Емкость, Гбайт	1 800	600	900	1 200	600	900	600	1000
Конфигурация
Скорость вращения шпинделя, об/мин	10 520	15 030	10 000	10 000	15 000	10 500	15 000	10 000
Плотность записи данных, Гбайт/пластину	450	200	300	300	200	240	НД	334
Число пластин/головок	4/8	3/6	3/6	4/8	3/6	4/8	НД	3/6
Объем буфера, Мбайт	128	128	64	64	128	64	64	64
Размер сектора, байт	4096-4224	512-528	512-528	512-528	4096-4224	512-528	512-528	512
Производительность
Макс. устойчивая скорость последовательного чтения, Мбайт/с	247	250	195	195	246	195	228	200
Макс. устойчивая скорость последовательной записи, Мбайт/с	247	250	195	195	246	195	228	200
Burst rate, чтение/запись, Мбайт/с	261	267
Внутренняя скорость передачи данных, Мбайт/с	1307-2859	1762-3197	1440-2350	1440-2350	НД	НД	НД	НД
Average seek time: чтение/запись, мс	3,7/4,4	2,9/3,1	НД	НД	НД	3,7/4,1	2,7/2,95	НД
Track-to-track seek time: чтение/запись, мс	НД	НД	НД	НД	НД	0,2/22	НД	НД
Full stroke seek time: чтение/запись, мс	7,3/7,8	7,3/7,7	НД	НД	НД	НД	НД	НД
Надежность
MTBF (среднее время наработки на отказ), ч	2 000 000	2 000 000	2 000 000	2 000 000	2 000 000	2 000 000	2 000 000	1 400 000
AFR (annualized failure rate), %	НД	0,44	0,44	0,44	0,44	НД	0,44	НД
Число циклов парковки головок	600 000	600 000	НД	НД	НД	НД	600 000	600 000
Физические характеристики
Потребляемая мощность: бездействие/чтение-запись, Вт	5,4/7,6	5,8/7,5	3,9/7,8	4,6/8,1	5,3/8,7	3,9/НД	5,0/9,0	4,2/5,8
Типичный уровень шума: бездействие/поиск	34/38 дБA	32/38 дБA	30 дБA / НД	31 дБA / НД	32,5/33,5 дБA	30 дБA /НД	33 дБA /НД	30/37 дБА
Максимальная температура, °C: диск включен/диск отключен	55/70	55/70	60/70	60/70	55/70	55/70	55/70	55/70
Ударопрочность: диск включен (чтение) /диск отключен		30 g (2 мс) - запись / 300 g (2 мс)	25 g (2 мс) / 400 g (2 мс)	25 g (2 мс) / 400 g (2 мс)	25 g (2 мс) / 400 g (2 мс)	100 g (1 мс) / 400 g (2 мс)	100 g (1 мс) / 400 g (2 мс)	30 g (2 мс) / 300 g (2 мс)
Габаритные размеры: Д × В × Г, мм	101 × 70 × 15	100 × 70 × 15	101 × 70 × 15	101 × 70 × 15	101 × 70 × 15	101 × 70 × 15	101 × 70 × 15	101 × 70 × 15/ 147 × 102 × 26
Масса, г	220	219	212	204	230	240	230	230/500
Гарантийный срок, лет	5	5	5	5	5	5	5	5
Средняя розничная цена, руб.*	161 000	36 000	20 000	26 900	49 600	17 800	24 100	14 000 / 12 600

⇡ Описание участников тестирования

HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200)

Это самый емкий диск в новейшей линейке десятитысячников HGST. Серия Ultrastar C10K1800 примечательна в нескольких отношениях. В моделях, наименование которых заканчивается на S420x, благодаря высокой плотности записи с применением форматирования секторами по 4 Кбайт (нативным или с эмуляцией 512-байтовых секторов) достигнута емкость 450 Гбайт на пластину. Поэтому диск вмещает до 1,8 Тбайт, а скорость последовательного чтения/записи вышла на уровень HDD класса 15 тыс. об/мин.

Остальная часть линейки состоит из дисков с разметкой по 512-528 байт, обладающих менее выдающимся быстродействием и объемом вплоть до 1,2 Тбайт.

