SAS、SCSI及SATA硬盤的特點與比較講課講稿

1、消費(fèi)級硬盤企業(yè)級硬盤服務(wù)器級硬盤關(guān)鍵詞:SAS SCSI SATA首先看看什么是消費(fèi)級硬盤、什么是企業(yè)級硬盤、什么是服務(wù)器級硬盤，恐怕各廠商對它的理解不盡相同，但是有一點是肯定的，企業(yè)級/服務(wù)器級硬盤一定比自家的普通硬盤“貴”，但它究竟貴在哪呢？目前市場上，“企業(yè)級硬盤”往往指的是那些具有更長無故障工作時間（MTBF）上，具有限時錯誤恢復(fù)等功能的硬盤。他們在外觀、接口上幾乎和普通硬盤一樣，在傳輸速率、IOPS、功耗、噪音上也不會比普通硬盤提高很多，但是這些硬盤適合企業(yè)的24x7長時間工作、為硬盤陣列進(jìn)行過特別優(yōu)化，具有一定的數(shù)據(jù)保護(hù)能力。而服務(wù)器硬盤則要苛刻的多，除了企業(yè)級硬盤所需長工作時間外

2、，還要應(yīng)對超大的數(shù)據(jù)量訪問，所以需要更好的傳輸速率、更高的可靠性、更低的cpu占用、更低的尋道時間、更高的IOPS（每秒操作數(shù)）等等。要做到這些，必須提高主軸轉(zhuǎn)速和磁頭馬達(dá)的能力，服務(wù)器硬盤一般轉(zhuǎn)速都達(dá)到了10kr pm或者15k rpm，相比普通硬盤的7200rpm提升巨大。除了轉(zhuǎn)速和PCB的改進(jìn)，服務(wù)器硬盤一般采用SCSI、SAS、FC（光纖、較少）接口來輔助實現(xiàn)高性能、高可靠的特點，這其中又以SAS最先進(jìn)。SAS 3Gb/s接口?？瓷先AS接口和SATA沒有什么區(qū)別啊，針數(shù)完全相同，其實是有很大區(qū)別的。首先是SATA的數(shù)據(jù)口和供電接口不相連，其次是SAS接口背面還有觸點（冗余接口）。S

3、AS，為何神奇SAS硬盤不算是新鮮事物了，但實際上和SCSI的占有率對比可能也只到2:8，這是因為SCSI壟斷了服務(wù)器硬盤大半個世紀(jì)，而隨著SATA在企業(yè)及硬盤上普及，取代SCSI的SAS也開始得到廣泛的應(yīng)用。SAS與SATA：串行技術(shù)-包括SAS（串行連接SCSI）和SATA（串行ATA）-比舊款的IntelXeon服務(wù)器有了更好的RAS性能。當(dāng)存儲環(huán)境需要簡化配置或優(yōu)化成本/容量時，專為桌面應(yīng)用而設(shè)計的SATA成為理想選擇，而SAS則能為帶寬要求更高的主流服務(wù)器和企業(yè)級存儲提供所需的高性能、高擴(kuò)展性和可靠性。SAS滿足了諸如網(wǎng)上購物和銀行交易等事務(wù)性數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境中對高頻率和即時、隨機(jī)數(shù)據(jù)存

4、取的需求。SAS將SCSI的可靠性和強(qiáng)大功能與串行技術(shù)的性能與優(yōu)秀設(shè)計相結(jié)合，為我們帶來以下關(guān)鍵特征和功能：性能-第一代產(chǎn)品性能達(dá)到3Gbps，寬端口合成帶寬，全雙工傳輸，端口集合，高級命令隊列組合，豐富的SCSI命令功能組可擴(kuò)展性-對物理設(shè)備的尋址范圍寬，長電纜、小接頭，可接入外部存儲系統(tǒng)可靠性和可用性-點對點連接，通過擴(kuò)展器實現(xiàn)多服務(wù)器（initiators）并發(fā)訪問，支持雙主動式端口和針對目標(biāo)設(shè)備的冗余路徑靈活性-與SAS和SATA硬盤在物理和軟件上均兼容，并向下兼容SCSI軟件和中間件設(shè)計尺寸：我們知道，此前主流的桌面磁盤和服務(wù)器磁盤都是采用3.5英寸設(shè)計，而SAS硬盤除了具有傳統(tǒng)的3

