Odborná sekce
SAS v diskových polích
01.03.2012, 12:22
Do doby relativně nedávné byla jediným východiskem pro vnitřní konstrukci midrange a enterprise diskových polí technologie FibreChannel. S příchodem SAS se mnohé mění a ukazuje se jako nejvýhodněší zachovat protokol FibreChannel jako transportní vrstvu mezi diskovýmy systémy, ale vnitřní konstrukci diskového pole postavit na SAS technologii.
Důvody jsou jasné – tento způsob je jednodušší, levnější a podstatně výkonnější. Proč tomu tak je?
Pokud se bavíme o technologiích FibreChannel, SCSI, SAS, iSCSI tak tu jde stále o sadu příkazů a protokol SCSI. To co se mění jsou vlastnosti transportní vrstvy.
Na začátku bylo SCSI
Rozhraní SCSI (Small Computer System Interface) je na světě od roku 1981. Bylo představeno jako osmibitové univerzální rozhraní, které umožní připojit k PC periférie pomocí jednoduchého komunikačního protoloku podporujícího multitasking. Na rozdíl od všech předchozích je skoro veškerá inteligence integrována v zařízení (HOST) připojeném na SCSI sběrnici (BUS), která je od interní sběrnice počítače oddělěna řadičem (Host Bus Adapter). Obsluha datového toku je prostřednictvím SCSI příkazů.
V roce 1998 přichází Ultra 160 SCSI, poté Ultra 320 SCSI z roku 2000, které taktované na 80 Mhz s propustností 320 MB/s představovalo technologický limit paralelního připojení.
FibreChannel – tedy SCSI “sériově”
Od roku 1986 se připrovovala specifikace vysokorychlostního rozhraní, které by bylo schopné přenést velké objemy dat vysokou rychlostí. V roce 1994 bylo rozhraní standardizováno, protokol FCP zde byl použit jako transportní protokol pro SCSI přikazy po FC síti. Přenosová rychlost byla 1 Gb/s. Fibre Channel u výrobců pevně zapustil kořeny a dnes FC disky jsme mohli najít v každém diskovém poli třídy Enterprise a v lepších modulárních polích. Fibre Channel se používá pro propojení diskových polí a knihoven k serverům. Aktuální technologie mají přenosovou rychlost 8Gb/s.
SAS – a opět sériově: “Serial Sttached SCSI”
Technologie SAS byla navržena jako nástupce paralelního SCSI. SAS podporuje sadu příkazů a protokol SCSI, umožňuje vyšší rychlost přenosu dat, větší počet zařízení na řadič, snižuje počet kabelů i konektorů a zjednodušuje jejich propojení (čímž umožňuje použití menších diskových polí s větší hustotou uložených dat).
SAS představuje point-to-point sériovou architekturu, což znamená, že každý disk má přidělené připojení k hostitelskému zařízení. Při celkově vyšším výkonu odstraňuje kritická místa sdílené (paralelní) sběrnice, protože hostitelské zařízení přenáší data na každý pevný disk v celé šířce pásma. Tato přidělená point-to-point připojení zajišťují prvotřídní výkon pomocí plně duplexního připojení rychlostí 3 Gb/s a v blízké budoucnosti je připraven skok na 6Gb/s.
A co to znamená pro konstrukci diskových polí?
Nejdříve se ohlédněme na stav relativně nedávný. V profesionálních diskových polích se používají FibreChannel disky. Tyto disky se musí “dorozumět” s controllerem diskového pole a to se děje za pomoci metalického FibreChannel připojení v topologii arbitrované smyčky.
Příklad architektury diskového pole AMS500
Tyto systémy se stále vyrábějí a FibreChannel Backplain jakož i FibreChannel disky jsou stále aktuální technologií.
Proč tedy nastupuje SAS?
Jsou tu asi dva nejvýraznější důvody. Pokud budete blokové schema výše uvedeného diskového pole zkoumat podrobněji, zjistíte, že kamenem úrazu je arbitrovaná FibreChannel smyčka. Zjednodušeně řečeno, podobně jako u starého dobrého SCSI i zde jsou jednotlivé disky připojeny ke smyčce a sdílí relativně omezenou šířku pásma. Když controller chce adresovat jeden ze skupiny disků, vyšle do smyčky příkaz a ten metodou připomínající dětskou hru “chodí pešek okolo” najde svůj cíl.
