Scsi и sata отличие

Обновлено: 05.07.2024

В нашем веке IT-технологии развиваются стремительно, и различные интерфейсы тоже радуют нас своими нововведениями. Будут ли SATA и SAS вытеснены технологией SCSI, которая уверенно набирает свою клиентскую базу? Сейчас мы попробуем произвести сравнение интерфейсов SCSI, SAS и SATA.

Всем знакомый параллельный SCSI это проверенный временем интерфейс, который пользуется популярностью на рынке уже достаточно давно. Главный вопрос не в простой замене SCSI на SATA и SAS , он, как это обычно бывает, немного сложнее. Сейчас интерфейс SCSI предложил нам скорость передачи данных в 320 Мб/сек, что является если не рекордной то одной из самый быстрых. Такая скорость SCSI доступна благодаря современному интерфейсу Ultra320 SCSI . Но скорость не является единственным плюсом, нам так же предоставили массу возможностей, среди которых Command-Tag Queuing (метод оптимизации для увеличения производительности). Одним с решающих факторов в интерфейсе является, конечно же, надежность и тут жесткие диски SCSI оказываются на высоте; кроме того, есть возможность создать последовательную цепь на коротком расстоянии и подключить её к каналу SCSI . В настоящее время эти особенности делают интерфейс SCSI лучшим выбором для десктопов , рабочих станций, и даже серверных предприятий.

Так что же лучше: SCSI, SAS или SATA?

Жесткие диски SAS используют тот же набор команд что и SCSI , более того они обладают похожими параметрами, такими как надежность и производительность, но используя последовательную версию интерфейса SCSI имеют скорость только в 300 Мб/сек. Небольшая потеря в скорости перед SCSI и его 320 Mб/сек незаметна, учитывая что интерфейс SAS поддерживает до 128 устройств на существенных расстояниях, а так же способен расширяться до 16 000 устройств на один канал. Надежность и скорость вращениях у этих двух дисков одинаковые.

Если диски SCSI и SAS похожи между собой, то диски SATA делают упор немного на другие параметры. Если упомянутые выше интерфейсы удивляют нас производительностью и надежностью, то диски SATA жертвуют этими параметрами, акцентируя свое внимание на увеличении емкости и снижении стоимости продукции. В настоящий момент емкость диска SATA может достигать в 1 терабайт. Интерфейсы SATA используются при работе с большими объемами данных к примеру, резервное копирование или архивация данных. SATA нам предлагает соединение с скоростью в 300 Мб/сек, оставляя далеко позади традиционный интерфейс ATA с скоростью которая в половину уступает и нередко бывает даже ниже 150 Мб/сек.

Сравнение интерфейсов SCSI, SAS и SATA: есть ли будущее в SCSI?

В заключение попробуем разобрать будущее SCSI . Основная проблема с традиционным SCSI банальна, просто заканчивается срок его использования. Интерфейс SCSI не может работать быстрее чем 320 Мб/сек на существующих длинах SCSI кабелей. Те же диски SАТА планируют достичь скорости в 600 Мб/сек, а SAS и вовсе называют безумную цифру в 1200 Мб/сек в ближайшее время. Безоговорочным плюсом SAS и SATA является возможность работать одновременно в некоторых системах, так как диски SATA свободно используются и интерфейсом SAS . Однако SCSI имеет своих «фанатов» и останется на нашем рынке еще несколько лет, радуя нас своей надежностью и лучшей (на данный момент) скоростью передачи данных, к тому же о остается в приоритете в малых и средних серверах. Но со временем, аппаратное обеспечение улучшается и SCSI будет заменяться на диски SAS / SATA , так как они, по прогнозам, будут предоставлять более высокие удобства соединения и конечно же, скорость.

Каково будущее SCSI на рынке? Будет ли эта технология вытеснена SATA или SAS?

В этой статье мы заглянем в будущее интерфейса SCSI и рассмотрим некоторые преимущества и недостатки интерфейсов SCSI, SAS и SATA.

На самом деле, вопрос является немного более сложным, чем простая замена SCSI на SATA и SAS. Традиционный параллельный SCSI является испытанным и проверенным интерфейсом, используемым давно. В настоящее время, SCSI предлагает очень быструю скорость передачи данных в 320 Мегабайт в секунду (Mб/сек), используя современный интерфейс Ultra320 SCSI. Кроме того, SCSI предлагает большой выбор возможностей, среди которых Command-Tag Queuing (метод оптимизирования I/O команд для увеличения производительности). Жесткие диски SCSI отличаются надежностью; на коротком расстоянии можно создать последовательную цепь из 15 устройств, подключенную к каналу SCSI. Эти особенности делают SCSI замечательным выбором для производительных десктопов и рабочих станций, вплоть до серверов предприятий, по настоящее время.

Жесткие диски SAS используют набор команд SCSI и обладают схожей надежностью и производительностью, как и SCSI диски, однако используют последовательную версию интерфейса SCSI, со скоростью 300 Mб/сек. И хотя это немного медленнее, чем SCSI с 320 Mб/сек, интерфейс SAS способен поддерживать до 128 устройств на бОльших расстояниях, чем Ultra320, и может расширяться до 16000 устройств на канал. Жесткие диски SAS предлагают такую же надежность и скорости вращения (10000-15000), как и диски SCSI.