5、.5英寸規(guī)格之外，還采用了2.5英寸的縮小版，這樣可以在機(jī)架式服務(wù)器有限的空間內(nèi)安裝更多的磁盤以擴(kuò)充存儲系統(tǒng)的容量，也能夠為其他配件騰出更大的空間，以便通風(fēng)散熱，在2U高度內(nèi)使用8個2.5英寸的SAS硬盤位已經(jīng)成為大多數(shù)OEM服務(wù)器廠商的選擇。性能：第一代SAS的數(shù)據(jù)吞吐能力達(dá)到3Gbps，為了緊跟不斷增長的微處理器速度和越來越高級的應(yīng)用需求，其后續(xù)幾代速度將逐級加大直至12Gbps。另外，SAS采用多路點對點連接，支持容錯性設(shè)計。SAS的全雙工、點對點設(shè)計實現(xiàn)了多服務(wù)器（initiators）與高性能SAS目標(biāo)設(shè)備之間的同步主動連接。設(shè)備在同一時間內(nèi)能夠以雙方向傳輸數(shù)據(jù)，有效地使鏈接的可利用

6、帶寬得到雙倍加強(qiáng)。窄端口允許單路串行鏈接，而寬端口則支持多路鏈接，獲得面向8路SAS或SATA目標(biāo)的合計帶寬，將總帶寬提高到24Gbps（見圖）。通過多個PHY的結(jié)合創(chuàng)建寬端口，支持大型SAS拓?fù)渲袑挼娘@著需求。和SCSI一樣，SAS的高級命令隊列包含256個不同的隊列組合方式，可提供獨特的智能數(shù)據(jù)處理功能，如head-of-queue和out-of-order隊列。這些隊列功能在企業(yè)應(yīng)用中起著關(guān)鍵作用，允許一個系統(tǒng)在接口內(nèi)對命令進(jìn)行重新組織和優(yōu)化。由于使用更先進(jìn)的線纜，SAS更可用于構(gòu)建大型高性能拓?fù)?。SAS摒棄了用于信號傳輸?shù)?8針寬型帶狀線纜和供電電纜，代之以一根長達(dá)8米的瘦型4線S

7、AS線纜。這種緊湊式設(shè)計加強(qiáng)了機(jī)箱中的空氣流通，并簡化了設(shè)備的熱插拔連接。靈活性:SAS的關(guān)鍵優(yōu)勢之一在于其背板設(shè)計和協(xié)議接口，允許在同一系統(tǒng)中同時使用SAS和SATA硬盤。雖然這兩種硬盤通常被用于不同應(yīng)用，但許多企業(yè)用戶可能需要兼而用之。這種混合匹配不同類型硬盤的能力將使系統(tǒng)集成商和最終用戶都大受裨益。SATA硬盤專為成本有效性存儲而設(shè)計。為達(dá)到經(jīng)濟(jì)實用的目的，SATA硬盤采用較低的轉(zhuǎn)速（通常為7200rpm）和平均無故障工作時間（即MTBFMeanTimeBetweenFailure），因而成本也比較低。因此，此類硬盤傾向于在事務(wù)性處理少、數(shù)據(jù)可用性非關(guān)鍵指標(biāo)的應(yīng)用中被采用。另一方面，SA

8、S硬盤則是專為高性能、高可靠性應(yīng)用而設(shè)計的。SAS硬盤工作于更高的轉(zhuǎn)速（10,000到15,000rpm），配備旋轉(zhuǎn)震動補(bǔ)償以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，因此具有更高的可靠性。SAS硬盤將被使用于數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)可用性極為關(guān)鍵的應(yīng)用中。由于SATA連接器信號是SAS信號的一個子集，SATA硬盤與SAS控制器是全兼容的-包含在SAS中的SATA隧道協(xié)議（STP）可將SATA命令傳遞到SATA硬盤。而且，由于SAS連接器設(shè)計采用單一統(tǒng)一背板，在一個系統(tǒng)使用兩種類型的硬盤就變得極為簡單。這種兼容能力減少了存儲設(shè)計的成本和復(fù)雜性，使設(shè)計選項變得更加多樣化。SAS-SATA兼容能力還允許系統(tǒng)集成商使用通用連接器和電纜

