Serial Attached SCSI: первое знакомство

31 январь, 2006 - 00:00Сергей Макаров

Уже давно все мы слышим о том, что параллельный SCSI мертв и на смену ему приходит новый, более прогрессивный интерфейс – Serial Attached SCSI, или SAS. Более того, практически все, кто интересуется данным вопросом, уже осознали, что это не просто досужие разговоры, а необходимость. Однако до последнего времени подобные рассуждения имели исключительно теоретический характер. И вот наконец наступил момент, когда мы получили реальную возможность познакомиться уже не со спецификациями, а с готовыми продуктами.

Немного о стандарте

Жесткий диск Seagate Cheetah 15K.4 36GB ($347) – практически стандартный SCSI-диск, но с новым интерфейсом

Жесткий диск Fujitsu MAY2036RC ($345) – первый SAS-накопитель размером 2,5"

SAS RAID-контроллер Adaptec 4800SAS ($945) – первое решение подобного класса на отечественном рынке

Adaptec Storage Enclosure 335SAS ($369) – горячая замена, скоростной интерфейс, хорошее охлаждение – что еще нужно для серьезного хранилища?

Supermicro Mobile Rack M28E1 ($175) – несмотря на небольшие размеры вмещает восемь дисков SAS. И это при более чем гуманной цене

Тестовый стенд Supermicro – пьедестальный сервер с поддержкой SAS

Тестовый стенд Chenbro: шесть дисков в корпусе 1U – раньше это было фантастикой

Корпус Supermicro SuperServer 6014H-32 ($1300) – еще одно шасси размером 1U, рассчитанное на работу с SAS-дисками

Вряд ли целесообразно вновь подробно останавливаться на причинах замены параллельного SCSI-интерфейса последовательным, но все же некоторые основные моменты стоит напомнить. Теоретически, да и практически, в реализации его очередной версии – SCSI Ultra 640 – нет ничего невозможного. Производители вполне могли бы выпустить соответствующие продукты и еще какое-то время откладывать смену интерфейсов. Но есть один маленький нюанс – большинство пользователей до сих пор уверены, что Ultra 640 физически нереализуем, на самом же деле по ряду объективных причин он был бы просто несовместим с предыдущими версиями SCSI. По сути, мы бы получили хоть и параллельный, но все же новый интерфейс, требующий замены всего существующего парка оборудования в системах хранения данных. Получается, что так или иначе, а кардинальные изменения все же были бы. Поэтому поскольку перемены неизбежны, нужно постараться извлечь из них максимальную пользу.

Кроме проблем с перекрестными наводками при передаче данных на высоких скоростях, Parallel SCSI имел еще некоторые ограничения, осложнявшие работу с ним: максимальное число подключаемых устройств (16 в одной цепочке) и длину кабеля (суммарно не более 12 м), необходимость терминирования и ручной установки ID накопителей, разделение полосы пропускания между всеми подключенными приводами.

Все это устранено в SAS – соединение «точка-точка» обеспечило выделенную полосу пропускания для каждого диска, предельная длина кабеля составляет до 8 м на один порт (увеличивается с помощью SAS-расширителей), количество адресуемых устройств в одном домене возросло до 16 256, вместо ручной установки ID используются уникальные номера (WWN – World Wide Number), присваиваемые каждому из них еще на этапе производства. Пропускная способность нового интерфейса на сегодняшний день равна 3 Gbps, в следующих версиях она возрастет сначала до 6, а затем до 12 Gbps. Разъемы для внешних SAS-устройств рассчитаны на подключение до четырех накопителей и обеспечивают полосу пропускания 1,2 Gbps в одном направлении. О таких особенностях SAS, как полная поддержка горячего подключения и сортировка очереди команд, и говорить не приходится.

Еще одним немаловажным фактором, существенно повышающим надежность либо производительность хранилища данных, является реализация в дисках SAS не одного, а двух портов, что позволяет подключать их не к одному, а сразу к двум хостам. Можно конфигурировать несколько портов в один (так называемый Wide Port) и обрабатывать несколько потоков параллельно, при этом пропускная способность суммируется.

