存储市场的宁静革命
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2006-08-10 00:00
前言:
在化繁为简的趋势下,存储市场目前正进行着一项重要变革:两种不同的技术——并行SCSI与并行ATA──正逐渐被序列式的后起之秀取代。虽然如此,业者也不需贸然进行汰换及升级,因为技术上的兼容性与其它市场因素,将确保各种技术在转换过程中,维持一段和平共存的日子。
多年以来,两种总线标准近乎寡占了整个存储市场,包括应用于工作环境与低级服务器的并行ATA(Parallel ATA, PATA),以及应用于所有需要高端效能与安全性的设备装置的并行SCSI(Parallel SCSI)。而40与50针角平带缆线,已成为所有个人计算机与服务器中的标准配备之一。前述两种总线系统的悠久历史:ATA(Advanced Technology Attachment)起始于1989年,而SCSI(Small Computer System Interface)则于1981年从ANSI演变而来。虽然这两套系统在存储市场皆已存在多年,但它们的时代尚未过去,因为开发人员仍持续发挥他们的技术能力,使两套系统的每一代产品皆可提供更快速的传输速率或是其它重要功能,使ATA得以带来高达133 Mbps的传输速率,而SCSI则可提供高达320 Mbps的传输速率。
尽管如此,这两项技术仍持有某些限制使其无法持续发展,尤其是在最多可连接装置数量上的限制。而在90年代末期,新的后继标准也陆续发展成熟。新型标准除了提高输出量以外,最惊人的功能便是使连接至总线上的装置拥有更弹性的操控。这样的功能让大家从一开始就了解,可分开控制各装置的序列总线为他们的惟一选择,因为如此一来,每个连接到总线的装置皆可接收到完整带宽,而不须与其它装置分享,且无法正常运作的装置也不会影响到整个总线。
后继者:SAS与SATA
这两套并行总线的后继者便是序列 Attached SCSI(Serial Attached SCSI, SAS)与序列 ATA(Serial Advanced Technology Attachment, SATA)。两者为共同开发的结果,但由于SATA的设置方式较为简单,因此较早进入市场。正因如此,SAS与SATA有许多相似点:在实体设备方面,其适配卡与缆线几乎完全兼容;两种系统皆使用包含7条数据线与15条电线的细缆线,且连接器设计都具有热插拔功能,且并行ATA与SCSI的纪录加强装置皆可支持这项功能。尽管如此,这两套系统也并非是崭新的技术发展,其驱动器与控制器仍沿用以往的SCSI及ATA指令来进行互动,使得驱动程序的开发也较为容易。毕竟,从既有的功能范围中发展更多功能也是一种开发的方式。
其中一项新功能可使数据要求的处理更加有效率。在SATA方面,这项功能称为“Native Command Queuing”(NCP),可暂时存储多达32条指令,这些指令将依照最佳顺序进行处理。SCSI与SAS也拥有相同的功能,称为“Command Queuing”,并可支持256条指令。
使新型总线获得广泛支持的重要因素之一便是缆线,因为旧有的平带缆线为计算机带来了一定程度上的紊乱。较大的系统通常包含了多个硬盘,因此缆线管理便成为一大挑战,像是宽带的缆线便会阻隔空气流通。除此之外,由于ATA在每个总线上只能控制两个硬盘,因此在大部分的计算机中,最多只可配置4个装置,即使是SCSI最多也只能到达15个装置。
尽管单条SAS或SATA缆线只能控制一个装置,其使用较细的缆线却比带来处理上的便利。SATA缆线最长可达到1m,SAS则可达6m长。由于SAS标准通常注明了传送与接收的性质,因此可利用具有“均等性”的缆线来建构长达10m的SAS系统。同时需注意的是,由于系统可串联在一起,SAS系统的有效长度实际上可涵盖几十米。
在内部或外部连接至硬盘、磁盘、SAS交换器及封闭式存储时,使用的是Mini SAS连接器。尽管外部连接起初将会采用InfiniBand类型的连接器,市场却预估Mini SAS连接器(Molex称此为“iPass”)将会逐渐取代其地位。
团队合作
由于SATA的发展较SAS为早,所以大部分的SAS规格都是参考SATA的公开规格所制订,实质合作的部份其实很小。其中的主要原因在于,两个组织运作管理模式的不同,因此事实上通用非正式的方式合作反而较易达到目标。所幸参与两种规格制订的业者仍致力于兼顾双方的利益,因此两种规格的兼容性及市场区隔仍得以确保。
由于SAS缆线可与现行的SATA硬盘搭配使用,因此SATA硬盘可与任何SAS控制器一起运作。SAS控制器内部采用的SATA Tunneling Protocol (STP)负责管理附属的SATA装置。许多的制造商现已迎头赶上,提供同时适用于SAS与SATA硬盘的存储序列。对于使用者来说,这样的情况带来极大的好处。目前的趋势是倾向于在公司内尽可能装设低成本近线存储设备,而这项低成本近线存储设备可作为快速且价格低廉的备份媒介,包括大型档案归建管理,或是公司内非机密应用程序的存储。SATA已经可满足这些近线存储的条件,而SAS则能应付为更繁复、要求更高的工作。当两项技术在同一个存储系统里可使用相同的控制器时,成本优势自然能最大化,同时也能保有完全的弹性。
