SCSI Винчестеры

Винчестер - единственный накопитель, от которого зависит не только сохранность записанной на нем информации, но и то, как будет загружаться и работать компьютер. Давно уже прошли времена, когда пользователи загружали компьютеры с помощью загрузочной дискеты и радовались работе в MS DOS. Сейчас же ни один BIOS не станет продолжать загрузку, не найдя в конфигурации системы винчестера.
Лидером на сегодняшний день в области разработок винчестеров является известная всем фирма Fujitsu. Она завоевала свою популярность и лидерство только тем, что продукция выпускается действительно качественной, надежной и долговечной. Особое внимание при разработке винчестеров фирмой обращается на надежность, причем не просто надежность, а надежность как в процессе транспортировки, так (что очень важно) и в процессе эксплуатации.

Особенностью деятельности фирмы Fujitsu является то, что вся продукция выполняется на заказ. Это исключает долгосрочное хранение на складах и многочисленные перевозки. Многие фирмы часто сначала проводят крупные кампании, рассказывая о продукции, которую планируют выпускать, а затем на скорую руку, стараясь не разочаровать покупателей, производят ее. Fujitsu в свое время принимала заказы от своих производителей и выполняла их. За счет такой политики фирма и поднялась до значительных высот.

За последние два года производство винчестеров постоянно менялось. Фирма Fujitsu постоянно выпускала три серии - Allegro, Picobird и Hornet. Первоначальной продукцией фирмы Fujitsu были винчестеры, разработанные на интерфейсе SCSI. До 1998-1999 это был самый распространенный интерфейс. За последние два года фирма Fujitsu выпускала винчестеры только на интерфейсах Ultra2 и Fibre Channel. На этих интерфейсах была выпущена вся серия Allegro.

В этот же период была выпущена серия Picobird. Интерфейсом этих винчестеров был популярный и распространенный на данный момент интерфейс IDE. Кроме того, был разработан ряд моделей с интерфейсом Ultra ATA-66. Но что касается этого интерфейса, то переход на него не планируется в ближайшее время, хотя и не исключен. В серии винчестеров Picobird был сделан упор на увеличение плотности записи информации.

Был также увеличен объем жестких дисков всех трех серий. Объем винчестеров, выпускаемых фирмой Fujitsu (но она не единственная такая?), поднялся с 4,3 Гб (конец 1998 - начало 1999 года) до 22 Гб (2000 год).

Винчестеры с интерфейсом SCSI применяются больше для узкоспециализированных задач, например, для обработки или создания видео. И действительно, для создания необработанного и несжатого видеофайла требуется 50-100 Мб/сек. Интерфейс SCSI годится для решения таких задач и не уступает ни по скорости работы, ни по объему даже интерфейсу IDE.

Развитие интерфейса SCSI, как и интерфейса IDE, не останавливалось. Стандарты Ultra 160/m SCSI позволяют обрабатывать данные со скоростью до 160 Мб/сек.

Чтобы протестировать винчестер, необходимо не только снять скоростные замеры. Необходимо проанализировать все показатели - скорость вращения шпинделя, скорость обработки данных, высоту винчестера, объем, характеристики шума и многое другое.

Тестированию были подвергнуты жесткие диски разных производителей. По скоростным характеристикам для интерфейса Ultra2 SCSI скоростные характеристики были не слишком высокими. Например, ни у одного производителя скорость считывания данных с поверхности диска не превысила 40 Мб/сек.

Одним из крупнейших производителей винчестеров является фирма Quantum. Для серии интерфейса SCSI фирма дала своей продукции особое название - ATLAS. Фирма не устраивает никаких презентаций перед выпуском новой продукции, хотя является передовой по выпуску винчестеров. По результатам тестирования, как и по паспортным данным, винчестеры фирмы Quantum отличаются от моделей других производителей надежностью и качеством. Винчестеры Quantum с интерфейсом SCSI по результатам тестирования показали самые лучшие показатели как по скорости считывания, скорости обращения к данным, так и по шумовым и температурным показателям. Винчестеры Quantum отличаются тем, что мало греются и довольно тихие. Конечно, есть и модели, которые требуют дополнительного охлаждения, но их другие характеристики были впереди. При тестировании винчестеров Quantum с интерфейсом SCSI показатели, полученные при тестах, и показатели, представленные в описании жестких дисков, указанные производителем, почти совпадали. К сожалению, не всегда, а точнее почти на всех моделях других производителей, показатели отличались существенно, и, как можно догадаться, не в лучшую сторону.

Технология Serial Attached SCSI (SAS)

Немного о стандарте
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.