Все модели в линейке C10K1800 имеют так называемый media cache. В нескольких местах на поверхности пластин выделены области, служащие энергонезависмым кешем. Вместо того чтобы нести данные к запрошенному сектору, записывающая головка диска сбрасывает их в ближайшую кеширующую область, а в простое диска они перемещаются на нужное место.

Между прочим, это самый дорогой диск в тесте, просто фантастически дорогой - в среднем 161 тыс. рублей в московских интернет-магазинах. А в Америке, кстати, намного дешевле - $800 на newegg.com .

HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200)

HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200)

Единственная линейка 2,5-дюймовых дисков со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин в ассортименте HGST. Диски Ultrastar C15K600 одновременно обладают предельной на текущий момент скоростью последовательного чтения/записи и низкой латентностью. Физическое форматирование пластин выполняется секторами по 512-528 либо 4096-4224 байт (с нативным доступом или эмуляцией 512 байт). В тестировании участвует самая емкая модель в линейке - 600 Гбайт с секторами по 4 Кбайт.

HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200)

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006)

Это довольно-таки старые диски - позапрошлого поколения по сравнению с актуальной линейкой Enterprise Performance 10K от Seagate. Поэтому производительность Savvio 10K.6 уже не передовая в данном классе. Форматирование пластин выполнено секторами по 512-528 байт. Впрочем, эти диски все еще есть в продаже, имеют неплохой объем (вплоть до 900 Гбайт) и относительно недороги.

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006)

Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0017)

Эта серия тоже успела формально устареть к моменту выхода теста, уступив место Enterprise Performance 10K HDD v8. От Savvio 10K.6 данные диски отличаются только повышенным до 1,2 Тбайт объемом, но это достигнуто путем увеличения числа пластин, а не плотности записи, поэтому в отношении заявленной производительности с предыдущим поколением разницы нет. Участвующая в тестировании модель ST1200MM0017 обладает встроенным шифрованием.

Seagate Enterprise Performance 10K HDD 1,2 Тбайт (ST1200MM0007)

Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 Гбайт (ST600MP0035)

Это актуальная линейка дисков Seagate со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин. Диски обладают разметкой секторов по 512-528 либо 4096-4224 байт (нативно или с эмуляцией 512 байт). Протестирован максимальный по объему (600 Гбайт) накопитель с 4-килобайтными секторами.

Seagate Enterprise Performance 15K HDD 600 Гбайт (ST600MP0035)

Toshiba AL13SEB 900 Гбайт (AL13SEB900)

По основным характеристикам это аналог Seagate Savvio 10K.6: 10 000 об/мин, объем вплоть до 900 Гбайт, форматирование секторами 512-528 байт. В этой серии Toshiba не предлагает дисков с встроенным шифрованием.

Toshiba AL13SXB 600 Гбайт (AL13SXB600N)

В этой серии дисков со скоростью вращения шпинделя 15 000 об/мин модели с наименованиям вида AL13SXB**0N отформатированы с размером сектора 512-528 байт. Старшую из них мы взяли на тестирование. Модели с наименованиями вида AL13SXB**E* пользуются 4-килобайтными секторами, а кроме того, поддерживают интерфейс SAS 12 Гбит/с. Встроенное шифрование во всей серии AL13SXB отсутствует.

Toshiba 900 Гбайт (AL13SEB900)

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000CHTZ/WD1000DHTZ)

По физическим данным VelociRaptor мало отличается от своего прообраза - WD Xe: те же 10 000 об/мин и практически такая же линейная производительность. VelociRaptor пользуется разметкой с Advanced Format (секторы по 4 Кбайт), а доступный пользователю объем выше, чем у аналогичных WD Xe (1 Тбайт в случае старшей модели).

Поскольку это диск с интерфейсом SATA, функционально он не является полным аналогом SAS-накопителей. В частности, о двухпортовом подключении, конфигурации размера сектора и встроенном шифровании можно забыть. Кроме того, SAS-диски обычно делают более надежными, что заметно при сравнении их показателя заявленного MTBF с оным у VelociRaptor. И все же с позиции производительности этот диск можно рассматривать как серверный десятитысячник для бедных. Существуют разновидности «ящера» с радиатором-переходником на форм-фактор 3,5 дюйма (DHTZ), равно как «голые» варианты размером 2,5 дюйма (СHTZ).

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ)

⇡ Методика тестирования

Изолированные тесты производительности

Выполняются с помощью Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт.