9、來設(shè)計混合存儲系統(tǒng)。在同一系統(tǒng)中安裝或升級SATA或SAS硬盤簡單到僅需將一種類型的硬盤換成另一種-SAS背板連接器可同時接納SAS和SATA硬盤。由于SATA背板連接器只能連接SATA硬盤，因此，帶SAS連接器的背板將具備更好的設(shè)計靈活性。SAS向下兼容前代SCSI軟件和中間件的能力同樣使其可輕松地將原有部件、主機(jī)和硬盤融合到新的SAS拓?fù)渲校瑹o需啟動新的培訓(xùn)，花費(fèi)集成成本，或?qū)υ熊浖M(jìn)行修正。擴(kuò)展性：并行總線的擴(kuò)展能力由于其共享連接通道而受到限制，即使通過多臺服務(wù)器（initiators）增加總線數(shù)量也無助于擴(kuò)展這種受限制的能力。SAS則利用擴(kuò)展器硬件擔(dān)當(dāng)其交換設(shè)備簡化大型外部存儲系統(tǒng)的

10、配置。這種擴(kuò)展器硬件幫助實現(xiàn)了靈活的存儲拓?fù)?，最大可混?6,256塊SAS/SATA硬盤。SAS擴(kuò)展器硬件的功能就像一臺用來簡化大型系統(tǒng)配置的交換機(jī)。該系統(tǒng)通過最小化潛伏時間得到擴(kuò)展，而將帶寬留給增大的工作負(fù)載。例如，一個扇出型SAS擴(kuò)展器能夠連接多達(dá)128塊設(shè)備，包括以窄鏈或?qū)掓溞问竭B接的服務(wù)器（initiators）、SAS/SATA硬盤和其它SAS邊緣擴(kuò)展器。這些額外的邊緣擴(kuò)展器同樣也能連接其它主機(jī)和硬盤，提供額外的連接節(jié)點。包含于SAS的SCSI管理協(xié)議(SMP)被用于管理拓?fù)渲械倪@些點對點連接（見圖）?？煽啃裕憾嘀鳈C(jī)（initiators）模式長久以來一直被企業(yè)計算環(huán)境所采納，即為

11、多臺主機(jī)或主機(jī)總線適配器（HBA）-或兩者兼而有之-提供硬盤訪問，保證在一臺設(shè)備出現(xiàn)故障時能繼續(xù)訪問數(shù)據(jù)。但是，在并行技術(shù)配置下使用多主機(jī)無法消除可阻斷硬盤訪問的單點故障問題。而使用SAS則可利用雙端口化的硬盤來構(gòu)建高可用系統(tǒng)，消除任何單點故障。另外一種利用SAS提高系統(tǒng)容錯能力的途徑是使用擴(kuò)展器將多個硬盤連接到多臺主機(jī)服務(wù)器，以此維持對眾多硬盤的并發(fā)操作。命令向下傳達(dá)到一條鏈路，而數(shù)據(jù)通過另一個連接上的鏈路返回，進(jìn)一步加大了系統(tǒng)的容錯性。利用SAS擴(kuò)展器的功能，結(jié)合雙端口SAS硬盤和帶雙端口適配器的SATA硬盤，用戶很容易設(shè)計具有最大容錯能力的冗余系統(tǒng)。2.5英寸雙端口SAS硬盤連同標(biāo)準(zhǔn)的3