Диски SATA являются немного другими. Там, где SCSI и SAS диски уделяют внимание производительности и надежности, диски SATA жертвуют ими в пользу существенного увеличения емкости и снижения стоимости. К примеру, диск SATA в настоящий момент достиг емкости в 1 терабайт (ТБ). SATA используется там, где нужна максимальная емкость, например, для резервного копирования данных или архивирования. Сейчас SATA предлагает соединения точка-точка со скоростью до 300 Mб/сек, и легко опережает традиционный параллельный интерфейс АТА, со скоростью 150 Mб/сек.

Итак, что же случится с SCSI? Работает он прекрасно. Проблема с традиционным SCSI заключается в том, что просто подходит к окончанию его срок эксплуатации. Параллельный интерфейс SCSI, обладающий скоростью в 320 Mб/сек, не сможет работать значительно быстрее на существующих в настоящий момент длинах SCSI кабелей. Для сравнения, диски SАТА достигнут скорости в 600 Mб/сек в ближайшем будущем, SAS имеют планы для достижению 1200 Mб/сек. Диски SАТА могут, кроме того, работать с интерфейсом SAS, таким образом эти диски могут использоваться одновременно в некоторых системах хранения. Потенциал к увеличению расширяемости и производительности передачи данных гораздо превышает имеющийся у SCSI. Но SCSI не уйдет со сцены в ближайшее время. Мы будем видеть SCSI в малых и средних серверах еще несколько лет. Так как аппаратные средства обновляются, SCSI будет систематически заменяться дисками SAS/SATA, для получения большей скорости и удобства соединения.

В прошлой части цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков. Вторая часть расскажет про интерфейсы взаимодействия с накопителями.

Общение между процессором и периферийными устройствами происходит в соответствии с заранее определенными соглашениями, называемыми интерфейсами. Эти соглашения регламентируют физический и программный уровень взаимодействия.

Интерфейс — совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.

Физическая реализация интерфейса влияет на следующие параметры:

пропускная способность канала связи;
максимальное количество одновременно подключенных устройств;
количество возникающих ошибок.

Параллельные и последовательные порты

По способу обмена данными порты ввода-вывода делятся на два типа:

Последовательные порты — противоположность параллельным. Отправка данных происходит по одному биту за раз, что сокращает общее количество сигнальных линий, но усложняет контроллер ввода-вывода. Контроллер передатчика получает машинное слово за раз и должен передавать по одному биту, а контроллер приемника в свою очередь должен получать биты и сохранять в том же порядке.

Small Computer Systems Interface (SCSI) появился в далеком 1978 году и был изначально разработан, чтобы объединять устройства различного профиля в единую систему. Спецификация SCSI-1 предусматривала подключение до 8 устройств (вместе с контроллером), таких как:

сканеры;
ленточные накопители (стримеры);
оптические приводы;
дисковые накопители и прочие устройства.

Изначально SCSI имел название Shugart Associates System Interface (SASI), но стандартизирующий комитет не одобрил бы название в честь компании и после дня мозгового штурма появилось название Small Computer Systems Interface (SCSI). «Отец» SCSI, Ларри Баучер (Larry Boucher) подразумевал, что аббревиатура будет произноситься как «sexy», но Дал Аллан (Dal Allan) прочитал «sсuzzy» («скази»). Впоследствии произношение «скази» прочно закрепилось за этим стандартом.

В терминологии SCSI подключаемые устройства делятся на два типа:

Используемая топология «общая шина» накладывает ряд ограничений:

на концах шины необходимы специальные устройства — терминаторы;
пропускная способность шины делится между всеми устройствами;
максимальное количество одновременно подключенных устройств ограничено.

Устройства на шине идентифицируются по уникальному номеру, называемому SCSI Target ID. Каждый SCSI-юнит в системе представлен минимум одним логическим устройством, адресация которого происходит по уникальному в пределах физического устройства номеру Logical Unit Number (LUN).

Команды в SCSI отправляются в виде блоков описания команды (Command Descriptor Block, CDB), состоящих из кода операции и параметров команды. В стандарте описано более 200 команд, разделенных в четыре категории:

Mandatory — должны поддерживаться устройством;
Optional — могут быть реализованы;
Vendor-specific — используются конкретным производителем;
Obsolete — устаревшие команды.

TEST UNIT READY — проверка готовности устройства;
REQUEST SENSE — запрашивает код ошибки предыдущей команды;
INQUIRY — запрос основных характеристик устройства.

Дальнейшее усовершенствование SCSI (спецификации SCSI-2 и Ultra SCSI) расширило список используемых команд и увеличило количество подключаемых устройств до 16-ти, а скорость обмена данными по шине до 640 МБ/c. Так как SCSI — параллельный интерфейс, повышение частоты обмена данными было сопряжено с уменьшением максимальной длины кабеля и приводило к неудобству в использовании.

Начиная со стандарта Ultra-3 SCSI появилась поддержка «горячего подключения» — подключение устройств при включенном питании.

Первым известным SSD диском с интерфейсом SCSI можно считать M-Systems FFD-350, выпущенный в 1995 году. Диск имел высокую стоимость и не имел широкой распространенности.

В настоящее время параллельный SCSI не является популярным интерфейсом подключения дисков, но набор команд до сих пор активно используется в интерфейсах USB и SAS.

ATA / PATA

Интерфейс ATA (Advanced Technology Attachment), так же известный как PATA (Parallel ATA) был разработан компанией Western Digital в 1986 году. Маркетинговое название стандарта IDE (англ. Integrated Drive Electronics — «электроника, встроенная в привод») подчеркивало важное нововведение: контроллер привода был встроен в привод, а не на отдельной плате расширения.

