Долгое время параллельные интерфейсы SCSI и PATA были практически единственным вариантом интерфейса подключения жестких дисков и их массивов в настольных и серверных системах. Главными недостатками этих интерфейсов являлись следующие особенности:
Все это привело к началу разработок интерфейсов, которые был призваны заменить морально устаревшие SCSI и PATA.
Первые «живые» слухи с эскизами разъемов и кабельной продукции последовательных интерфейсов начали распространяться в конце 90х начале 2000х годов, а в 2003 году уже была выпущена спецификация SATA 1.0, которая, в последствии, и стала плацдармом для последующей экспансии интерфейсов SATA и SAS.
Интерфейс SATA быстро завоевал симпатию интеграторов и конечных пользователей в бытовом и околобытовом секторах, и в 2004 году была представлена спецификация SAS, a в 2005 начались первые поставки жестких дисков с данным интерфейсом. SAS имеет очень интересную особенность, которая изначально конструктивно заложена в нем – обратная совместимость с интерфейсом SATA. Т.е. кабельные системы SAS предусматривают возможность подключения к ним дисков SATA (но не наоборот!), а контроллеры SAS содержат в себе набор команд SATA. В самом начале продвижения SAS/SATA возникли вопросы по поводу большой скорости интерфейса и планами его последующего масштабирования. Все дело в том, что один порт SAS позволяет подключить до 16256 устройств, и конструкторы предусмотрели возможность масштабирования систем пользователями.
Так как SAS и SATA односторонне совместимы, возникает резонный вопрос: какая сфера лучше подойдет для дисков SATA, а какая для SAS? В данном случае важно понимать, что обладая совместимым интерфейсом, физически диски имеют довольно значительные отличия. Накопители SAS, будучи преемниками SCSI, производятся для систем промышленного и корпоративного классов, требования к которым предусматривают обеспечение высокой надежности и солидный показатель Mean-Time-Between-Failure, (MTBF или средняя наработка на отказ). Диски SAS подразумевают их эксплуатацию в режиме 24/7 и 52 недели в году. Высокая скорость вращения шпинделя у дисков SAS подразумевает очень малое время поиска, что позволяет добиться высокой производительности даже при множественных одновременных запросах к диску. Кроме того, качество используемых материалов и система производственного контроля гарантируют высокую надежность диска.
Кроме того, с появлением интерфейса SAS все более широкое распространение стали получать диски SAS в форм-факторе 2,5 дюйма. Емкость их со временем все больше и больше приближается к емкости аналогов в форм-факторе 3,5 дюйма, а плотность расположения в rackmount-системах у них намного выше. К примеру, в одноюнитовом сервере можно разместить до 10 дисков 2,5 дюйма, в то время как количество дисков 3,5 дюйма в аналогичной системе ограничено 4 штуками. Немаловажную роль играет и электропотребление дисков форм-фактора 2,5 дюймов – оно значительно меньше, чем у их 3,5 дюймовых собратьев. А если к этому всему прибавить экономию места в серверной стойке – выбор становится очевидным.
Обычная область применения дисков SATA - настольные и мобильные системы, и ключевую роль в данном случае играет цена. У таких дисков MTBF значительно ниже, чем у SAS-дисков, и подразумевается, что они будут работать при меньших нагрузках. Скорость вращения у большинства современных дисков SATA составляет 7200 об./мин, (в исключительных случаях до 10000 об./мин). Как итог – все эти показатели приводят к более низкой цене, соответственно – если главное – это объем и стоимость – SATA ваш выбор.
Но, не стоит забывать, что выбор в сторону SATA, по сути своей, не является действительно окончательным. Следует помнить, что SAS и SATA односторонне совместимы и в любой момент можно произвести модернизацию системы.
Наибольшую выгоду от данной совместимости получают те пользователи и интеграторы, у которых предусматривается рост нагрузки на дисковую подсистему сервера или рабочей станции, и, как следствие, ее последующая модернизация. По большому счету, все будет сведено всего лишь к замене дисков, в том случае, если при первоначальном проектировании был учтен SAS контроллер с соответствующими кабелями и бекплейнами. Более того, современные контроллеры позволяют провести миграцию массива с разнотипными дисками (SAS-SATA и наоборот).