目前通过线路,SATA II可达到300 Mbps的传输速度,而SAS目前则可达到3 Gbps的传输速度。在新一代的产品中,这些传输速度都将提高一倍。目前产品推出计划中表示,SAS的传输速率在发展中期计划中,将在2008年-2009年时到达6Gbps;而SATA也将于2009年达到这个速度。
虽然新技术令人振奋,但是也必须要考虑是否值得投资的这个因素。通常越是牵涉到高端技术,这项因素就变得越重要。SATA主要是供工作环境内计算机与小型服务器的总线系统使用所设计的硬盘接口,而这些系统在未来几年一定会被汰换,而届时SATA势必会成为此类运算的首选硬盘界面。所有的硬盘及系统制造商都已开始推动市场朝着此一方向迈进,使得PATA将被迅速淘汰。
高端方面的情形则较为不同。在OLTP产业中,传统的光纤信道自从问市以来,就一直作为存储系统所用。现在SAS在技术层面,已可媲美许多光纤信道的应用,尤其是在存储设备内部。虽然SAS所达到的3Gb传输速率,比光纤信道少了25%,但SAS可建立宽连接埠。经由结合2个、4个或更多在全双工3Gbps速率下运作的SAS连接线,可在许多应用环境当中,创造高效能的优势。同时,SAS也明显地降低硬盘与基础架构的成本,提供独特的成本/效能优势。新一代SAS肯定能达到6Gbps的传输速率,我们也预期SAS能持续保有上述的优势。
然而,使用者将仍需一段时间才能大幅改变他们目前的安装。虽然SAS及光纤信道(Fibre Channel, FC)在技术上十分类似,在SAN的环境当中他们却不尽相同。在早期架设的中长期基础架构不适合进行测试,因此,SAS的效能在SAN的环境中,无法明确地彰显出来。虽然如此,SAS技术仍被大多数企业看好,且被认为是另一项可与光纤信道分开使用,或是通过桥接器或网关器与SAN连接的技术。分析师则预测这方面支持的最大需求,将来自于专门经销商与VAR。
市场才刚刚开始发展
原先SAS是打算用来直接取代并行SCSI的。然而,后续的发展却显示SAS也可应用于其它方面。不久之前,LSI Logic 才展示了第一款SAS交换器,并可借此连接以SAS为基础的服务器与许多SAS存储数组,以及任何其它SAN连接。SAS在某些运用上几乎与光纤信道完全相同,但是SAS并非用来当作大范围的SAN,涵盖与光纤信道相同的距离。另外,光纤信道适合用在超过1000个连接器的环境中,但SAS则需要100多个连接器的环境中才能达到最佳效能。
为提供众多的功能,光纤信道交换器必须是缓冲及封包导向,这使得系统的整体成本及复杂性随之上升。相对而言,SAS交换器是低成本的连接导向装置虽然限制了它的发展范围,然而,在一个空间或机架内,SAS可作为一项可扩充的存储架构。目前SAS交换器尚在发展布局的初期阶段,但市场对于SAS交换器仍寄予厚望,期待在受限的SAN应用环境中,能为SAS带来重大影响。
另外,强化SAS的分区功能也是刻不容缓的工作。借助分区功能,SAS硬盘机的数组得以被妥善地划分至共同及独立的区域当中,而从这点可明显感觉出以光纤信道为基础的SAN所带来的特性。除此之外,开发人员得以利用SAS硬盘机的第二个连接埠,开发出多余的数据信道,或是创造出全双工的系统,进而达到双倍的传输速率。SAS向来都是全双工,可同时进行传送及接收工作。而大部份的SAS硬盘机也是双端口的,多出来的端口亦可当作网络容错备援端口使用,其功能类似于容错系统中光纤信道双端口的功能。
SATA硬盘的未来已经十分清晰,低成本的入门硬盘将很快会取代PATA,进而主导工作站与低级服务器市场。SAS硬盘必然会迫使并行SCSI的其它产品退出市场,但是目前的发展显示SAS技术仍然有许多其它潜力。来自分区功能与交换器的需求,将会促使SAS硬盘在SAN或区域性存储架构的应用。再过几年,SAS潜在的效能价值将使SAS在许多方面成为光纤信道外的另一个选择。当然,硬盘制造商的订价策略也占了很重要的地位。然而,由于业者在光纤信道技术上已进行相当程度的投资,这也意味着至少在中期来说,SAS与光纤信道技术的发展应是相辅相成,而非取代。同时,我们也可以观察到SAS硬盘应用在NAS连接的市场趋势。
适用范围
● SATA:
最适合成本较低的近线存储,例如磁盘驱动器备份或封存元件。通常作为光纤信道、SCSI,或SAS接口的完整存储数组。有些厂商将SATA插槽式模块包含在存储器内,以便既有系统的升级。由于成本较低,其效能与可靠性也不及其它两种方案。
● SAS:
通常作为目前并行SCSI硬盘机的替代品。由于功能较为完整并具有RAID控制器与存储数组,其应用需求正逐渐增加中。SAS硬盘机在企业中的应用模式,正逐步朝向作为光纤信道方案的备案。最适合需要高性能、高可靠度、高输出量及较短搜寻时间的应用,如数据库、串流媒体服务器等。由于与SATA兼容的特性,可建立极有弹性的后端存储解决方案。
● 光纤信道:
由于高效能与高使用性等特性,使其仍为外部存储系统方面的首选。利用大规模的测试过程,适合数据库、重要企业服务器或是讯息系统等应用。
主要顾客
● SATA:
适合各种规模的公司,通常做为较次要的存储解决方案。
● SAS:
若使用RAID来确认冗余状况,则可应用于中小企业,以替代现行的主要存储方案。此外,也可作为高效能的次要存储方式。
● 光纤信道:
主要用于中大型企业,也经常被用做总线系统,以连接SAS或SATA数组与既有的SAN。