12、.5英寸硬盤一起可實現(xiàn)全容錯的系統(tǒng)設(shè)計，在計算密度越來越高的應(yīng)用中從容應(yīng)對全新技術(shù)挑戰(zhàn)。這種可擴(kuò)展和可靠的連接結(jié)構(gòu)可用于組建支持多節(jié)點集群的企業(yè)級拓?fù)?，實現(xiàn)在關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用中極其重要的自動故障切換和負(fù)載均衡。希捷Cheetah 15K6，背面背面的PCB和15k5以及NS有了明顯區(qū)別，芯片全都內(nèi)藏了，這樣可以有效避免磕碰和劃傷。其他特性：采用第二代垂直記錄技術(shù)，硬盤存儲容量高達(dá) 450GB 。 具有更高性能，持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá) 164MB/秒，提高 28%。 該 3.5 英寸硬盤擁有 160 萬小時 MTBF 的極高可靠性 采用 PowerTrim? 希捷專利技術(shù)，使閑置功耗（瓦/GB）降低了

13、61%。 先進(jìn)的讀/寫技術(shù)將錯誤率降至 1x10-16? 具有 FC 或 SAS 接口 希捷Cheetah 15K6，外觀盤體和上代產(chǎn)品比較想象，Cheetah 15K6側(cè)面無操作孔，因此我們看不到消費(fèi)級硬盤上的密封紙片。另外可以看到Cheetah側(cè)面的固定孔位比消費(fèi)機(jī)硬盤多了不少。ST3450856SS，ST/3/450/8/56/SS的意義就是希捷 3.5寸 450GB 8磁頭 15k6系列 SAS接口硬盤。SAS 3Gb/s接口。評測:希捷Cheetah 15K6，關(guān)鍵存儲首選 SAS服務(wù)器硬盤以希捷馬首是瞻，而希捷的服務(wù)器硬盤中，又以Cheetah 15K系列最具代表，今天評測是Che

14、etah 15K6，最新一代的頂級服務(wù)器硬盤。第六代希捷Cheetah 15K.6是世界首款采用自加密技術(shù)的硬盤，也是企業(yè)（監(jiān)控集中存儲）市場上順序性能和交易性能超高的一款3.5英寸硬盤產(chǎn)品，與前一代產(chǎn)品相比，其閑置功耗（瓦/GB）降低了61%。Cheetah 15K.6是一款可靠性極強(qiáng)的3.5 英寸硬盤，其 MTBF 高達(dá) 160萬小時（年返修率僅0.55%），性能超凡，同時提供FC或SAS接口以及5年有限責(zé)任質(zhì)保服務(wù)。是關(guān)鍵任務(wù)SAN、NAS、事務(wù)處理和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的理想選擇。希捷Cheetah 15K6，參數(shù)和特性450GB型號：ST3450856SS， 4碟裝，標(biāo)稱每秒讀寫164MB。功

15、耗：待機(jī)12.4w/典型17.3w，這比消費(fèi)級硬盤高了許多，但是作為15K轉(zhuǎn)的服務(wù)器硬盤來說，這已經(jīng)非常低了，閑置功耗相比前一代產(chǎn)品降低了61%。拆去PCB，可以看到主軸和磁頭馬達(dá)位置類似，不過散熱孔的位置有點變化。PCB看上去更像是ES.2 SAS的設(shè)計。希捷Cheetah 15K6，芯片Mavell 88i6062-BEH1主控芯片?，F(xiàn)代 HY5DU283222B 16MB緩存。Mavell 88C8801-NNR2控制芯片。Smooth馬達(dá)控制器。測試方法這塊450GB Cheetah 15K6可用容量419.06GB，在1024換算中損失一些。雙盤Raid 0陣列后。測試配置：硬 件

16、測 試 平 臺處理器Core 2 Duo E6850主板Asus P5B-E Plus)顯卡NVIDIA 8600GT顯示器Dell 3007WFP LCD 內(nèi)存G.SKILL DDR2 1066 2GB4-4-4-12硬盤Cheetah 15K6 450GB Raid 0電源Seasonic S12 650W系 統(tǒng) 平 臺 及 驅(qū) 動 信 息操作系統(tǒng)Microsoft Windows Vista Ultimate顯示驅(qū)動NVIDIA forceware 169.32 for vista-32bit桌面1280*1024*3285HzDirectX版本DirectX 10.0 API測試軟件：