Решение разместить контроллер внутри привода решило сразу несколько проблем. Во-первых, уменьшилось расстояние от накопителя до контроллера, что положительным образом повлияло на характеристики накопителя. Во-вторых, встроенный контроллер был «заточен» только под определенный тип привода и, соответственно, был дешевле.

ATA, как и SCSI, использует параллельный способ ввода-вывода, что отражается на используемых кабелях. Для подключения дисков с использованием интерфейса IDE необходимы 40-жильные кабели, также именуемые шлейфами. В более поздних спецификациях используются 80-жильные шлейфы: более половины из которых — заземления для уменьшения интерференции на высоких частотах.

На шлейфе ATA присутствует от двух до четырех разъемов, один из которых подключается в материнскую плату, а остальные — в накопители. При подключении двух устройств одним шлейфом, одно из них должно быть сконфигурировано как Master, а второе — как Slave. Третье устройство может быть подключено исключительно в режиме «только чтение».

Положение перемычки задает роль конкретного устройства. Термины Master и Slave по отношению к устройствам не совсем корректны, так как относительно контроллера все подключенные устройства — Slaves.

Особенным нововведением в ATA-3 считается появление Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Пять компаний (IBM, Seagate, Quantum, Conner и Western Digital) объединили усилия и стандартизировали технологию оценки состояния накопителей.

Поддержка твердотельных накопителей появилась с четвертой версии стандарта, выпущенной в 1998 году. Эта версия стандарта обеспечивала скорость обмена данными до 33.3 МБ/с.

Стандарт выдвигает жесткие требования к шлейфам ATA:

шлейф обязательно должен быть плоским;
максимальная длина шлейфа 18 дюймов (45.7 сантиметров).

Стандарт Serial ATA (SATA) был представлен 7 января 2003 года и решал проблемы своего предшественника следующими изменениями:

параллельный порт заменен последовательным;
широкий 80-жильный шлейф заменен 7-жильным;
топология «общая шина» заменена на подключение «точка-точка».

Шестнадцать сигнальных линий для передачи данных в ATA были заменены на две витые пары: одна для передачи, вторая для приема. Коннекторы SATA спроектированы для большей устойчивости к множественным переподключениям, а спецификация SATA 1.0 сделала возможным «горячее подключение» (Hot Plug).

Некоторые пины на дисках короче, чем все остальные. Это сделано для поддержки «горячей замены» (Hot Swap). В процессе замены устройство «теряет» и «находит» линии в заранее определенном порядке.

Чуть более, чем через год, в апреле 2004-го, вышла вторая версия спецификации SATA. Помимо ускорения до 3 Гбит/с в SATA 2.0 ввели технологию Native Command Queuing (NCQ). Устройства с поддержкой NCQ способны самостоятельно организовывать порядок выполнения поступивших команд для достижения максимальной производительности.

Последующие три года SATA Working Group работала над улучшением существующей спецификации и в версии 2.6 появились компактные коннекторы Slimline и micro SATA (uSATA). Эти коннекторы являются уменьшенной копией оригинального коннектора SATA и разработаны для оптических приводов и маленьких дисков в ноутбуках.

Несмотря на то, что пропускной способности второго поколения SATA хватало для жестких дисков, твердотельные накопители требовали большего. В мае 2009 года вышла третья версия спецификации SATA с увеличенной до 6 Гбит/с пропускной способностью.

Особое внимание твердотельным накопителям уделили в редакции SATA 3.1. Появился коннектор Mini-SATA (mSATA), предназначенный для подключения твердотельных накопителей в ноутбуках. В отличие от Slimline и uSATA новый коннектор был похож на PCIe Mini, хотя и не был электрически совместим с PCIe. Помимо нового коннектора SATA 3.1 мог похвастаться возможностью ставить команды TRIM в очередь с командами чтения и записи.

Команда TRIM уведомляет твердотельный накопитель о блоках данных, которые не несут полезной нагрузки. До SATA 3.1 выполнение этой команды приводило к сбросу кэшей и приостановке операций ввода-вывода с последующим выполнением команды TRIM. Такой подход ухудшал производительность диска при операциях удаления.

Спецификация SATA не успевала за бурным ростом скорости доступа к твердотельным накопителям, что привело к появлению в 2013 году компромисса под названием SATA Express в стандарте SATA 3.2. Вместо того, чтобы снова удвоить пропускную способность SATA, разработчики задействовали широко распространенную шину PCIe, чья скорость превышает 6 Гбит/с. Диски с поддержкой SATA Express приобрели собственный форм-фактор под названием M.2.

«Конкурирующий» с ATA стандарт SCSI тоже не стоял на месте и всего через год после появления Serial ATA, в 2004, переродился в последовательный интерфейс. Имя новому интерфейсу — Serial Attached SCSI (SAS).

Несмотря на то, что SAS унаследовал набор команд SCSI, изменения были значительные:

последовательный интерфейс;
29-ти жильный кабель с питанием;
подключение «точка-точка»

Максимальное количество одновременно подключенных устройств в SAS-домене по спецификации превышает 16 тысяч, а вместо SCSI ID для адресации используется идентификатор World-Wide Name (WWN).

WWN — уникальный идентификатор длиной 16 байт, аналог MAC-адреса для SAS-устройств.