1. Последовательное чтение/запись данных блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256.
2. Произвольное чтение/запись блоков от 512 байт до 2 Мбайт с глубиной очереди запросов 256.
3. Смешанное чтение/запись блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Доля операций чтения и записи варьирует от 0 до 100% с шагом 10%.
4. Зависимость пропускной способности от длины очереди команд. Выполняется чтение блоков размером 4 Кбайт, глубина очереди запросов варьирует от 1 до 256 с шагом степени двойки. Аналогичный тест на запись блоков не проводится, т.к. по этому параметру жесткие диски не различаются.
5. Устоявшееся время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 512 байт с глубиной очереди запросов 1. Тест продолжается в течение 10 мин.
6. Постоянство времени отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Для каждого отрезка теста продолжительностью 1 с записывается среднее и максимальное значение времени отклика, на основании которых вычисляются: а) средние значения обоих показателей; б) стандартное отклонение среднего времени отклика.
7. Многопоточное чтение/запись. Создаются четыре потока, выполняющие последовательное чтение/запись блоков размером 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Потоки имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом 100 Гбайт, которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная пропускная способность всех потоков, а также каждого из них в отдельности.

Тесты с эмулированной нагрузкой

Выполняются в Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт. Глубина очереди команд - 256.

Размер блока	Доля от всех запросов	Доля чтения	Доля произвольного доступа
База данных
8 Кбайт	100%	67%	100%
Файловый сервер
512 байт	10%	80%	100%
1 Кбайт	5%	80%	100%
2 Кбайт	5%	80%	100%
4 Кбайт	60%	80%	100%
8 Кбайт	2%	80%	100%
16 Кбайт	4%	80%	100%
32 Кбайт	4%	80%	100%
64 Кбайт	10%	80%	100%
Рабочая станция
8 Кбайт	100%	80%	80%
Веб-сервер
512 байт	22%	100%	100%
1 Кбайт	15%	100%	100%
2 Кбайт	8%	100%	100%
4 Кбайт	23%	100%	100%
8 Кбайт	15%	100%	100%
16 Кбайт	2%	100%	100%
32 Кбайт	6%	100%	100%
64 Кбайт	7%	100%	100%
128 Кбайт	1%	100%	100%
512 Кбайт	1%	100%	100%

Тестовый стенд

Накопители подключались к адаптеру LSI SAS 9211-8i , за который мы выражаем благодарностью российскому представительству компании LSI.

⇡ Производительность, основные тесты

Последовательное чтение/запись

• Диски со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин правят бал в тесте последовательного чтения/записи. Впрочем, в этой группе есть свой лидер — Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5.
• Ultrastar C10K1800 за счет высокой плотности записи не уступает накопителям категории 15К.
• А вот представленные десятитысячники мало различаются по скорости линейного доступа.

Произвольное чтение

• 15-тысячники и в этой дисциплине доминируют над своими низкооборотными собратьями.
• Разброс показателей внутри категорий HDD с одинаковой скоростью вращения шпинделя невелик. Можно выделить только HGST Ultrastar C15K600 как формального лидера в своей группе и VelociRaptor, явно уступающий аналогам.

Произвольная запись

Результаты теста на произвольную запись оказались менее предсказуемыми, нежели в предшествующем тесте, поскольку определяются не только механикой HDD, но и характером использования буфера.

• Колоссальное быстродействие, совершенно недостижимое для конкурирующих устройств, продемонстрировал HGST Ultrastar C15K600.
• Два оставшихся 15-тысячника также имеют большое преимущество перед HDD с меньшей скоростью вращения шпинделя.
• Сами 10-тысячники составляют гомогенную группу, за исключением Ultrastar C10K1800. Он выходит далеко за рамки своего класса и уступает лишь диску C15K600 того же производителя. Вот он, хваленый media cache, в действии!

Устоявшееся время отклика

• Несмотря на то, что нагрузка продолжается в течение 10 минут, она не может полностью забить буфер на некоторых дисках, поэтому результаты для записи данных не отражают то, на что направлен этот тест, - латентность механики накопителя.
• Напротив, при чтении с длиной очереди в одну команду буфер — не помощник. В результате соперники выстроились в соответствии со скоростью вращения шпинделя (чем она выше, тем меньше время отклика). Существенной разницы между устройствами одной категории не обнаружено.