17、分別用FDbench1.01HD TachRW3.0.1.0HD TunePro 3.0ATTO DiskBench3.2這四款軟件測試，另外使用WOW（魔獸世界中文版2.3）游戲目錄進(jìn)行實際拷貝測試，大家可以選擇熟悉數(shù)據(jù)的進(jìn)行參考。ATTO Disk Benchmark是一款比較流行的硬盤測試工具，也是這次測試中最重要的軟件。ATTO Disk Benchmark是由ATTO公司出品的一款磁盤/網(wǎng)絡(luò)性能測試工具，該軟件使用了64KB256MB的測試包，數(shù)據(jù)包按0.5K、1.0K、 2.0K直到到8192KB進(jìn)行分別讀寫測試，測試完成后數(shù)據(jù)用柱狀圖的形式表達(dá)出來。很好的說明了文件大小比例不同對

18、磁盤速度的影響。我們是用的是 32MB測試包檢驗0.51024KB的讀寫速度。HD Tach是一款小巧、使用方便、測試時間短的測試程序，它可以在短時間內(nèi)測試出隨機(jī)訪問時間、讀取速率、寫入速率、突發(fā)讀取速率和CPU占用率。利用它我們還可以 得到讀取性能曲線和寫入性能曲線。可以直觀的得到測試產(chǎn)品在數(shù)據(jù)存取過程中的數(shù)據(jù)。在這次測試中我們使用HD TachRW V3.0.1.0版本。 HD Tune小巧易用的硬盤工具軟件，其主要功能有硬盤傳輸速率檢測，健康狀態(tài)檢測，溫度檢測及磁盤表面掃描等。另外，還能檢測出硬盤的固件版本、 序列號、容量、緩存大小以及當(dāng)前的Ultra DMA模式等。雖然這些功能其它軟件

19、也有，但難能可貴的是此軟件把所有這些功能積于一身，而且非常小巧，速度又快，更重要的是它是免費(fèi)軟件，可自由使用。FDBENCH是日本開發(fā)的一套測試磁盤傳輸效率的應(yīng)用程序，它可以測試磁盤讀取、寫入、隨機(jī)讀取、隨機(jī)寫入、以及復(fù)制文件等功能。測試項目更接近日常使用情況，相比較ATTO，它的成績更適合作為選購產(chǎn)品的參考，而ATTO則更傾向于測試極限讀取性能?？赡?有網(wǎng)友要問，這四款軟件有什么不同，為什么要同時使用四款軟件，其實他們各有特色，但是主要功能還是類似的，就是測試存儲性能。將四種軟件測試都進(jìn)行，并 不是為了給自己找麻煩，主要考慮到不同軟件對不同讀卡器、不同卡的兼容性不一樣，表現(xiàn)出的差異有時無法解

20、釋，故而將所有數(shù)據(jù)放上以求避免兼容性帶來誤差。 另外，也是考慮到網(wǎng)友會習(xí)慣使用某種軟件，或者有所偏愛，多個項目的成績參考也可以自由取舍。至于WOW文件實際拷貝，主要是測試實際讀寫的感受，這個文件夾包括了視頻、音頻、圖像、數(shù)據(jù)等各種類型文件，文件體積大小差異明顯。這樣的拷貝和平常使用硬盤習(xí)慣相仿，超過8GB的數(shù)據(jù)量也足以保證數(shù)據(jù)可信度。實際應(yīng)用測試：測試硬盤在Windows下各種應(yīng)用中的性能，比如Vista啟動，導(dǎo)如音樂等，主要通過PC Mark軟件進(jìn)行，還有老牌的H2Benchw軟件。測試用SAS卡SAS控制器可能會影響到磁盤的性能，尤其是陣列的性能，當(dāng)然，很多消費(fèi)級的測試軟件在SAS陣列測試