Несмотря на схожесть разъемов SAS и SATA, эти стандарты не являются полностью совместимыми. Тем не менее, SATA-диск может быть подключен в SAS-коннектор, но не наоборот. Совместимость между SATA-дисками и SAS-доменом обеспечивается при помощи протокола SATA Tunneling Protocol (STP).

Первая версия стандарта SAS-1 имеет пропускную способность 3 Гбит/с, а самая современная, SAS-4, улучшила этот показатель в 7 раз: 22,5 Гбит/с.

Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) — последовательный интерфейс для передачи данных, появившийся в 2002 году. Разработка была начата компанией Intel, а впоследствии передана специальной организации — PCI Special Interest Group.

Последовательный интерфейс PCIe не был исключением и стал логическим продолжением параллельного PCI, который предназначен для подключения карт расширения.

PCI Express значительно отличается от SATA и SAS. Интерфейс PCIe имеет переменное количество линий. Количество линий равно степеням двойки и колеблется в диапазоне от 1 до 16.

Термин «линия» в PCIe обозначает не конкретную сигнальную линию, а отдельный полнодуплексный канал связи, состоящий из следующих сигнальных линий:

прием+ и прием-;
передача+ и передача-;
четыре жилы заземления.

«Аппетиты» твердотельных накопителей растут очень быстро. И SATA, и SAS не успевают увеличивать свою пропускную способность, чтобы «угнаться» за SSD, что привело к появлению SSD-дисков с подключением по PCIe.

Хотя PCIe Add-In карты прикручиваются винтом, PCIe поддерживает «горячую замену». Короткие пины PRSNT (англ. present — присутствовать) позволяют удостовериться, что карта полностью установлена в слот.

Твердотельные накопители, подключаемые по PCIe регламентируются отдельным стандартом Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification и воплощены в множестве форм-факторов, но о них мы расскажем в следующей части.

Удаленные накопители

При создании больших хранилищ данных появилась потребность в протоколах, позволяющих подключить накопители, расположенные вне сервера. Первым решением в этой области был Internet SCSI (iSCSI), разработанный компаниями IBM и Cisco в 1998 году.

Идея протокола iSCSI проста: команды SCSI «оборачиваются» в пакеты TCP/IP и передаются в сеть. Несмотря на удаленное подключение, для клиентов создается иллюзия, что накопитель подключен локально. Сеть хранения данных (Storage Area Network, SAN), основанная на iSCSI, может быть построена на существующей сетевой инфраструктуре. Использование iSCSI значительно снижает затраты на организацию SAN.

У iSCSI существует «премиальный» вариант — Fibre Channel Protocol (FCP). SAN с использованием FCP строится на выделенных волоконно-оптических линиях связи. Такой подход требует дополнительного оптического сетевого оборудования, но отличается стабильностью и высокой пропускной способностью.

Существует множество протоколов для отправки команд SCSI по компьютерным сетям. Тем не менее, есть только один стандарт, решающий противоположную задачу и позволяющий отправлять IP-пакеты по шине SCSI — IP-over-SCSI.

Большинство протоколов для организации SAN используют набор команд SCSI для управления накопителями, но есть и исключения, например, простой ATA over Ethernet (AoE). Протокол AoE отправляет ATA-команды в Ethernet-пакетах, но в системе накопители отображаются как SCSI.

С появлением накопителей NVM Express протоколы iSCSI и FCP перестали удовлетворять быстро растущим требованиям твердотельных накопителей. Появилось два решения:

вынос шины PCI Express за пределы сервера;
создание протокола NVMe over Fabrics.

Протокол NVMe over Fabrics стал хорошей альтернативой iSCSI и FCP. В NVMe-oF используются волоконно-оптическая линии связи и набор команд NVM Express.

Стандарты iSCSI и NVMe-oF решают задачу подключения удаленных дисков как локальные, а компания Intel пошла другой дорогой и максимально приблизила локальный диск к процессору. Выбор пал на DIMM-слоты, в которые подключается оперативная память. Максимальная пропускная способность канала DDR4 составляет 25 ГБ/с, что значительно превышает скорость шины PCIe. Так появился твердотельный накопитель Intel® Optane™ DC Persistent Memory.

Для подключения накопителя в DIMM слоты был изобретен протокол DDR-T, физически и электрически совместимый с DDR4, но требующий специального контроллера, который видит разницу между планкой памяти и накопителем. Скорость доступа к накопителю меньше, чем к оперативной памяти, но больше, чем к NVMe.

Протокол DDR-T доступен только с процессорами Intel® поколения Cascade Lake или новее.

Заключение

Почти все интерфейсы прошли долгий путь развития от последовательного до параллельного способа передачи данных. Скорости твердотельных накопителей стремительно растут, еще вчера твердотельные накопители были в диковинку, а сегодня NVMe уже не вызывает особого удивления.

В последнее время, в связи с массовым появлением на рынке различных серверных систем с применением Serial ATA жестких дисков, в компьютерном сообществе часто возникают споры по поводу быстродействия и надежности подобных систем по сравнению со SCSI системами. Разделим вопросы надежности и быстродействия и подробно остановимся на каждом из них. Поскольку IDE жесткие диски уходят с рынка, мы будем сравнивать SCSI с Serial ATA (SATA) системами.

Несмотря на то, что SCSI диски будут в ближайшие годы покидать рынок и на смену им пришли SAS (Serial Attached SCSI) диски, большинство утверждений, относящихся к SCSI справедливы и для SAS. В тех случаях, когда это не так, будут сделаны соответствующие комментарии.