С момента выхода SAS и SATA на рынок прошло более 10 лет, и технологии шагнули вперед. Сейчас уже не найдется на складах у поставщиков ни дисков с параллельными интерфейсами, ни винчестеров SAS и SATA версии 1.0. Какие же технологии являются актуальными сейчас?
И если в случае с протоколом SATA с точки зрения архитектуры всё осталось в прежнем виде, то у SAS ситуация значительно интереснее. Рассмотрим их поподробнее.
Для SATA в данный момент является основным стандарт SATA III (версия 3.x) интерфейс, официально известный как SATA 6 Гбит / с, который является третьим поколением интерфейсов SATA. Пропускная способность которая поддерживаемая интерфейсом - 600 МБ/с. Данный интерфейс обратно совместим с интерфейсом SATA 3 Гбит / с.
SATA III интерфейс обратно совместим и поддерживается на SATA I и SATA II портах. Однако максимальная скорость данной связки будет ограничена наиболее медленным устройством в конкретно взятом случае.
Для SAS – по-прежнему актуальным является 2 поколение, со скоростью 6 Gb/s и привычной для многих кабельной организацией. При этом уже доступны к заказу, как носители, так и контроллеры с бекплейнами со скоростью до 12 Gb/s, основное отличие которых – это несколько иная архитектура, обладающая, как следствие, иной кабельной организацией и позволяющая помимо прочего увеличить максимальную длину кабеля как внутренних, так и внешних дисковых систем. Основная причина непропорционального роста скорости шины к скорости его чтения/записи – рост больших, сильно разветвленных датацентров с обширным применением экспандеров, а так же всё более активное использование в серверах твердотельных дисков.
Новые типы соединений, которые используются в SAS 3.0 – SFF-8644 и SFF-8643 обладают следующими принципиальными особенностями:
Кроме того, увеличение шины привело к тому, что при использовании SAS 3.0 со скоростями до 12 Гб/с полностью перекрывается пропускная способность шины PCIe 3.0. Таким образом, для следующего поколения потребуется уже следующая ревизия PCI-e.
Весьма положительно расширение пропускной способности сказалось на возможности использования экспандеров – теоретически, SAS 1.0 мог поддерживать до 5 жестких дисков на одном канале, без падения производительности каждого отдельного диска. В современной ревизии протокола этой проблемы практически нет, и канал «контроллер»-«экспандер» более не является «бутылочным горлышком» дисковой подсистемы.
Если обратиться к «дорожной карте» поколений SAS, то можно заметить, насколько много изменений произошло в новой ревизии. Увеличилась максимально возможная длина активных медных кабелей (до 20 м) и появилась поддержка «оптики». Протяженность последней может достигать 100 м. Таким образом, можно создавать целые SAS-сети внутри одного датацентра со всеми плюсами и достоинствами данного протокола передачи данных.
Рассматривая электронную сторону вопроса, то можно увидеть следующее - с появлением интерфейса PCIe 3.0, потребность в более высокой производительности интерфейса системы хранения является критически важным. Архитектура SAS 3.0 со скоростями до 12 Гб/с обеспечивает лучшее использование пропускных возможностей системной шины PCIe 3.0. График показывает, что получить 100% производительности можно достигнуть путем перехода к системе PCIe 3.0 совместно с использованием 12Гб/с SAS 3.0
Даже те пользователи, у которых сейчас имеются системы хранения на базе SAS ревизий 1.0, 2.0 и 2.1 могут произвести модернизацию своих систем достаточно просто и без серьезных финансовых вложений. Рассмотрим следующий пример:
Предположим, имеется сервер, в который установлен HBA или RAID контроллер, к которому подключен DAS с бекплейном и экспандером SAS предыдущего поколения. В DAS находится некоторый набор дисков (SATA, SAS 3 Гб/с, SAS 6 Гб/с и SSD), который объединен в набор массивов, либо являющихся отдельными томами. Узкое место данной конфигурации – это канал между сервером, и системой хранения, который можно легко устранить, поставив более современный контроллер и бекплейн. Пропускная способность системы хранения в данном случае резко возрастет, а при использовании при модернизации контроллера того же вендора перенос массивов данных не составит особого труда.
В данной статье мы рассмотрим еще одно новое и давно ожидаемое явление – это твердотельные диски с интерфейсом SAS. Какие объективные отличительные черты есть у этих дисков, и какими особенностями обладают массивы на основе этих дисков мы рассмотрим ниже.