21、時也有不兼容現(xiàn)象。RocketRAID 2640 x4是高性能的 SAS RAID 控制卡, 給數(shù)據(jù)密集型行業(yè)提供可靠性需求, 例如分層環(huán)境 (disk-to-disk or disk-to-disk-to-tape backup), 安全和監(jiān)視，視頻編輯和數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)作等。RocketRAID 2640 x4支持 RAID 0,1,5,10 和 JBOD，提供四個內(nèi)置SAS/SATA 接口，就像前面介紹的，并不能從板卡的SAS接口上區(qū)別SATA和SAS。作為未初始化的SAS盤來說，需要在SAS卡的Bios中進(jìn)行創(chuàng)建，否則不能使用。對比用硬盤為了體會出Cheetah的性能，我們選擇了兩塊主流硬盤

22、做對比測試。這是萬轉(zhuǎn)SAS硬盤Cheetah NS，ST3400755SS，16MB緩存，400GB容量，4碟，10000rpm。希捷酷魚ES.2 SAS 1TB，32MB緩存，7200rpm，單碟容量250GB。另外還加入Cheetah 15K6雙盤做Raid0后的成績。速率測試，ATTO對比ATTO DiskBench，寫入172.1MB/s，讀取176.6MB/s，這么高的持續(xù)讀寫讓單碟375GB的產(chǎn)品都汗顏。Cheetah NS，寫入98.5MB/s，讀取98.9MB/s，持續(xù)讀寫并不是服務(wù)器硬盤的強(qiáng)項，畢竟單碟容量不大，但是Cheetah的外圈可以達(dá)到98MB/s以上，相當(dāng)于7200

23、rpm硬盤中單碟250GB的成績，非常不錯。這是ES.2 SAS的成績，單碟容量250GB，持續(xù)傳輸比Cheetah更高，但是遠(yuǎn)不及Cheetah 15k6。速率測試，HDTach對比HD Tach測試（紅色）：突發(fā)238.5MB/s，外圈讀取最高185MB/s左右，平均讀取147.2MB/s，平均寫入147.0MB/s。平均訪問時間6.5ms，CPU占用1%左右。Cheetah NS：突發(fā)173.1MB/s，外圈讀取最高102MB/s左右，平均讀取84MB/s，平均寫入83.7MB/s。平均訪問時間8.8ms（實際應(yīng)為7.5ms左右），CPU占用1%左右。速率部分，ES.2 SAS的平均訪問

24、時間12.2ms，讀取99MB/s。日本權(quán)威的FD Bench軟件：讀取167.9MB/s，寫入163.6MB/s，速度和ATTO有些差距，不過比較接近實際性能。HD Tune讀取測試：平均139.9MB/s，最大170.2MB/s，突發(fā)111.3MB/s。曲線和HD Tach類似，一致性不錯。寫入測試：平均139.4MB/s，最大177.0MB/s。曲線一致性不錯。實際應(yīng)用測試WOW（魔獸世界）文件目錄拷貝，條件是每塊硬盤只做一個分區(qū)，完整格式化以后的空盤。先將WOW目錄拷進(jìn)這個分區(qū)，然后同分區(qū)內(nèi)復(fù)制，記錄復(fù)制時間。寫入，將文件從平臺硬盤拷向希捷Cheetah 15K6，時間62.03秒，平

25、均速率138.03MB/s將文件拷向平臺硬盤，即讀取速度。時間70.16秒，平均速率122.05MB/s。盤內(nèi)拷貝，時間72.53秒，平均速率118.05MB/s。PCMark Vantage得分：5190各項應(yīng)用的傳輸速率：CrystalMark，硬盤測試得分17173。速率測試，雙盤Riad0ATTO DiskBench，寫入334.2MB/s，讀取346.4MB/s。HD Tach測試（紅色）：突發(fā)373.7MB/s，外圈讀取最高250MB/s左右，平均讀取222.9MB/s，平均寫入241.9MB/s。看來我們是遇到了這塊PCIE 4x陣列卡的瓶頸了，250MB/s的瓶頸。平均訪問時間5.7ms，CPU占用4%左右。FD Bench軟件：讀取304.3MB/s，寫入311.2