Также сохраняется полная механическая и электрическая совместимость с SATA, т. е. SAS-контроллер одновременно работает как c SATA-, так и с SAS-дисками (но не наоборот). Благодаря этому можно строить либо гетерогенные среды, в которых диски гибко разделяются в зависимости от решаемых задач, либо системы хранения данных с учетом последующего увеличения их производительности. При использовании SAS-контроллера переход с SATA на SAS фактически сводится к замене (в том числе постепенной) дисковых накопителей.

Функционально SAS представляет собой логический протокол SCSI, положенный на электрическую и механическую часть SATA. Эта особенность позволяет с минимальными затратами интегрировать SAS-системы в уже существующие хранилища, созданные на основе SCSI- или FC-технологии, что значительно упрощает постепенный переход на новый интерфейс. В сущности, в SAS включены три протокола передачи данных – SSP (Serial SCSI Protocol), обеспечивающий передачу SCSI-команд, SMP (SCSI Management Protocol), работающий с управляющими SCSI-командами и отвечающий, к примеру, за взаимодействие с SAS-расширителями, и, наконец, STP (SATA Tunneled Protocol), с помощью которого реализована работа с SATA-устройствами.

Что касается конструкции жестких дисков, то производители утверждают, что особых изменений по сравнению с SCSI пока не предвидится – будет использована та же механическая начинка, но с новой электроникой. Соответственно надежность SCSI-дисков автоматически «перекочует» и в SAS-накопители.

Относительно предполагаемой рыночной ниши SAS нужно четко понимать, что ни о какой конкуренции между SAS и FC, несмотря на схожие протоколы обмена данными и способ подключения («точка-точка»), речь не идет – FC по-прежнему останется в верхнем сегменте рынка, а SAS займет место SCSI-продуктов и, вероятно, какую-то его часть, в которой ранее использовались SATA-системы.

К сожалению, ограниченный объем статьи не позволяет описать особенности реализации SAS-протокола более подробно, но для первоначального знакомства с этой технологией вышеприведенных данных вполне достаточно. В будущем, по мере появления новых продуктов, мы еще не раз вернемся к этой теме, а пока же давайте представим устройства, которые уже сегодня реально доступны в Украине.

Из чего нам SAS построить?

Начнем, пожалуй, с жестких дисков. Первый наш участник – это новая модель серии Cheetah 15K.4 от компании Seagate – ST336754SS. К нам попала младшая модель, объемом 36 GB с частотой вращения 15 000 об/мин, однако производитель предлагает также диски емкостью 73 и 147 GB. В данном модельном ряду представлены HDD с интерфейсами FC, SAS и Ultra 320 SCSI. По основным техническим характеристикам (плотность записи на пластину, время поиска, время наработки на отказ, частота вращения шпинделя, объем буфера и т. д.) все диски данной серии идентичны. Различия только в используемом интерфейсе. Как и в SCSI-моделях, HDD SAS поддерживают все фирменные технологии Seagate, включая расширенный механизм коррекции ошибок и фоновое сканирование поверхности пластин.

Второй диск более интересен – это модель MAY2036RC от компании Fujitsu. Данный накопитель также имеет объем 36 GB, но частоту вращения 10 000 об/мин. Однако основная изюминка заключается в том, что это первый жесткий диск с SAS-интерфейсом, выполненный в формфакторе 2,5". Обещанный Seagate Savvio с аналогичными характеристиками на рынке пока еще реально недоступен.

В Украине соответствующие контроллеры представлены в настоящее время тремя моделями. Это два продукта компании Adaptec – 4800SAS и 4805SAS, отличающиеся только способом подключения (первый использует шину PCI-X, второй – PCI Express), а также связка из SAS-контроллера Adaptec AIC9410 и ZCR-контроллера AOC-LPZCR1, установленных на материнской плате Supermicro X6DH3-G2 (кодовое название комплекта – Adaptec 4000SAS).

Разумеется, есть и корзины для жестких дисков. Adaptec Storage Enclosure 335SAS (ASE-335 SAS) – внутренняя корзина, рассчитанная на установку до четырех накопителей SAS, SATA или SATA II размером 3,5". Внешний интерфейс – SATA/SAS. Второй продукт от компании Supermicro – Mobile Rack M28E1, предназначенный для установки до восьми жестких дисков SATA/SAS 2,5". Возможно каскадирование – до двенадцати корзин.