Итак, отличительные черты архитектуры:
Гораздо интереснее получаются выводы о поведении SSD дисков в массиве, некоторые – вполне очевидны, и характерны для традиционных жестких дисков, а некоторые могут быть интересны многим интеграторам
Рассмотрим один из образцов системы, в котором можно применить данные выводы.
Основной специализацией компании «ТЕХНО-ОКТА» является продукция Supermicro. В данном обзоре мы рассмотрим типовую конфигурацию с подсистемой SAS 3, которая доступна для заказа уже сейчас. Это платформа SuperStorage Server 2027R-AR24NV.
Она относится к системам хранения высшего класса и построена вокруг протокола передачи данных SAS 3. Система является сбалансированной с точки зрения пропускной способности шины данных (SAS 3 и PCIe 3.0) и позволяет реализовать весь передовой потенциал этих обоих протоколов. Платформа состоит из трех основных составляющих – корпуса SC216A-R920LPB 2U 24-bay, двухпроцессорной материнской платы X9DRH-iF-NV, с семью слотами PCIe 3.0 и 24-портовым бекплейном SAS 3, кроме всего прочего, оптимизированным так же для работы и с твердотельными накопителями.
Supermicro является одним из признанных лидеров в области внедрения новых технологий, и платформа SuperStorage Server 2027R-AR24NV для ресурсоемких приложений не является исключением. Данный сервер станет отличным решением для задач по работе с большими базами данных, критически важными приложениями и «тяжелыми» вычислениями. По большому счету, связка «контроллер 12Гб/с + шина PCIe 3.0 + современный быстрый жесткий диск» является ответом на взрывной рост облачных центров хранения и обработки данных.
Данная платформа так же поддерживает память стандарта NVDIMM (Nonvolatile DIMM), NVDIMM - это гибридные модули оперативной памяти, в которых используется оперативная память DRAM и флеш-память NAND. Внешне такие модули памяти очень похожи на обычные, но к плате подключён экстренный источник питания (суперконденсатор).
В обычных условиях эксплуатации память работает как обычный высокопроизводительный DRAM-модуль. В ситуации, когда случается перебой с электропитанием, или же некий сбой системы, данные из DRAM быстро переносятся энергонезависимую часть модуля (флеш-память), где хранятся вплоть до следующего обращения к ним, независимо от времени перебоя. После удачного старта сервера, информация снова копируется в оперативную память. Таким образом, вероятность потери важных данных стремится к нулю, и сокращается время обслуживания для восстановления системы.
Шасси Supermicro SC216 демонстрирует максимальную плотность размещения жестких дисков в форм-факторе 2U, помещая в себя до двадцати четырех 2,5" SAS/SATA носителей c возможностью горячей замены. В конструкции SC216 также оптимизировано внутреннее пространство с увеличением размещаемых дополнительных устройств (до 7 слотов расширения) без ущерба для охлаждения. Кроме того, в корпусе используется высокоэффективная отказоустойчивая схема питания стандарта 80 plus platinum.
• Вероятные сферы использования: Облачные сервисы, Сервер для виртуальных машин, Сервер для приложений чувствительных к дисковой системы и скорости операций ввода/вывода.
• До двух процессоров Intel® Xeon® processor E5-2600 or future E5-2600 v2 family; Socket R (LGA 2011)
• 24x 2.5" диска с возможностью горячей замены (SAS3/SATA3) и бекплейн с прямым подлючением
• 3 SAS3 Контроллера LSI 3008 24x SAS3 (12Gbps) порта.
• 16x DIMM, до 512GB DDR3 1600MHz ECC RDIMMs с поддержкой NV-DIMM
• 1x PCI-E 3.0 x16 slot, 6x PCI-E 3.0 x8 slots (порты 1, 2, & 3 заняты контроллерами)
• I/O ports: Dual 1GbE via Intel® i350, 1 dedicated LAN for System Management (IPMI 2.0,
KVM/media over LAN), 1 VGA, 2 COM/Serial, 4 USB 2.0
• Оптимизированная система охлаждения 3x 80x38mm вентилятора с возможностью горячей замены; опционально доступный 5x60mm вентилятор
• Два блока питания 920W Platinum Level с возможностью горячей замены.