Итак, на чем строятся аргументы сторонников SCSI дисков в качестве основы высокоскоростных серверных дисковых подсистем? Первый аргумент – интерфейс SCSI отличается бОльшим "интеллектом" по сравнению с SATA. Но даже обычный рядовой пользователь компьютера понимает, что сам по себе жесткий диск представляет собой некую механическую систему для записи/считывания данных и весь интеллект SCSI обеспечивается контроллером на самом жестком диске и контроллером SCSI компьютера. Именно такая пара и обладает весьма важными "интеллектуальными" способностями по обмену данными. Безусловно, пара из обычного SATA контроллера и SATA диска таким "интеллектом" не обладает. Но нас интересуют серверные системы и системы хранения данных - давайте рассмотрим применение SCSI и SATA в них.

В этих системах крайне редко применяются диски сами по себе – требования к надежности хранения данных обуславливают необходимость применения RAID контроллеров и даже для хранения операционной системы используются RAID 1, а для хранения данных применяются, как правило, отдельные RAID массивы уровня 5, 6 или TP. Поэтому логично и разумно рассматривать всю дисковую подсистему в целом, т.е. пару RAID контроллер плюс подключенные к нему диски.

Для SCSI систем RAID контроллер состоит из процессора, занимающегося обработкой данных, кэш-памяти процессора и обычного SCSI контроллера, с помощью которого данные поступают от процессора к дискам или от дисков к процессору. На одном SCSI контроллере обычно "висят" несколько SCSI дисков. Конечно, есть многоканальные (до 4-х каналов) SCSI RAID контроллеры, но и в случае их применения к каждому каналу подключают по несколько дисков. Еще раз обращаем ваше внимание на эту важную особенность – несколько SCSI дисков обслуживаются одним контроллером и всегда несколько дисков "висят" на одной физической шине. Из этого факта следует еще один важный вывод – без какого-либо "интеллекта" работа нескольких дисков на одной физической шине SCSI контроллера была бы просто очень медленной. В новой инкарнации SCSI, SAS уже применена SATA-подобная топология и контроллер общается с диском через индивидуальный порт, причем в полнодуплексном режиме в отличие от полудуплексного SATA.

Для SATA систем RAID контроллер также состоит из процессора, занимающегося обработкой данных, кэш-памяти процессора и раздельных для каждого диска SATA контроллеров, с помощью которых данные поступают от процессора к дискам и от дисков к процессору. Тем самым видна принципиальная разница между SCSI RAID контроллерами и SATA RAID контроллерами – в первом случае несколько дисков обслуживаются одним контроллером и все диски подключены на одну физическую шину, во втором – каждый диск подключен к своему контроллеру индивидуально.

Теперь простой вопрос – что мешает возложить на процессор RAID SATA контроллера все те интеллектуальные задачи, которые решает SCSI контроллер? Ответ также прост – ничего не мешает и производители хороших RAID контроллеров, такие как 3ware, Areca или Adaptec например, так именно и делают.

Следующий аргумент в пользу SCSI дисков – они быстрее, поскольку скорость вращения шпинделя у SCSI дисков составляет минимум 10000 об/мин, а максимум 15000 об/мин. Действительно, скорость вращения у SCSI дисков больше и, если использовать SCSI диски со скоростью вращения 15000 об/мин, то почти в два раза больше. Но нельзя оценивать только скорость вращения, поскольку большую роль играет плотность записи/чтения на пластины жесткого диска. А вот тут ситуация не столь радужная для SCSI – плотность записи на SCSI дисках как минимум в два раза меньше, соответственно за один оборот диска можно считать/записать в два раза меньше с/на SCSI диск, чем с/на SATA.

Конечно, нельзя утверждать, что большая плотность записи полностью компенсирует большую скорость вращения, но для потоковых операций это практически так и есть, а для множественных операций с небольшими файлами/блоками данных большая скорость вращения предпочтительнее, но в этом случае очень многое зависит от процессора RAID контроллера – насколько он оптимально управляет дисками. Кроме этого, можно распараллелить операции с дисками, просто увеличив их количество. Грубо можно утверждать, что SCSI RAID на трех дисках при прочих равных условиях эквивалентен по производительности для множественных операций с небольшими файлами/блоками данных (random read/write) SATA RAID с 6-8 дисками.

Конечно, если ради повышения производительности SATA мы вынуждены увеличивать количество SATA дисков, то и стоимость SATA RAID будет стремиться к стоимости SCSI RAID. Но - емкость SATA RAID будет в разы больше. Иными словами, если вам требуется RAID 5 на 100 гигабайт видимой емкости для random операций, то выгоднее и правильнее построить его на SCSI RAID. Если же нужно более 1 терабайт видимой емкости, то решение на 12 SATA дисках по 160 гигабайт будет заметно дешевле решения на 5 SCSI дисках по 300 гигабайт каждый при практически той же производительности.

Теперь рассмотрим специализированные внешние дисковые массивы, в которых сейчас также наблюдается массовый переход от SCSI к SATA. Даже такие гранды компьютерной индустрии как Hewlett-Packard и IBM, например, выпустили первые модели внешних дисковых массивов с SATA дисками еще в 2004 году.

Конструктивно внешние дисковые массивы (их еще называют системами хранения данных) устроены просто – для подключения к компьютеру используется либо SCSI Ultra320 или SAS (Serial Attached SCSI), либо Fibre Channel 2/4 Gb, а для управления работой массива применяется специализированный компьютер на базе специализированного же RISC процессора с оперативной памятью от 256 мегабайт и внутренней шиной (шинами) PCI-X. Понятно, что с точки зрения компьютера, к которому подключается такая система хранения данных, это обычное SCSI устройство, поддерживающее все возможности SCSI интерфейса.