⇡ Производительность, расширенный анализ

Смешанное чтение/запись

• Диски категории 15К по-прежнему на высоте, за исключением Ultrastar C15K600, который особенно сильно просел при смешанной нагрузке.
• Ultrastar C10K1800 в очередной раз выделился среди своих аналогов. Из других десятитысячников отметим Toshiba AL13SEB. Все они примерно одинаковы при 100-процентном чтении или записи, но AL13SEB сохраняет наибольшую производительность при смешанной нагрузке.

Зависимость пропускной способности от длины очереди команд

• Все диски способны извлечь выгоду из длинной очереди команд и достигают пиковой пропускной способности при 64 командах. Только VelociRaptor довольствуется очередью в 32 команды.

Многопоточное чтение

• Большинство участников теста равномерно распределяют ресурсы между четырьмя потоками. Что, впрочем, приводит к низкой совокупной производительности.
• Toshiba AL13SEB и WD VelociRaptor, напротив, при многопоточном чтении жертвуют одним из потоков, за счет чего возрастает скорость передачи данных в остальных и общая пропускная способность.

Многопоточная запись

• При записи в четыре потока ни один из дисков не хитрит: производительность равномерно распределяется между всеми потоками.
• Как видим, от механики диска в этом тесте зависит не так уж много. 15-тысячники от Seagate и Toshiba заняли первые места, а вот Ultrastar 15K600 — явный аутсайдер.

Постоянство времени отклика

• При чтении данных все накопители характеризуются существенной разницей между средним и максимальным временем отклика. Лишь VelociRaptor выделяется в лучшую сторону, обладая более выгодным соотношением среднего и максимального времени отклика.
• При записи пиковые значения времени отклика сглажены буфером и мало отличаются от средних.

• Участники теста больше всего различаются по разбросу времени доступа при записи. Наиболее консистентной производительностью обладает Ultrastar C10K1800. У Toshiba AL13SEB900, напротив, стандартное отклонение времени доступа резко повышено.

Среди серверных десятитысячников диски не так сильно отличаются друг от друга, но формально — лучших показателей добился Seagate Savvio 10K.6. VelociRaptor, напротив, всегда плетется в хвосте.

Большинство десятитысячников в основных аспектах похожи друг на друга, но стоит выделить HGST Ultrastar C10K1800 (HUC101818CS4200), который уступает более оборотистым коллегам класса 15К только в скорости произвольного чтения и при этом имеет рекордный объем — 1,8 Тбайт. Впрочем, на результатах тестов с эмулированными приложениями эти достоинства никак не отразились.

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006) и Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0007) обладают стабильно высокой производительностью без сюрпризов. Чуть хуже прочих десятитысячников с тестами справился Toshiba AL13SEB900.

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ) можно рассматривать как высокопроизводительный HDD «для бедных», если протокол SAS не является обязательным пунктом в техзадании. По своим характеристикам это типичный диск класса 10К, только в сравнении с истинными серверными накопителями скорость произвольного чтения оставляет желать много лучшего, что проявилось и в «эмуляторах».

Второй интерфейс внешней памяти – SCSI (Small Computer System Interface – системный интерфейс малых компьютеров) был разработан и принят ANSI в 1986 г. (он получил позднее название SCSI-1). Скорость передачи данных при использовании этого 8-разрядного параллельного интерфейса составляла (при тактовой частоте шины 5 МГц) 4 Мбайта/с в асинхронном режиме и 5 Мбайт/с в синхронном режиме. В отличие от интерфейса IDE/ATA, к интерфейсу SCSI можно подключать не только внутренние, но и внешние устройства: принтеры, сканеры и т.д. Максимальное количество подключаемых к шине SCSI устройств было равно 8, а максимальная длина кабеля – 6 м.

Разработкой стандартов и поддержкой интерфейса SCSI занимается комитет T10 INCITS, т.е. той же организации, которая разрабатывает стандарты IDE (ATA). В 1996 г. для продвижения стандарта SCSI была создана Торговая ассоциация SCSI – STA (SCSI Trade Association). В эту ассоциацию входят около тридцати фирм-производителей компьютерной техники.