Конфигурации тестовых стендов:

1) пьедестальная система Supermicro на основе материнской платы Supermicro X6DH3-G2 (Intel E7520), двух процессоров Xeon 3,2 GHz, 2 GB DDR2 400 SDRAM;

2) система, выполненная в корпусе 1U (Chenbro RM13106–001): материнская плата Tyan S2881G2NR Thunder K8SR, 2 CPU AMD Opteron 275 (2,2 GHz), 1 GB DDR PC3200. Примечательно, что это первая готовая 1U-система, рассчитанная на установку шести SAS-накопителей формата 2,5" из доступных в Украине. До появления соответствующих дисков об установке такого количества HDD в корпус 1U можно было лишь мечтать. Однако справедливости ради отметим, что соответствующие шасси есть и у компании Supermicro – модель SuperServer 6014H-32 (правда, в отличие от продукта Chenbro он поддерживает не шесть 2,5-дюймовых, а четыре 3,5-дюймовых диска), так что при возникновении необходимости построения подобной системы украинский покупатель не ограничен в выборе продукцией только одного производителя.

В качестве контроллера использовался Adaptec 4800SAS. Тесты проводились под управлением ОС Windows XP Professional SP2.

В процессе тестирования выяснилось, что результаты, полученные на двух разных системах, отличаются весьма незначительно, что, в принципе, неудивительно – диски и контроллер одни и те же. По этой причине на графиках приведены результаты одной из них.

Ну а теперь обратимся непосредственно к оценке производительности. При работе в RAID 0 из двух дисков результаты были вполне прогнозируемыми – 15-тысячник с SAS-интерфейсом уверенно показал самое высокое быстродействие, обойдя SCSI-диски с частотой вращения 10 000 об/мин, а вот диск Fujitsu продемонстрировал такую же производительность, как и 10-тысячник SCSI. При переходе к RAID 5 ситуация несколько изменилась – здесь уже Fujitsu, несмотря на аналогичную со SCSI-участниками частоту вращения, показал ощутимо бόльшую скорость. Что касается Cheetah 15K.4, то он по-прежнему вне конкуренции. Очевидно, дело здесь не только в использовании двух портов у SAS-моделей, но и в лучшей оптимизации firmware последних.

Что ж, подведем первые итоги. По результатам тестов SAS-диски оказались как минимум не медленнее SCSI-аналогов, а в некоторых тестах и превзошли их. Таким образом, последние сомнения по поводу того, смогут ли они заменить SCSI или нет, отпали: SAS функциональнее, удобнее в эксплуатации, наконец, прогрессивнее, чем SCSI, и при этом демонстрирует такую же или более высокую скорость работы. Стоит отметить выход на корпоративный рынок 2,5-дюймовых накопителей. Первый подобный диск, Seagate Savvio с SCSI-интерфейсом был скорее пробой пера, чем реально востребованным продуктом. Из корпоративных заказчиков интерес к нему проявляла лишь компания НР. С появлением SAS мы видим достаточно широкий ассортимент не только дисков 2,5", но и шасси для них от различных фирм.

Говорить о сравнительной оценке стоимости SAS и SCSI-продуктов пока рано. Во-первых, новые диски традиционно будут иметь несколько завышенную цену, а во-вторых, емкие SAS-накопители еще недоступны на рынке. Однако по заявлениям всех производителей, цена SAS-решений будет сравнимой с подобными SCSI-системами. Остается открытым и вопрос о том, как долго будут сосуществовать эти два интерфейса. По прогнозам аналитиков, к 2007 г. их рыночные доли распределятся в соотношении 50:50, но окончательный ответ даст лишь время и уровень заинтересованности потенциальных заказчиков в переходе на новый интерфейс.

Применительно к корпоративному сегменту рынка данный материал хочется закончить хоть и банальной, но как нельзя лучше отражающей суть происходящего фразой: «Король умер, да здравствует король!».

Продукты предоставлены:
тестовый стенд Supermicro, Mobile Rack M28E1, SuperServer 6014H-32 – компанией «Оникс», www.onix.kiev.ua;
тестовый стенд Chenbro, HDD Fujitsu MAY2036RC, контроллер Adaptec 4800SAS, Storage Enclosure 335SAS – компанией Entry, www.entry.kiev.ua;
жесткие диски Seagate Cheetah 15K.4 – компанией Seagate, www.seagate.com.