Сейчас мы попробуем доказать, что производительность системы хранения данных зависит в первую очередь не от типа интерфейса жестких дисков внутри системы, а от мощности специализированного компьютера, обслуживающего жесткие диски и количества жестких дисков. Представим себе, что в систему установлен один жесткий диск. Очевидно, что достичь большей производительности, чем позволяет единственный установленный жесткий диск, нельзя. Никакой процессор не сможет ускорить работу механики жесткого диска и/или увеличить плотность хранения на нем и тем самым скорость записи/чтения данных. Но если установить 5 дисков, например, то при наличии мощного процессора в системе хранения данных можно увеличить производительность в 5 раз относительно производительности одного диска. Добавляя все больше и больше дисков, можно тем самым увеличивать производительность, но только до тех пор, пока процессор системы хранения данных будет успевать обслуживать каждый диск без малейших задержек. Как только процессор перестанет успевать, дальнейшее увеличение количества дисков не приведет к увеличению производительности. Так вот, лучшие на середину 2006 года недорогие системы хранения данных на SATA дисках с процессором Intel 80331 667 MHz достигли максимальной скорости линейного чтения по нашим тестам 270 мегабайт/сек, что близко к пропускной способности SCSI интерфейса (320 MB/s). Надо отметить, что используя технологию Multipath можно добиться и более высоких линейных скоростей записи/чтения.

Тестирование двух систем хранения на разных процессорах, но с идентичными жесткими дисками, также доказывает правоту этого утверждения. Поэтому можно со всей ответственностью утверждать, что производительность системы хранения данных зависит в большей степени от процессора системы и количества дисков, чем от интерфейса и типа жесткого диска.

Совершенно очевидно, что для серверных систем масштаба предприятия надежность во многих случаях не менее важна, чем производительность. Потеря корпоративной базы данных даже на несколько часов, необходимых для ее восстановления с резервного носителя, может обернуться для компании многомиллионными убытками. Исторически считается, что надежность весьма дорогих SCSI дисков значительно превышает надежность дешевых SATA дисков. Официальные гарантийные сроки для SCSI дисков всегда были не менее 5 лет, а на SATA диски только недавно стали устанавливать такие же сроки гарантии. К сожалению, нам неизвестны достоверные источники информации о реальной статистике отказов жестких дисков SATA по сравнению со SCSI.

Производители жестких дисков, разумеется, приводят в технических характеристиках своей продукции параметр MTBF (Mean Time Between Failure – среднее время между отказами) и для SCSI дисков этот показатель обычно равен 1 200 000 часов, а для SATA MTBF, как правило, не превышает 500 000 часов. Проблема в том, что нет сведений о корреляции MTBF с реальной статистикой отказов – понятие среднего времени между отказами напоминает среднюю температуру по больнице. Понятно, что чем MTBF больше, тем должно быть лучше, но непонятно, каким образом можно использовать значение MTBF в реальной жизни для представления о надежности используемого оборудования. Тем не менее, известная корпорация Western Digital выпустила в середине 2004 года новую серию SATA дисков RAID Edition, официально предназначенных для круглосуточной работы в RAID массивах. MTBF этих дисков объявлен в 1 000 000, что не намного меньше MTBF для SCSI дисков. MTBF второго поколения дисков RAID Edition 2 заявлено в 1 200 000 часов.

Но, даже если считать надежность SATA дисков заведомо более низкой, чем у SCSI дисков, стоимость SATA дисков позволяет добавить в RAID массив один или два диска для "горячего" резерва без заметного удорожания системы и/или использовать RAID 6/RAID TP. Для потери данных на таких RAID из стоя должны выйти одновременно 3 или 4 диска. Поэтому надежность работы RAID на SATA дисках в целом можно сделать не ниже надежности RAID на SCSI дисках.

На наш взгляд, перспективы систем на SATA дисках с 2006 года выглядят более радужными для серверных систем, чем на SCSI дисках. Начиная с осени 2006 года классический параллельный SCSI покидает рынок и на смену ему пришел SAS (Serial Attached SCSI). Приход SAS для поклонников SCSI не сулит ничего хорошего. Дело в том, что контроллеры и корзины (enclosure) для SAS дисков совместимы с SATA дисками. Иными словами, в подавляющем большинстве случаев пользователь всегда сможет в SAS корзину, подключенную к SAS RAID контроллеру установить SATA диски и попробовать оттестировать решение с ними. Поскольку для многих задач SATA даже в небольших RAID вполне достаточно, пользователь может отказаться использовать SAS диски, так как у них цена за гигабайт хранения в разы больше.

Компания Intel, например, увеличила количество SATA портов до 6 (с 2-х) во всех новых версиях своих серверных платформ на платформе Bensley - SR1500 (1U), SR2500 (2U) и SC5400 (Desktop и 5U Rack). Практически все именитые производители серверного оборудования выпускают модели внешних дисковых массивов с SATA дисками. Что касается собственно производителей систем хранения данных, таких как Maxtronic International, Medea Corporation, Enhance Technology, Infortrend, AXUS, Silicon Graphics Inc и многих других, то они уже давно выпустили множество моделей с поддержкой SATA дисков. У ряда производителей систем хранения данных модели на SCSI дисках просто отсутствуют в списке выпускаемого оборудования.