В следующих стандартах SCSI – SCSI-2 (1994 г.) и SCSI-3 (1995 г.) введен общий набор команд CCS (Common Command Set) – 18 базовых команд, необходимых для поддержки любого устройства SCSI, добавлена возможность хранения в устройстве очередей команд, полученных с компьютера и их обработка в соответствии с заданными приоритетами. Кроме этого, в этих стандартах, наряду с 8-разрядной, определена и 16-разрядная шина, тактовая частота увеличена до 20 МГц и скорость передачи данных – до 20 Мбайт/с.

Развитием стандарта SCSI-3 являются используемые в настоящее время стандарты Ultra3 SCSI (1999 г.), для которого определена частота шины 40 МГц и скорость передачи 160 Мбайт/с и Ultra320 SCSI (2002 г.) – частота шины 80 МГц и скорость передачи 320 Мбайт/с.

Обмен данными по этим стандартам реализуется с помощью метода LDVS (так же, как в шине PCI Express). Максимальное количество подключаемых устройств для Ultra3 SCSI и Ultra320 SCSI равно 16, а максимальная длина кабеля – 12 м.

Разработан также стандарт Ultra640 SCSI (2003 г.) с частотой шины 160 МГц и со скоростью 640 Мбайт/с, но этот стандарт не получил широкого распространения, в связи с тем, что из-за малой длины кабеля к нему нельзя подключить более двух устройств.

Связь между устройством SCSI и шиной ввода/вывода выполняется с помощью специального адаптера (контроллера) SCSI, вставляемого в разъем PCI, или встроенного в материнскую плату. Кроме адаптера SCSI (рис. 1.3.8а), называемого хост-адаптером (host adapter) каждое устройство имеет свой встроенный адаптер, который позволяет ему взаимодействовать с шиной SCSI. Если устройство – последнее в цепочке устройств шины SCSI, после него подключается специальное устройство – терминатор (terminator) для того чтобы исключить отражение сигналов, передающихся по шине (рис. 1.3.8б).

В Ultra3 SCSI и Ultra320 SCSI используются два типа разъемов: 68-контактный (рис. 1.3.8в) и 80-контактный (рис. 1.3.8г). Второй тип разъема, помимо линий передачи данных и команд, содержит также линии электропитания устройств и обеспечивает возможность «горячего» подключения устройства к компьютеру.

Рис. 1.3.8. Устройства SCSI: а) адаптер SCSI: 1 – разъемы для подключения внешних устройств; 2 – разъем для подключения внутреннего устройства; 3 – контроллер SCSI;

б) шина SCSI: 1 – разъем для подключения адаптера; 2 – разъемы для подключения устройств; 3 – терминатор; в) 68-контактный разъем SCSI; г) 80-контактный разъем SCSI

Данные при использовании SCSI передаются параллельно, так же, как и в IDE (ATA). По тем же причинам, что и в IDE (ATA), была начата разработка последовательно подключаемого SCSI – SAS (Serial Attached SCSI). Интерфейс SAS является совместимым с интерфейсом SATA и в тоже время использует команды SCSI, возможность «горячего» подключения внешних устройств, а также возможность подключения, помимо жестких и оптических дисководов, других периферийных устройств, например, принтера или сканера. В настоящее время интерфейс SAS постепенно заменяет интерфейс SCSI в компьютерах и периферийных устройствах.

Первая спецификация SAS – SAS 1.0 была выпущена Комитетом T10 в 2003 году. В ней была определена скорости передачи данных 1,5 и 3 Гбита/с для подключения устройств внутри системного блока компьютера с максимальной длиной кабеля 1 м и внешнего подключения устройств с максимальной длиной кабеля 8 м.

В 2005 году была выпущена спецификация SAS 1.1, в которой были исправлены ошибки спецификации SAS 1.0.

В спецификации SAS 2.0 (2009 г.) добавлена скорость 6 Гбит/с и максимальная длина кабеля увеличена до 10 м.

Обмен данными в SAS, так же, как и в SCSI, реализуется с помощью метода LDVS.

Две дифференциальные сигнальные пары (приемная и передающая) образуют в SAS физический канал. Один или несколько физических каналов, в свою очередь, образуют порт. Количество физических каналов в порту обозначается с помощью цифры, за которой следует символ «x». Так, обозначение 4x означает, что порт содержит 4 канала (8 сигнальных пар). Каждый порт имеет уникальный 64-битовый адрес, присваиваемый производителем оборудования SAS. Устройство с интерфейсом SAS может иметь один или несколько портов. Порт, имеющий только один канал, называется узким портом (narrow port), а порт, имеющий два и более каналов, называется широким портом (wide port).