A pak jsou tu SATA disky. Byť lidé z IT jsou si vědomi, že drahé FibreChannel disky jsou optimálním řešením pro velmi výkonné diskové oblasti, potřebují také velké levné datové prostory bez nároků na rychlost. A zde je příležitost zase pro SATA disky.
Jak “naroubovat” SATA disky do FibreChannel?
Existují dva přístupy. Jeden říká: vezměme SATA disk a dejme mu na plošný spoj spoj převodník do FC protokolu a zařaďme jej do diskového pole na technologii FibreChannel (FATA disky). Druhý přístup říká: vyrobme jednu expanzní jednotku pro technologii FC disků a druhou pro technologii SATA disků.
Každá z těchto cest má svoje plusy a minusy a je nepodstatné je rozebírat. Spíše je čas položit si otázku: není to příliš kostrbaté, respektive nešlo by to jednodušeji a ladněji?
Šlo by to jednodušeji a rychleji. A proto SAS.
SAS je dualportové rozhraní, které vytváří dvě oddělené datové cesty k disku. Tím je dosažena vyšší úroveň výkonu a je odstraněno kritické místo arbitrované smyčky. Specifikace SAS předznamenává průběžné zvyšování přenosové rychlosti na 6 Gb/s a poté až na 12 Gb/s, což zaručuje vysoký výkon v dlouhodobém časovém horizontu. Společnosti PMC-Sierra a Hitachi Global Storage Technologies (Hitachi GST) v dubnu 2008 oznámily, že úspěšně dosáhly end-to-end interoperability mezi 6 Gb/s čipsety SAS společnosti PMC-Sierra a prototypem 6 Gb/s pevných disků (HDD) SAS společnosti Hitachi.
Příklad architektury diskového pole AMS2500, které je založeno na SAS
FibreChannel disk verzus SAS disk?
Konstrukčně je FibreChannel disk a SAS disk zcela identický. Stejné jsou maximální otáčky (10 krpm nebo 15 krpm, podle typu), stejné jsou přístupové doby a stejná je spolehlivost disku. Argument, že s nasazením SAS disků nejsme na rozdíl od FC disků dostatečně “Enterprise” je v tomto kontextu nesmyslný.
A přicházejí výhody SAS architektury diskového pole
Systémy řady Hitachi Adaptable Modular Storage 2000 používají Serial Attached SCSI (SAS) interface pro přenos dat mezi řadiči a disky. SAS interface představuje plně duplexní, point-to-point architekturu s celkovou průchodností systému až 9 600 MB/s a s až 32 3Gb/s SAS linkami pro současné I/O požadavky.
Point-to-point architektura zajišťuje izolaci datových cest v případě problémů mezi zařízeními, což ve výsledku znamená lepší výkon. Zcela odpadá nutnost sdílení zdrojů na arbitrated loop smyčce jako u klasických dnes používaných systémů.
SATA diskové mechaniky jsou plně kompatibilní se SAS konektory a umožňují současné použití jak SAS, tak i SATA disků ve stejné diskové polici, čímž nabízí novou úroveň flexibility pro požadavky na tierovaná (vrstvená) storage řešení.
Point-to-point architektura umožňuje lepší izolaci chyb, což ve výsledku znamená menší ovlivnění výkonu celého systému a rychlejší detekci chyby než v případě klasické architektury založené na technologii smyčky (arbitrated loop).
A jak je to se SATA disky?
Jak bylo uvedeno, lze kombinovat SAS i SATA disky v rámci jednoho BackPlainu. A to bez pomocných a architekturu komplikujících “udělátek” jako je tomu v případě FibreChannel BackPlainu.
Technologie SAS a SATA sdílejí stejné fyzické rozhraní a to znamená možnost používání obou disků v rámci jednoho diskového pole, dokonce i v rámci jedné police takového diskového pole. Použití vysokokapacitních a cenově dostupných disků SATA pro ukládání referenčních dat, k nimž není třeba častý přístup, umožňuje IT manažerům minimalizovat náklady a zjednodušit správu dat. Primární data, běžně používaná při zpracování on-line transakcí a v dalších aplikacích, které jsou pro podnik zásadní, je pak vhodné uschovávat na výkonnějších pevných discích SAS.
Kompatibilita mezi backplany, konektory a kabeláží sníží náklady a složitost, ale také zjednoduší proces výměny „mixu“ disků v úložišti. Možnost vyměnit disk SATA za disk SAS, nebo naopak, odstraní nutnost vyměňovat celé systémy v případě, že je potřeba vyšší výkon nebo větší kapacita.