SAS：提升连接标准_存储备份

通过对Ultra320 SCSI、SAS和SATA的数据吞吐能力进行比较，我们可以看出SAS和SATA的性能优势，其连接性、可扩展性和未来发展路线使它们成为许多新系统的选择。当前的许多系统将Ultra320并行SCSI用于引导驱动器、本地数据存储和外部磁盘阵列。而今后两年出现的系统将会更多采用SAS磁盘。SATA使用了同样的SAS基础设施架构，并以较低的成本增大了存储容量。性能变化范围 Ultra320控制器一般拥有一个或两个SCSI通道，每个通道支持的最大速率为270MB/s。每个通道能够链接1到15台设备，共享270MB/s的带宽。Ultra320 SCSI的性能变化范围是有限的，影响因素主要有：磁盘数量（每通道1到15个）、操作模式（Ultra320、Ultra160、Ultra 2等）以及PCI-X总线带宽和频率。 SAS和SATA以串行点对点的方式实现，连接性与性能分离，并可以根据每个系统的要求，单独进行优化。性能变化可能来自于：磁盘数量（每个控制器最多126个，每个域最大为16K）、操作模式（SAS 3Gbps，SATA 1.5Gbps，SATA 3Gbps）、与系统内存的连接带宽（PCI-EXPress或PCI-X总线带宽和频率）以及控制器与磁盘之间的连接带宽（假如使用了扩展器）。高可用的并行SCSI、SAS与SATA存储子系统是采用了各种RAID控制器和保护级别、控制器冗余路径和故障恢复进行构建的。SAS通过支持磁盘驱动器的冗余路径来增强可用性。SAS通常具有比SATA磁盘更高的MTBF水平和较低的比特误差率。吞吐量比较下图显示了Ultra320、SAS和SATA技术可以达到的最大吞吐量。每个垂直柱条表示当前控制器能够支持的输入/输出读操作的最大吞吐量。每条虚线表示拥有窄链接（x1）和带宽为2、4和8的宽链接（x2、x4和x8）。 SAS：提升连接标准

图中的水平线表示这些控制器中使用的各种主机端链接的带宽。Ultra320解决方案采用了本地PCI-X，适用于32位和64位，频率为66MHz、100MHz和133MHz的情况。一些SAS和SATA解决方案可以应用在同样的PCI-X主机链接。SAS与SATA也可以使用具有链接带宽为x1、x2、x4和x8的本地PCI Express。在多数情况下，顺序输入/输出的写入吞吐量非常接近于读取吞吐量。当然，假如使用了奇偶校验或其他冗余数据技术，输入/输出会非常慢。在这张图中我们可以看到，Ultra320控制器的最大吞吐量是SAS控制器最大值的三分之一。同样，新的串行接口通过选择磁盘端的链接带宽，为数据吞吐量的调整提供了机会。一条链接可以通过扩展器或端口倍增器连接多个需要的磁盘，并通过一个RAID卷来获得连接性或可用性。但是，使用一条x1窄链接，最大吞吐量将不会超过115MB/s。使用一条SAS x2链接连接的磁盘可能被限制到195MB/s、390MB/s、480MB/s或540MB/s。扩展器可以被用于增加驱动器数量，但是，吞吐量将受限于主机端的链接。假如为SAS配置780MB/s吞吐量，则需要以下配置：至少是x4 SAS 1.0链接到磁盘、PCI Express x4、PCI-X 133MHz或更好的主机端链接，以及至少13个2.5英寸磁盘或者至少9个3.5英寸磁盘，并且这些磁盘能够通过一个或多个扩展器进行扩展。对于Ultra320 SCSI来讲，带宽规划更加简单。选择基本上是1个或2个SCSI总线，每条SCSI总线最多有15台设备。主机端链接是133MHz、PCI或PCI-X。有一些PCI Express Ultra320适配器，但是它们都使用具有本地PCI-X连接的控制器。因此，使用单独的Ultra320控制器，无法达到PCI Express x8的速度。磁盘性能目前，企业级磁盘以两种板型因子（Form Factor）提供。板型因子对最大可持续数据吞吐量具有显著影响。对于Ultra320和SAS来讲，一个3.5英寸盘一般支持90MB/s的可持续吞吐量。一个2.5英寸Ultra320或SAS磁盘支持60MB/s的可持续吞吐量。当我们关注SATA磁盘时，该值会更低。一个3.5英寸的SATA磁盘支持大约60MB/s的可持续吞吐量，2.5英寸磁盘支持45MB/s。这些吞吐量数字假定为一个顺序数据流，并且不受主轴转速的影响。对于随机输入/输出，支持的数据速率完全不同，受转速、磁盘行程（配置用于该卷的磁盘容量大小）、输入/输出尺寸和输入/输出排队数量的影响。发展蓝图 Ultra320是并行SCSI产品线的终结，它没有增加数据吞吐量或连接性的规划。这一接口在过去20多年的时间里得到了巨大发展，并且非常成功。新的串行SCSI接口正处于发展初期，并将在今后几年内，在连接性和性能方面不断发展。6Gbps的SAS标准已通过，并且已经有计划扩展至12Gbps。一些SATA解决方案正在形成，它们实现了具有3Gbps串行链接速率的SATA 2。不久以后，SATA 2就会大规模普及开来。通过治理使用工具、扩展器、端口倍增器以及具有较快速率和较高容量的磁盘，具有更高能力的SAS和SATA正在出现。SAS和SATA将随着性能、连接性和治理能力的提高，继续得到发展。（本文作者为LSI Logic公司存储元器件部性能工程师）
小资料：两个重要性能指标存储子系统性能的两个主要衡量指标是数据吞吐量和输入/输出速率（每秒I/O数，IOPS）。数据吞吐量通常用MB/s表示，表明最大持续不变的数据速率。通常最大数据速率可以通过读或写操作的顺序数据流检测，数据块的大小为64KB或更大。输入/输出速率是系统每秒钟能够完成输入/输出的最大值。最大输入/输出速率通常也是通过读或写操作的顺序数据流进行测量，数据块的大小为单一扇区的大小或者是512字节。用户大多数应用程序的输入/输出是随机的，也就是要求数据在磁盘的不同位置上跳动。由于一次随机的输入/输出包括移动磁盘的磁头（寻道时间）、等待磁盘主轴转动到正确的位置（旋转等待），以及需要移动数据的时间，随机输入/输出将不会获得顺序输入/输出那样的吞吐量。磁盘驱动器、RAID控制器和磁盘系统中的数据高速缓冲，能够减轻随机寻址的影响，但是不能完全消除。跨多个磁盘而且只使用磁盘的一部分来存储数据是增加随机输入/输出吞吐量的一种通用办法。具有增强连接性的SAS和SATA拥有比并行SCSI更大的容量，并拥有较高的随机吞吐量性能。