Так два порта со скоростью по 3 Гбит/с можно использовать либо как два отдельных каналов связи с разными устройствами, либо как единый канал связи со скоростью 6 Гбит/с. Кроме того, в спецификации SAS 2.0 добавлена возможность разбиения порта со скоростью 6 Гбит/с на два канала со скоростью по 3 Гбит/с.

При подключении устройств в SAS используются разъемы, стандартизированные Комитетом по малым форм-факторам – Small Form Factor (SFF) Committee. Этот комитет разрабатывает и готовит спецификации по разъемам, используемым в различных устройствах. Каждый разъем идентифицируется префиксом «SFF-», за которым следует четырехзначный номер разъема, начинающийся с цифры 8.

Основными разъемами, используемыми в SATA являются:

· разъем SFF-8482 для подключения внутреннего устройства (рис. 1.3.9а);

· разъем SFF-8484 – разъем 4x для подключения внутренних устройств (рис. 1.3.9б);

· разъем SFF-8087 – разъем 4x (miniSAS) для подключения внутренних устройств (рис. 1.3.9в);

· разъем SFF-8470 – разъем 4x для подключения внешних устройств (рис. 1.3.9г);

· разъем SFF-8088 – разъем 4x (miniSAS) для подключения внешних устройств (рис. 1.3.9д).

Интерфейс SAS поддерживает набор команд, совместимый с набором команд SATA, поэтому к расширителю SAS можно подключать устройства SATA (для этого обычно используется разъем SFF-8482).

Наиболее распространенный кабель для подключения внешних устройств SAS с разъемами SFF-8088 на концах кабеля приведен на рис. 1.3.9е. Для подключения внешних устройств по интерфейсу eSATA можно использовать кабель, на одном конце которого разъем SFF-8088, а на другом – 4 разъема eSATA (рис. 1.3.9ж).

Рис. 1.3.9. Разъемы SAS: а) 29-контактный штекер разъема SAS для внутреннего устройства (SFF-8482) б) 32-контактный 4x штекер разъема SAS для подключения внутренних устройств (SFF-8484); в) 26-контактный 4x штекер разъема mini-SAS для внутренних устройств (SFF-8087); г) 26-контактный 4x штекер разъема SAS для внешнего устройства (SFF-8470); д) 26-контакный 4x штекер разъема mini-SAS для внешнего устройства (SFF-8088); е) кабель SFF-8088 – SFF-8088; ж) кабель SFF-8088 – 4 eSATA

Система с интерфейсом SAS состоит из следующих компонент:

· инициатор (Initiator) – порождает запросы на обслуживание для целевых устройств и получает подтверждения об исполнении запросов (реализуется в виде микросхемы на материнской плате или на карте, подключенной к шине материнской платы);

· целевое устройство (Target Device) – содержит логические блоки и целевые порты, которые осуществляют приём запросов на обслуживание, исполняет их; после того, как закончена обработка запроса, инициатору запроса отсылается подтверждение выполнения запроса (может быть как отдельным жёстким диском, так и целым набором дисков).

· подсистема доставки данных (Service Delivery Subsystem) – осуществляет передачу данных между инициаторами и целевыми устройствами (состоит из кабелей и расширителей SAS).

· расширитель SAS (SAS Expander) – подключает несколько устройств SAS к одному порту инициатора.

В настольных компьютерах расширитель SAS выполняется в виде карты, которая подключается к шине PCI Express, и содержит контроллер SAS, выполняющий функции инициатора, а также один или несколько внутренних и/или внешних гнезд разъемов SAS, к которым подключаются устройства с интерфейсом SAS или SATA (eSATA) (рис. ?????а и рис. ?????б).

Дисководы SAS (eSATA) могут быть помещены в корпус (рис. ?????в). Такое устройство называется дисковым массивом. Помимо дисководов, дисковый массив содержит встроенную плату расширителя SAS (рис. ?????г), разъем электропитания, а также гнездо для подключения к управляющему компьютеру (входного гнезда) и 1 или 2 гнезда для подключения к другим компьютером (входные гнезда). Наличие этих гнезд позволяет нескольким компьютером совместно использовать данные на дисководах дискового массива.

Пример подключения дисководов eSATA к компьютеру с использованием кабеля, изображенного на рис. 1.3.9ж, и компьютеров к дисковому массиву с использованием кабеля, изображенного на рис. 1.3.9е, приведен на рис. рис. ?????д.

Рис. ??????. Средства SAS: а) карта для подключения двух внутренних устройств:

1 – контроллер (инициатор) SAS; 2 – гнезда SF-8087; б) карта для подключения двух внешних устройств: 2 – гнезда SF-8088; 1 – контроллер (инициатор) SAS; в) дисковый массив на 15 дисководов SAS (eSATA); г) расширитель SAS дискового массива;

д) пример использования SAS для подключения внешних дисководов: 1 – дисководы eSATA; 2 – дисковый массив, подключенный к двум компьютерам

Аппаратная реализация SAS, как и ранее SCSI, на компьютере обходится дороже, чем реализация ATA и SATA (eSATA). Это связано, во-первых, с тем, что контроллер ATA и SATA, как правило, встроен в материнскую плату, а материнские платы для настольных компьютеров с встроенным интерфейсом SCSI и SAS практически не выпускаются, поэтому необходимо приобретение карты контроллера SCSI или SAS. Во-вторых, устройства с интерфейсом SAS имеют большие возможности, чем устройства ATA и SATA (eSATA). Например, дисководы SAS могут быть двухпортовыми, т.е. их можно либо подключить к двум компьютерам, либо выполнять обмен данными с компьютером на вдвое болей скорости по сравнению с использованием одного порта. Однако это приводит к более высокой стоимости дисководов SAS.

Поэтому основной областью применения SAS, как и SCSI, являются мощные компьютеры (сервера) с повышенными требованиями к скорости обмена, надежности и безопасности данных.

За счет использования расширителей, подсистема доставки данных SAS предлагает больше возможностей, чем система SATA (eSATA). Кроме того, в этой подсистеме можно использовать и более дешевые устройства SATA (eSATA).

Отдельная система, состоящая из связанных между собой компьютеров, периферийных устройств, расширителей SAS и кабелей SAS, SATA и eSATA, называется доменом. Максимальное количество расширителей и устройств в домене равно 16256. Система SAS может состоять из нескольких доменов, причем отдельные инициаторы и устройства могут входить в два соседних домена.

В домене могут использоваться два типа расширителей: расширитель-коммутатор и оконечный расширитель.

Расширитель-коммутатор (fanout expander) (рис. ?????а) выполняет в домене SAS маршрутизацию потоков данных от инициаторов к целевым устройствам домена. В домене должен быть только один расширитель-коммутатор.

Оконечный расширитель (edge expander) (рис. ?????б) подключается либо к расширителю-коммутатору, либо к другому оконечному расширителю и используется для маршрутизации потоков данных подключенных к нему устройств и расширителей. Максимальное количество обслуживаемых оконечным расширителем устройств равно 128.

Устройства могут подключаться как к расширителю-коммутатору, так и к оконечному расширителю. Если в домене не задействован расширитель-коммутатор, то количество оконечных расширителей должно быть не более 2.

При включении электропитания все устройства системы SAS обмениваются друг с другом своими адресами, и система переходит в активное состояние, при котором выполняется обмен командами, пакетами данных и управляющими сообщениями. Добавление в систему нового устройства («горячее» подключение) или отключение устройства приводит к генерации управляющего сообщения, при получении которого все расширители перестраивают свою схему маршрутизации и оповещают инициаторы об изменении конфигурации системы.

Пример конфигурации доменов SAS приведен на рис. рис. ?????в.

Рис. ?????. Использование SAS в серверах: а) 12-портовый расширитель-коммутатор с гнездами SFF-8470 (вид спереди и сзади); б) 12-портовый оконечный расширитель с гнездами SFF-8470 (вид спереди и сзади); в) пример доменов SAS:

1 – серверы-инициаторы с картами расширения SAS; 2 - оконечные расширители SAS;

3 – однопортовые дисководы с интерфейсом SAS; 4 – расширитель-коммутатор SAS;

5 – дисководы с интерфейсом eSATA; 6 – двухпортовые дисководы с интерфейсом SAS;

7 – дисковый массив с встроенным расширителем SAS