SATA - В дисках и контроллерах с новыми версиями интерфейса SATA появилась поддержка набора инструкций Native Command Queuing (Очередь или конвейер команд). При использовании Native Command Queuing контроллер SATA выстраивает запросы ввода-вывода таким образом, чтобы минимизировать время поиска данных на диске. В 2006 году также произошел переход с SATA I на SATA II, что увеличило скорость SATA интерфейса со 150 MB/s до 300 MB/s. Правда, на таком уровне скорость интерфейса практически не имеет отношения к производительности дисковой подсистемы.

SCSI - классический вариант параллельного SCSI интерфейса, судя по всему, реального развития уже никогда иметь не будет. Он еще долго будет использоваться для сопряжения множества уже выпущенных внешних устройств с компьютерами, но в новых системах использоваться не будет. Новые модели контроллеров SCSI не разрабатываются с 2004 года.

SAS (Serial Attached SCSI) - безусловный шаг вперед по сравнению с классическим параллельным SCSI интерфейсом. В перспективе скорость обмена данными между контроллером SAS и диском (дисками) должна достигнуть 12 Gb/s. В отличии от параллельного SCSI, у SAS каждое устройство подключается к своему SAS порту, причем по полнодуплексному каналу, т.е. с раздельными шинами ввода и вывода. Интерфейс полностью совместим сверху вниз с SATA, т.е. SATA диски смогут работать с SAS контроллерами и в SAS корзинах (enclosure), но не наоборот.

Грубо можно разделить все сферы применения обсуждаемых интерфейсов на две.

Первая сфера: работа с дисками требует в основном линейного, последовательного чтения/записи данных относительно большими блоками. К этой сфере относится работа с видео, оцифрованным кино, CAD/CAM, файловые архивы, хранение резервных копий данных и т.п. Для подобных применений SCSI диски уже давно не используются и в этой сфере безраздельно царствуют IDE/SATA диски. Здесь требуются высокие скорости линейной записи/чтения и терабайтные емкости RAID массивов.

Вторая сфера: бизнес - применения. Множественный доступ к различным областям дисков, запись/считывание данных небольшими (4-64 KB) блоками. К этой сфере относится работа с базами данных, различные варианты файл-серверов с большим количеством пользователей. Здесь требуются высокие скорости случайной (random) записи/чтения. Пока в этой сфере в основном используются SCSI диски и массивы, но постепенно SATA начинает проникать и сюда. Сложно сказать, чем и когда закончится это проникновение. Для решения задач в этой сфере надо просто подбирать массив исходя из данных нагрузки на него.

Оно кратко - нет никаких достаточных оснований утверждать, что RAID системы с SATA дисками заметно уступают как в быстродействии, так и в надежности RAID системам на SCSI дисках для всех задач. Безусловно, есть ряд задач, которые наиболее качественно будут решены на SCSI/SAS массивах, но сфера применения SATA дисков все-таки расширяется, а SCSI/SAS уменьшается. Еще в 2003 году, например, практически ни один известный производитель серверов не предусматривал возможности установки IDE дисков с горячей заменой в свои сервера. Сейчас все наоборот - все младшие (а у некоторых производителей не только младшие) модели серверов имеют возможность использования SATA дисков с их горячей заменой.
Кроме этого, RAID массивы на SATA дисках позволяют создать большие по емкости массивы – до 11 терабайт на 16-ти дисковой системе хранения данных. На SCSI дисках такой массив должен будет стоить как минимум в 3 раза выше. Поэтому, на наш взгляд, движение индустрии пойдет в сторону все большего и большего применения SATA дисков с сохранением популярности SCSI/SAS и его оптического аналога Fiber Channel в качестве интерфейса для обмена данными между компьютером и внешним RAID массивом.

Что такое SCSI?

О: Ответу на этот вопрос посвящен раздел [ SCSI Основы ].
Что такое SAS, что лучше SCSI или SAS и чем они отличаются?
О: Ответу на этот вопрос посвящен раздел [ SAS или SCSI ].
Что такое eSATA?
О: eSATA это Интерфейс SATA, предназначенный для подключения внешних устройств SATA. Он предоставляет канал с пропускной способностью 3 Гбит/с, что исключит задержки при нехватке пропускной способности, характерные для современных устройств внешнего хранения данных.

Что такое Unified Serial?
О: Все контроллеры Unified Serial позволяют подключать диски SATA и SAS, используя Интерфейс типа "точка-точка". При этом используется расширенный набор команд SCSI, обеспечивающий мощное управление данными, обработку ошибок и производительность.

Гибкость, обеспечиваемая поддержкой дисков SATA и SAS, дает компаниям возможность просто стандартизировать инфраструктуру ввода-вывода как для первичного хранения критически важных данных, так и для вторичного хранения, в зависимости от того, какие диски установлены – SATA или SAS. Клиенты могут стандартизировать свою инфраструктуру за счет использования унифицированных контроллеров ввода-вывода и систем хранения и, тем самым, уменьшить затраты на обучение и обслуживание.

Можно ли использовать SATA диски с SAS контроллерами?

О: Да, можно, при этом на одном контроллере можно одновременно использовать как SAS, так и SATA диски. Это позволяет уже сейчас начать переход на технологию SAS за умеренные деньги.

Можно ли использовать SAS диски с SATA контроллерами?
О: Нет.

Можно ли подключить SAS диски к контроллеру без использования hotswap корзины?
О: Да, можно. Для этого нужно использовать специальный кабель с разъемом SFF-8482 со стороны дисков. Разъем на другом конце кабеля определяется SAS контроллером.

В чем разница между SCSI-1, SCSI-2, Fast, Wide,Ultra Wide и Ultra2 SCSI?
О: Основное отличие заключается в наборе SCSI команд и ширине шины (соответственно - в скорости).
SCSI-1 5MB/Sec 8 bit SCSI шина
SCSI-2 5MB/Sec 8 bit SCSI шина
SCSI-2 Fast 10MB/Sec 8 bit SCSI шина
SCSI-2 Fast Wide 20MB/Sec 16 bit SCSI шина
SCSI Ultra 20MB/Sec 8 bit SCSI шина
SCSI Ultra Wide 40MB/Sec 16 bit SCSI шина
Ultra2 Wide 80MB/sec 16 bit SCSI шина
Ultra160 160MB/sec 16 bit SCSI шина
Ultra320 320MB/sec 16 bit SCSI шина

Когда нужно использовать Low Voltage Differential (LVD) контроллер?
О: В случае если:
Необходима высокая скорость передачи данных - 80 - 320 МБ/с
В окружающем пространстве очень высок уровень электромагнитных шумов, влияющих на передачу данных. Режим LVD обеспечивает намного большую помехоустойчивость, чем Single Ended (SE) SCSI
Необходимо обеспечить значительное удаление SCSI устройств от компьютера. LVD устройства могут быть удалены от SCSI контроллера на расстояние до 12 метров (это максимально допустимая длина LVD SCSI кабеля.

Что такое SCSI terminator и зачем он нужен?
О: SCSI Terminator это небольшое электронное устройство, которое должно располагаться на обоих концах SCSI шины и их (терминаторов) должно быть именно два на каждую SCSI шину. Чаще всего первым SCSI Terminator-ом служит контроллер SCSI (как правило, эту функцию можно "выключить" в BIOS контроллера, а по умолчанию она включена), а вторым - терминатор подключенный к последнему (от SCSI контроллера) разъему SCSI кабеля.

Некоторые SCSI устройства (устаревшие диски, дисководы, стримеры) имеют встроенный терминатор, который можно включить соответствующей перемычкой на устройстве. В этом случае, надо следить за тем, чтобы устройство с включенным терминатором располагалось в самом конце SCSI шины.

А у меня и без SCSI terminator-а все работает, может сойдет и так?
О: До поры до времени может и сойдет, особенно если у вас всего один диск и он используется не слишком интенсивно. Но при увеличении количества устройств на SCSI шине, или при увеличении нагрузки на нее, вы, в конце концов, рискуете потерять данные, так что, не стоит на этом экономить.

Что такое SCSI ID и зачем он нужен?
О: SCSI ID это уникальный (в пределах одной SCSI шины) идентификатор (номер) SCSI устройства. Он нужен для обеспечения адресации к устройствам на SCSI шине.

Назначается SCSI ID либо автоматически (например, если используются hotswap корзины для дисков, поддерживающие такую функцию), либо путем ручной установки соответствующих перемычек на SCSI устройствах. SCSI ID никак не связан с физическим порядком расположения устройств на SCSI шине (например, SCSI контроллер, как правило, имеет значение SCSI ID по умолчанию равным 7-ми, хотя чаще всего, но не всегда, располагается в начале SCSI шины), важно только чтобы на одной SCSI шине не было устройств с одинаковыми SCSI ID.

Значения SCSI ID могут быть:
от 0 до 15 (всего 16) для Wide (W) и UltraWide (UW, U2W, U160, U320) SCSI шины;
от 0 до 7 (всего 8) для Narrow (U, U2) SCSI шины;

Что будет если подключить к одному и тому же SCSI каналу два устройства с одинаковыми SCSI ID?
О: Ничего хорошего. В лучшем случае SCSI контроллер распознает одно из таких устройств, но правильно работать с ним все равно не сможет, в худшем - не "увидит" ни одного из этих устройств. Ни контроллер, ни диски повреждены не будут, но риск испортить данные на SCSI дисках остается.

Следует учитывать, что подавляющее большинство контроллеров никак не сообщает о возникновении такой ошибки, так что, при подключении новых устройств к SCSI шине, надо обращать внимание на соблюдение уникальности SCSI ID.

Обратите внимание на то, что сам SCSI контроллер так же имеет SCSI ID (как правило, он равен 7-ми, и может быть изменен в BIOS-е контроллера), так что не стоит назначать дискам такой же SCSI ID.

Что такое SAF-TE?
О: SAF-TE - SCSI Accessed Fault-Tolerant Enclosure (Доступный через SCSI шину Отказоустойчивый Корпус) - "открытые" технические требования, разработанные для обеспечения всестороннего и стандартизированного метода контроля и вывода информации о состоянии дисководов, источников питания и систем охлаждения, используемых в серверах высокой надежности и подсистемах хранения данных. Технические требования независимы от аппаратного обеспечения ввода - вывода, операционных систем и платформы сервера, потому что сам корпус представляется как просто еще одно устройство на SCSI шине. SAF-TE технические требования были приняты многими ведущими изготовителями серверов, устройств хранения данных и RAID контроллеров. Изделия, удовлетворяющие спецификации SAF-TE уменьшают стоимость затрат на контроль состояния корпусов, упрощают работу администратора сети, выдают аварийные уведомление и информацию о состоянии оборудования.

Читайте также: