Беспрецедентная совместимость последовательных интерфейсов. Интерфейсы подключения жестких дисков: SCSI, SAS, Firewire, IDE, SATA Системная топология SAS

В этой статье мы заглянем в будущее интерфейса SCSI и рассмотрим некоторые преимущества и недостатки интерфейсов SCSI, SAS и SATA.

На самом деле, вопрос является немного более сложным, чем простая замена SCSI на SATA и SAS. Традиционный параллельный SCSI является испытанным и проверенным интерфейсом, используемым давно. В настоящее время, SCSI предлагает очень быструю скорость передачи данных в 320 Мегабайт в секунду (Mб/сек), используя современный интерфейс Ultra320 SCSI. Кроме того, SCSI предлагает большой выбор возможностей, среди которых Command-Tag Queuing (метод оптимизирования I/O команд для увеличения производительности). Жесткие диски SCSI отличаются надежностью; на коротком расстоянии можно создать последовательную цепь из 15 устройств, подключенную к каналу SCSI. Эти особенности делают SCSI замечательным выбором для производительных десктопов и рабочих станций, вплоть до серверов предприятий, по настоящее время.

Жесткие диски SAS используют набор команд SCSI и обладают схожей надежностью и производительностью, как и SCSI диски, однако используют последовательную версию интерфейса SCSI, со скоростью 300 Mб/сек. И хотя это немного медленнее, чем SCSI с 320 Mб/сек, интерфейс SAS способен поддерживать до 128 устройств на бОльших расстояниях, чем Ultra320, и может расширяться до 16000 устройств на канал. Жесткие диски SAS предлагают такую же надежность и скорости вращения (10000-15000), как и диски SCSI.

Диски SATA являются немного другими. Там, где SCSI и SAS диски уделяют внимание производительности и надежности, диски SATA жертвуют ими в пользу существенного увеличения емкости и снижения стоимости. К примеру, диск SATA в настоящий момент достиг емкости в 1 терабайт (ТБ). SATA используется там, где нужна максимальная емкость, например, для резервного копирования данных или архивирования. Сейчас SATA предлагает соединения точка-точка со скоростью до 300 Mб/сек, и легко опережает традиционный параллельный интерфейс АТА, со скоростью 150 Mб/сек.

Итак, что же случится с SCSI? Работает он прекрасно. Проблема с традиционным SCSI заключается в том, что просто подходит к окончанию его срок эксплуатации. Параллельный интерфейс SCSI, обладающий скоростью в 320 Mб/сек, не сможет работать значительно быстрее на существующих в настоящий момент длинах SCSI кабелей. Для сравнения, диски SАТА достигнут скорости в 600 Mб/сек в ближайшем будущем, SAS имеют планы для достижению 1200 Mб/сек. Диски SАТА могут, кроме того, работать с интерфейсом SAS, таким образом эти диски могут использоваться одновременно в некоторых системах хранения. Потенциал к увеличению расширяемости и производительности передачи данных гораздо превышает имеющийся у SCSI. Но SCSI не уйдет со сцены в ближайшее время. Мы будем видеть SCSI в малых и средних серверах еще несколько лет. Так как аппаратные средства обновляются, SCSI будет систематически заменяться дисками SAS/SATA, для получения большей скорости и удобства соединения.

Высокопроизводительные серверные накопители для решения ответственных задач редко попадают в поле зрения IT-изданий. Ничего удивительного, ведь мы в большей степени ориентируемся на массового покупателя, чем на системных администраторов и поставщиков серверного оборудования. Между тем проводить тесты серверных HDD даже важнее, чем тесты десктопных, - по нескольким причинам. Во-первых, из-за более высокой стоимости накопителей и более высокой чувствительности серверных задач к производительности. После массового распространения твердотельных накопителей различия между десктопными дисками перестали иметь большое значение, а в сервере замена HDD на SSD еще далеко не всегда целесообразна. Следующее обстоятельство вытекает из первого: HDD для десктопа или домашнего NAS вполне можно выбирать по базовым техническим характеристикам (объем, скорость вращения шпинделя, емкость пластин). В случае с серверным HDD многое зависит от оптимизации микропрограммы, которая проявляет себя в сложной нагрузке и, соответственно, требует специальных тестов, чтобы уловить эти особенности. Наконец, при больших масштабах вступает в игру такой параметр, как отношение производительности к энергопотреблению накопителя.

За последние несколько лет выбор жестких дисков корпоративного назначения, определенно, стал проще. Перестали производиться модели с интерфейсами Fibre Channel и SCSI. Накопители разделились на два класса: модели в форм-факторе 3,5 дюйма ограничиваются скоростью вращения 7200 об/мин, обладают интерфейсом SAS или SATA - на выбор и предназначены для хранения «холодных» данных (nearline storage). Диски со скоростью 10 000-15 000 об/мин пользуются интерфейсом SAS и в большинстве своем перешли в форм-фактор 2,5 дюйма (SFF - Small Form Factor), который позволяет увеличить количество шпинделей на юнит в стойке. Только у HGST еще остались накопители класса 15К в форм-факторе 3,5 дюйма и с портами Fibre Channel.

Nearline-дискам в конфигурации SATA мы уже постоянно уделяем внимание, а вот тест SAS/SCSI-накопителей впервые публикуется на 3DNews.

⇡ Участники тестирования

В сравнении приняли участие следующие устройства:

• HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200);
• HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200);
• Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006);
• Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0017);
• Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 Гбайт (ST600MP0035);
• Toshiba AL13SEB 900 Гбайт (AL13SEB900);
• Toshiba AL13SXB 600 Гбайт (AL13SXB600N);
• WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ).

В противоположность жесктим дискам для настольных ПК и NAS, SAS-накопители не так сильно отличаются друг от друга. Все участники:

а) выпускаются в форм-факторе 2,5 дюйма с толщиной 15 мм;

б) обладают двумя портами SAS для повышения отказоустойчивости;

в) подготовлены для работы в режиме 24/7 в условиях телекоммуникационной стойки;

г) позволяют пользователю конфигурировать размер сектора для записи дополнительных метаданных;

д) характеризуются одинаковыми показателями надежности (MTBF, число циклов парковки головок);

е) продаются с пятилетней гарантией производителя.

Для тестирования были выбраны модели максимального объема в соответствующих линейках. Представлена продукция всех компаний, которые сегодня выпускают HDD, за одним исключением. Мы исчерпали все возможности получить на тест диск WD Xe (кроме как просто купить его за немалые деньги), а недавно эта марка и вовсе пропала с корпоративного сайта Western Digital - видимо, снимается с производства. В итоге из всех дисков со скоростью вращения шпинделя 10-15 тыс. об/мин у WD остался только VelociRaptor - по сути, производная от WD Xe, но с интерфейсом SATA. Чтобы WD хоть как-то была представлена в обзоре, мы включили VelociRaptor в число участников. Конечно, 100-процентной заменой SAS-накопителям его считать нельзя, однако масса серверов работает на SATA-накопителях, так что и VelociRaptor можно пустить в дело. Кроме того, если посмотреть с другой стороны, любой из дисков для SAS можно использовать в рабочей станции с соответствующим HBA (Host Bus Adapter) вместо VelociRaptor, что также оправдывает участие этого диска в сегодняшнем тесте.

⇡ Описание участников тестирования

HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт (HUC101818CS4200)

Это самый емкий диск в новейшей линейке десятитысячников HGST. Серия Ultrastar C10K1800 примечательна в нескольких отношениях. В моделях, наименование которых заканчивается на S420x, благодаря высокой плотности записи с применением форматирования секторами по 4 Кбайт (нативным или с эмуляцией 512-байтовых секторов) достигнута емкость 450 Гбайт на пластину. Поэтому диск вмещает до 1,8 Тбайт, а скорость последовательного чтения/записи вышла на уровень HDD класса 15 тыс. об/мин.

Остальная часть линейки состоит из дисков с разметкой по 512-528 байт, обладающих менее выдающимся быстродействием и объемом вплоть до 1,2 Тбайт.

Все модели в линейке C10K1800 имеют так называемый media cache. В нескольких местах на поверхности пластин выделены области, служащие энергонезависмым кешем. Вместо того чтобы нести данные к запрошенному сектору, записывающая головка диска сбрасывает их в ближайшую кеширующую область, а в простое диска они перемещаются на нужное место.

Между прочим, это самый дорогой диск в тесте, просто фантастически дорогой - в среднем 161 тыс. рублей в московских интернет-магазинах. А в Америке, кстати, намного дешевле - $800 на newegg.com .

HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт (HUC156060CSS200)

Единственная линейка 2,5-дюймовых дисков со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин в ассортименте HGST. Диски Ultrastar C15K600 одновременно обладают предельной на текущий момент скоростью последовательного чтения/записи и низкой латентностью. Физическое форматирование пластин выполняется секторами по 512-528 либо 4096-4224 байт (с нативным доступом или эмуляцией 512 байт). В тестировании участвует самая емкая модель в линейке - 600 Гбайт с секторами по 4 Кбайт.

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006)

Это довольно-таки старые диски - позапрошлого поколения по сравнению с актуальной линейкой Enterprise Performance 10K от Seagate. Поэтому производительность Savvio 10K.6 уже не передовая в данном классе. Форматирование пластин выполнено секторами по 512-528 байт. Впрочем, эти диски все еще есть в продаже, имеют неплохой объем (вплоть до 900 Гбайт) и относительно недороги.

Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0017)

Эта серия тоже успела формально устареть к моменту выхода теста, уступив место Enterprise Performance 10K HDD v8. От Savvio 10K.6 данные диски отличаются только повышенным до 1,2 Тбайт объемом, но это достигнуто путем увеличения числа пластин, а не плотности записи, поэтому в отношении заявленной производительности с предыдущим поколением разницы нет. Участвующая в тестировании модель ST1200MM0017 обладает встроенным шифрованием.

Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 Гбайт (ST600MP0035)

Это актуальная линейка дисков Seagate со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин. Диски обладают разметкой секторов по 512-528 либо 4096-4224 байт (нативно или с эмуляцией 512 байт). Протестирован максимальный по объему (600 Гбайт) накопитель с 4-килобайтными секторами.

Toshiba AL13SEB 900 Гбайт (AL13SEB900)

По основным характеристикам это аналог Seagate Savvio 10K.6: 10 000 об/мин, объем вплоть до 900 Гбайт, форматирование секторами 512-528 байт. В этой серии Toshiba не предлагает дисков с встроенным шифрованием.

Toshiba AL13SXB 600 Гбайт (AL13SXB600N)

В этой серии дисков со скоростью вращения шпинделя 15 000 об/мин модели с наименованиям вида AL13SXB**0N отформатированы с размером сектора 512-528 байт. Старшую из них мы взяли на тестирование. Модели с наименованиями вида AL13SXB**E* пользуются 4-килобайтными секторами, а кроме того, поддерживают интерфейс SAS 12 Гбит/с. Встроенное шифрование во всей серии AL13SXB отсутствует.

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000CHTZ/WD1000DHTZ)

По физическим данным VelociRaptor мало отличается от своего прообраза - WD Xe: те же 10 000 об/мин и практически такая же линейная производительность. VelociRaptor пользуется разметкой с Advanced Format (секторы по 4 Кбайт), а доступный пользователю объем выше, чем у аналогичных WD Xe (1 Тбайт в случае старшей модели).

Поскольку это диск с интерфейсом SATA, функционально он не является полным аналогом SAS-накопителей. В частности, о двухпортовом подключении, конфигурации размера сектора и встроенном шифровании можно забыть. Кроме того, SAS-диски обычно делают более надежными, что заметно при сравнении их показателя заявленного MTBF с оным у VelociRaptor. И все же с позиции производительности этот диск можно рассматривать как серверный десятитысячник для бедных. Существуют разновидности «ящера» с радиатором-переходником на форм-фактор 3,5 дюйма (DHTZ), равно как «голые» варианты размером 2,5 дюйма (СHTZ).

⇡ Методика тестирования

Изолированные тесты производительности

Выполняются с помощью Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт.

1. Последовательное чтение/запись данных блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256.
2. Произвольное чтение/запись блоков от 512 байт до 2 Мбайт с глубиной очереди запросов 256.
3. Смешанное чтение/запись блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Доля операций чтения и записи варьирует от 0 до 100% с шагом 10%.
4. Зависимость пропускной способности от длины очереди команд. Выполняется чтение блоков размером 4 Кбайт, глубина очереди запросов варьирует от 1 до 256 с шагом степени двойки. Аналогичный тест на запись блоков не проводится, т.к. по этому параметру жесткие диски не различаются.
5. Устоявшееся время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 512 байт с глубиной очереди запросов 1. Тест продолжается в течение 10 мин.
6. Постоянство времени отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Для каждого отрезка теста продолжительностью 1 с записывается среднее и максимальное значение времени отклика, на основании которых вычисляются: а) средние значения обоих показателей; б) стандартное отклонение среднего времени отклика.
7. Многопоточное чтение/запись. Создаются четыре потока, выполняющие последовательное чтение/запись блоков размером 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Потоки имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом 100 Гбайт, которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная пропускная способность всех потоков, а также каждого из них в отдельности.

Тесты с эмулированной нагрузкой

Выполняются в Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт. Глубина очереди команд - 256.

Тестовый стенд

Накопители подключались к адаптеру LSI SAS 9211-8i , за который мы выражаем благодарностью российскому представительству компании LSI.

⇡ Производительность, основные тесты

Последовательное чтение/запись

• Диски со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об/мин правят бал в тесте последовательного чтения/записи. Впрочем, в этой группе есть свой лидер — Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5.
• Ultrastar C10K1800 за счет высокой плотности записи не уступает накопителям категории 15К.
• А вот представленные десятитысячники мало различаются по скорости линейного доступа.

Произвольное чтение

• 15-тысячники и в этой дисциплине доминируют над своими низкооборотными собратьями.
• Разброс показателей внутри категорий HDD с одинаковой скоростью вращения шпинделя невелик. Можно выделить только HGST Ultrastar C15K600 как формального лидера в своей группе и VelociRaptor, явно уступающий аналогам.

Произвольная запись

Результаты теста на произвольную запись оказались менее предсказуемыми, нежели в предшествующем тесте, поскольку определяются не только механикой HDD, но и характером использования буфера.

• Колоссальное быстродействие, совершенно недостижимое для конкурирующих устройств, продемонстрировал HGST Ultrastar C15K600.
• Два оставшихся 15-тысячника также имеют большое преимущество перед HDD с меньшей скоростью вращения шпинделя.
• Сами 10-тысячники составляют гомогенную группу, за исключением Ultrastar C10K1800. Он выходит далеко за рамки своего класса и уступает лишь диску C15K600 того же производителя. Вот он, хваленый media cache, в действии!

Устоявшееся время отклика

• Несмотря на то, что нагрузка продолжается в течение 10 минут, она не может полностью забить буфер на некоторых дисках, поэтому результаты для записи данных не отражают то, на что направлен этот тест, - латентность механики накопителя.
• Напротив, при чтении с длиной очереди в одну команду буфер — не помощник. В результате соперники выстроились в соответствии со скоростью вращения шпинделя (чем она выше, тем меньше время отклика). Существенной разницы между устройствами одной категории не обнаружено.

⇡ Производительность, расширенный анализ

Смешанное чтение/запись

• Диски категории 15К по-прежнему на высоте, за исключением Ultrastar C15K600, который особенно сильно просел при смешанной нагрузке.
• Ultrastar C10K1800 в очередной раз выделился среди своих аналогов. Из других десятитысячников отметим Toshiba AL13SEB. Все они примерно одинаковы при 100-процентном чтении или записи, но AL13SEB сохраняет наибольшую производительность при смешанной нагрузке.

Зависимость пропускной способности от длины очереди команд

• Все диски способны извлечь выгоду из длинной очереди команд и достигают пиковой пропускной способности при 64 командах. Только VelociRaptor довольствуется очередью в 32 команды.

Многопоточное чтение

• Большинство участников теста равномерно распределяют ресурсы между четырьмя потоками. Что, впрочем, приводит к низкой совокупной производительности.
• Toshiba AL13SEB и WD VelociRaptor, напротив, при многопоточном чтении жертвуют одним из потоков, за счет чего возрастает скорость передачи данных в остальных и общая пропускная способность.

Многопоточная запись

• При записи в четыре потока ни один из дисков не хитрит: производительность равномерно распределяется между всеми потоками.
• Как видим, от механики диска в этом тесте зависит не так уж много. 15-тысячники от Seagate и Toshiba заняли первые места, а вот Ultrastar 15K600 — явный аутсайдер.

Постоянство времени отклика

• При чтении данных все накопители характеризуются существенной разницей между средним и максимальным временем отклика. Лишь VelociRaptor выделяется в лучшую сторону, обладая более выгодным соотношением среднего и максимального времени отклика.
• При записи пиковые значения времени отклика сглажены буфером и мало отличаются от средних.

• Участники теста больше всего различаются по разбросу времени доступа при записи. Наиболее консистентной производительностью обладает Ultrastar C10K1800. У Toshiba AL13SEB900, напротив, стандартное отклонение времени доступа резко повышено.

Среди серверных десятитысячников диски не так сильно отличаются друг от друга, но формально — лучших показателей добился Seagate Savvio 10K.6. VelociRaptor, напротив, всегда плетется в хвосте.

Большинство десятитысячников в основных аспектах похожи друг на друга, но стоит выделить HGST Ultrastar C10K1800 (HUC101818CS4200), который уступает более оборотистым коллегам класса 15К только в скорости произвольного чтения и при этом имеет рекордный объем — 1,8 Тбайт. Впрочем, на результатах тестов с эмулированными приложениями эти достоинства никак не отразились.

Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт (ST900MP0006) и Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт (ST1200MM0007) обладают стабильно высокой производительностью без сюрпризов. Чуть хуже прочих десятитысячников с тестами справился Toshiba AL13SEB900.

WD VelociRaptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ) можно рассматривать как высокопроизводительный HDD «для бедных», если протокол SAS не является обязательным пунктом в техзадании. По своим характеристикам это типичный диск класса 10К, только в сравнении с истинными серверными накопителями скорость произвольного чтения оставляет желать много лучшего, что проявилось и в «эмуляторах».

Жесткий диск для сервера, особенности выбора

Жесткий диск - это самый ценный компонент в любом компьютере. Ведь на нем хранится информация, с которой работает компьютер и пользователь, в том случае, если речь идет о персональном компьютере. Человек, каждый раз садясь за компьютер, рассчитывает на то, что сейчас пробежит экран загрузки операционной системы, и он приступит к работе со своими данными, которые выдаст «на гора» из своих недр винчестер. Если же речь идет о жестком диске, или даже об их массиве в составе сервера, то таких пользователей, которые рассчитывают получить доступ к личным, или же рабочим данным, - десятки, сотни и тысячи. И вся их спокойная работа или же отдых и развлечения зависит от этих устройств, которые постоянно хранят в себе данные. Уже из этого сравнения видно, что запросы к жестким дискам домашнего и промышленного класса предъявляются неравнозначные - в первом случае с ним работает один пользователь, во втором - тысячи. Получается, что второй жесткий диск должен быть надежнее, быстрее, устойчивей первого во много раз, ведь с ним работают, на него надеются множество пользователей. В этой статье будут рассмотрены типы используемых в корпоративном секторе жестких дисков и особенности их конструкции, позволяющие добиться высочайшей надежности и производительности.

SAS и SATA диски - такие похожие и такие разные

До недавнего времени, стандарты жестких дисков промышленного класса и бытового, различались значительно, и были несовместимы - SCSI и IDE, в настоящее время ситуация изменилась - на рынке в подавляющем большинстве находятся жесткие диски стандарта SATA и SAS (Serial Attached SCSI). Разъем SAS является универсальным и по форм-фактору и совместим с SATA. Это позволяет напрямую подключать к системе SAS как высокоскоростные, но при этом небольшой емкости, (на момент написания статьи - до 300 Гб) накопители SAS, так и менее скоростные, но в разы более емкие, накопители SATA (на момент написания статьи до 2 Тб). Таким образом, в одной дисковой подсистеме можно объединить жизненно важные приложения, требующих высокой производительности и оперативного доступа к данным, и более экономичные приложения с более низкой стоимостью в пересчете на гигабайт.

Подобная конструктивная совместимость выгодна как производителям задних панелей, так и конечным пользователям, ведь при этом снижаются затраты на оборудование и проектирование.

То есть, к разьемам SAS можно подключить как SAS устройства, так и SATA, а к разъемам SATA подключаются лишь SATA устройства.

SAS и SATA - высокая скорость и большая емкость. Что выбрать?

SAS-диски, пришедшие на смену дискам SCSI полностью унаследовали их основные характеризующие винчестер свойства: скорость вращения шпинделя (15000 rpm) и стандарты объема (36,74,147 и 300 Гб). Тем не менее, сама технология SAS значительно отличается от SCSI. Коротко рассмотрим основные отличия и особенности:Интерфейс SAS использует соединение «точка-точка» — каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом, в отличие от него, SCSI работает по общей шине.

SAS поддерживает большое количество устройств (> 16384), в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине.

SAS интерфейс поддерживает скорость передачи данных между устройствами на скоростях 1,5; 3; 6 Гб/с, в то время как у интерфейса SCSI скорость шины не выделена на каждое устройство, а делится между ними.

SAS поддерживает подключение более медленных устройств с интерфейсом SATA.

SAS конфигурации значительно легче в монтаже, установке. Такая система проще масштабируется. Кроме того, SAS винчестеры унаследовали надежность жестких дисков SCSI.

При выборе дисковой подсистемы - SAS или SATA нужно руководствоваться тем, какие функции будут выполняться сервером или рабочей станцией. Для этого нужно определиться со следующими вопросами:

1. Какое количество одновременных разноплановых запросов будет обрабатывать диск? Если большое - Ваш однозначный выбор - диски SAS. Так же, если Ваша система будет обслуживать большое количество пользователей - выбирайте SAS.

2. Какое количество информации будет храниться на дисковой подсистеме Вашего сервера или рабочей станции? Если более 1-1,5 Тб - стоит обратить внимание на систему на базе SATA винчестеров.

3. Каков бюджет, выделяемый на покупку сервера или рабочей станции? Следует помнить, что помимо SAS дисков потребуется SAS контроллер, который тоже нужно учитывать.

4. Планируете ли вы, в последствие, рост объема данных, рост производительности или усиление отказоустойчивости системы? Если да, то Вам понадобиться дисковая подсистема на базе SAS, она проще масштабируется и более надежна.

5. Ваш сервер будет работать с критически важными данными и приложениями - Ваш выбор - SAS диски, рассчитанные на тяжелые условия эксплуатации.

Надежная дисковая подсистема, это не только качественные жесткие диски именитого производителя, но и внешний дисковый контроллер. О них пойдет речь в одной из следующих статей. Рассмотрим диски SATA, какие разновидности этих дисков бывают и какие следует использовать при построении серверных систем.

SATA диски: бытовой и промышленный сектор

SATA диски, используемые повсеместно, от бытовой электроники и домашних компьютеров до высокопроизводительных рабочих станций и серверов, различаются на подвиды, есть диски для использования в бытовой технике, с низким тепловыделением, энергопотреблением, и как следствие, заниженной производительностью, есть диски - среднего класса, для домашних компьютеров, и есть диски для высокопроизводительных систем. В этой статье мы рассмотрим класс винчестеров для производительных систем и серверов.

Эксплуатационные характеристики

В таблице представлены характеристики жестких дисков одного из ведущих производителей, в одной колонке приведены данные SATA винчестера серверного класса, в другой обычного SATA винчестера.

Из таблицы мы видим, что диски различаются не только по характеристикам быстродействия, но и по характеристикам эксплуатационным, которые напрямую влияют на продолжительность жизни и успешной работы винчестера. Следует обратить внимание на то, что внешне эти жесткие диски отличаются малозначительно. Рассмотрим, какие технологии и особенности позволяют это сделать:

Усиленный вал (шпиндель) жесткого диска, у некоторых производителей закрепляется с двух концов, что уменьшает влияние внешней вибрации и способствует точному позиционированию блока головок во время операций чтения и записи.

Применение специальных интеллектуальных технологий, позволяющих учитывать как линейную так и угловую вибрацию, что уменьшает время позиционирования головок и увеличивает производительность дисков до 60%

Функция устранения ошибок по времени работы в RAID массивах - предотвращает выпадение жестких дисков из RAID, что является характерной особенностью обычных жестких дисков.

Корректировка высоты полета головок в совокупности с технологией предотвращения соприкосновения с поверхностью пластин, что приводит к значительному увеличению срока жизни диска.

Широкий спектр функций самодиагностики, позволяющих заранее предсказать тот момент, когда жесткий диск выйдет из строя, и предупредить об этом пользователя, что позволяет успеть сохранить информацию на резервный накопитель.

Функции, позволяющие снизить показатель невосстановимых ошибок чтения, что увеличивает надежность серверного жесткого диска, по сравнению с обычными жесткими дисками.

Говоря о практической стороне вопроса, можно уверенно утверждать, что специализированные жесткие диски в серверах «ведут себя» намного лучше. В техническую службу происходит в разы меньше обращений по нестабильности работы RAID массивов и отказам жестких дисков. Поддержка производителем серверного сегмента винчестеров происходит намного оперативнее, чем обычных жестких дисков, в связи с тем, что приоритетным направлением работы любого производителя систем хранения данных является промышленный сектор. Ведь именно в нем находят применение самые передовые технологии, стоящие на страже Вашей информации.

Аналог SAS дисков:

Жесткие диски от компании Western Digital VelociRaptor. Эти накопители со скоростью вращения дисков 10 тыс. об/мин, оснащаемые интерфейсом SATA 6 Гб/с и 64 МБ кэш-памяти. Время наработки этих накопителей на отказ составляет 1,4 миллиона часов.
Более подробно на сайте производителя www.wd.com

Заказать сборку сервера на базе SAS или аналогом SAS жеских дисков Вы можете в нашей компании "Статус" в Санкт-Петербурге, также, купить или заказать SAS жеские диски в Санкт-Петербурге Вы можете:

• звоните по телефону +7-812-385-55-66 в Санкт-Петербурге
• пишите на адрес
• оставляйте заявку у нас на сайте на странице "Онлайн заявка"

В этой статье речь пойдет о том, что позволяет подключить жесткий диск к компьютеру, а именно, об интерфейсе жесткого диска. Точнее говорить, об интерфейсах жестких дисков, потому что технологий для подключения этих устройств за все время их существования было изобретено великое множество, и обилие стандартов в данной области может привести в замешательство неискушенного пользователя. Впрочем, обо все по порядку.

Интерфейсы жестких дисков (или строго говоря, интерфейсы внешних накопителей, поскольку в их качестве могут выступать не только , но и другие типы накопителей, например, приводы для оптических дисков) предназначены для обмена информацией между этими устройствами внешней памяти и материнской платой. Интерфейсы жестких дисков, не в меньшей степени, чем физические параметры накопителей, влияют на многие рабочие характеристики накопителей и на их производительность. В частности, интерфейсы накопителей определяют такие их параметры, как скорость обмена данными между жестким диском и материнской платой, количество устройств, которые можно подключить к компьютеру, возможность создания дисковых массивов, возможность горячего подключения, поддержка технологий NCQ и AHCI, и.т.д. Также от интерфейса жесткого диска зависит, какой кабель, шнур или переходник для его подключения к материнской плате вам потребуется.

SCSI - Small Computer System Interface

Интерфейс SCSI является одним из самых старых интерфейсов, разработанных для подключения накопителей в персональных компьютерах. Появился данный стандарт еще в начале 1980-х гг. Одним из его разработчиков был Алан Шугарт, также известный, как изобретатель дисководов для гибких дисков.

Внешний вид интерфейса SCSI на плате и кабеля подключения к нему

Стандарт SCSI (традиционно данная аббревиатура читается в русской транскрипции как «скази») первоначально предназначался для использования в персональных компьютерах, о чем свидетельствует даже само название формата – Small Computer System Interface, или системный интерфейс для небольших компьютеров. Однако так получилось, что накопители данного типа применялись в основном в персональных компьютерах топ-класса, а впоследствии и в серверах. Связано это было с тем, что, несмотря на удачную архитектуру и широкий набор команд, техническая реализация интерфейса была довольно сложна, и не подходила по стоимости для массовых ПК.

Тем не менее, данный стандарт обладал рядом возможностей, недоступных для прочих типов интерфейсов. Например, шнур для подключения устройств Small Computer System Interface может иметь максимальную длину в 12 м, а скорость передачи данных – 640 МБ/c.

Как и появившийся несколько позже интерфейс IDE, интерфейс SCSI является параллельным. Это означает, что в интерфейсе применяются шины, передающие информацию по нескольким проводникам. Данная особенность являлась одним из сдерживающих факторов для развития стандарта, и поэтому в качестве его замены был разработан более совершенный, последовательный стандарт SAS (от Serial Attached SCSI).

SAS - Serial Attached SCSI

Так выглядит интерфейс SAS серверного диска

Serial Attached SCSI разрабатывался в усовершенствования достаточно старого интерфейса подключения жестких дисков Small Computers System Interface. Несмотря на то, что Serial Attached SCSI использует основные достоинства своего предшественника, тем не менее, у него есть немало преимуществ. Среди них стоит отметить следующие:

• Использование общей шины всеми устройствами.
• Последовательный протокол передачи данных, используемый SAS, позволяет задействовать меньшее количество сигнальных линий.
• Отсутствует необходимость в терминации шины.
• Практически неограниченное число подключаемых устройств.
• Более высокая пропускная способность (до 12 Гбит/c). В будущих реализациях протокола SAS предполагается поддерживать скорость обмена данными до 24 Гбит/c.
• Возможность подключения к контроллеру SAS накопителей с интерфейсом Serial ATA.

Как правило, системы Serial Attached SCSI строятся на основе нескольких компонентов. В число основных компонентов входят:

• Целевые устройства. В эту категорию включают собственно накопители или дисковые массивы.
• Инициаторы – микросхемы, предназначенные для генерации запросов к целевым устройствам.
• Система доставки данных – кабели, соединяющие целевые устройства и инициаторы

Разъемы Serial Attached SCSI могут иметь различную форму и размер, в зависимости от типа (внешний или внутренний) и от версий SAS. Ниже представлены внутренний разъем SFF-8482 и внешний разъем SFF-8644, разработанный для SAS-3:

Слева - внутренний разъём SAS SFF-8482; Справа - внешний разъём SAS SFF-8644 с кабелем.

Несколько примеров внешнего вида шнуров и переходников SAS: шнур HD-Mini SAS и шнур-переходник SAS-Serial ATA.

Слева - шнур HD Mini SAS; Справа - переходной шнур с SAS на Serial ATA

Firewire - IEEE 1394

Сегодня достаточно часто можно встретить жесткие диски с интерфейсом Firewire. Хотя через интерфейс Firewire к компьютеру можно подключить любые типы периферийных устройств, и его нельзя назвать специализированным интерфейсом, предназначенным для подключения исключительно жестких дисков, тем не менее, Firewire имеет ряд особенностей, которые делают его чрезвычайно удобным для этой цели.

FireWire - IEEE 1394 - вид на ноутбуке

Интерфейс Firewire был разработан в середине 1990-х гг. Начало разработке положила небезызвестная фирма Apple, нуждавшаяся в собственной, отличной от USB, шине для подключения периферийного оборудования, прежде всего мультимедийного. Спецификация, описывающая работу шины Firewire, получила название IEEE 1394.

На сегодняшний день Firewire представляет собой один из наиболее часто используемых форматов высокоскоростной последовательной внешней шины. К основным особенностям стандарта можно отнести:

• Возможность горячего подключения устройств.
• Открытая архитектура шины.
• Гибкая топология подключения устройств.
• Меняющаяся в широких пределах скорость передачи данных – от 100 до 3200 Мбит/c.
• Возможность передачи данных между устройствами без участия компьютера.
• Возможность организации локальных сетей при помощи шины.
• Передача питания по шине.
• Большое количество подключаемых устройств (до 63).

Для подключения винчестеров (обычно посредством внешних корпусов для жестких дисков) через шину Firewire, как правило, используется специальный стандарт SBP-2, использующий набор команд протокола Small Computers System Interface. Существует возможность подключения устройств Firewire к обычному разъему USB, но для этого требуется специальный переходник.

IDE - Integrated Drive Electronics

Аббревиатура IDE, несомненно, известна большинству пользователей персональных компьютеров. Стандарт интерфейса для подключения жестких дисков IDE был разработан известной фирмой, производящей жесткие диски – Western Digital. Преимуществом IDE по сравнению с другими существовавшими в то время интерфейсами, в частности, интерфейсом Small Computers System Interface, а также стандартом ST-506, было отсутствие необходимости устанавливать контроллер жесткого диска на материнскую плату. Стандарт IDE подразумевал установку контроллера привода на корпус самого накопителя, а на материнской плате оставался лишь хост-адаптер интерфейса для подключения приводов IDE.

Интерфейс IDE на материнской плате

Данное нововведение позволило улучшить параметры работы накопителя IDE благодаря тому, что сократилось расстояние между контроллером и самим накопителем. Кроме того, установка контроллера IDE внутрь корпуса жесткого диска позволила несколько упростить как материнские платы, так и производство самих винчестеров, поскольку технология давала свободу производителям в плане оптимальной организации логики работы накопителя.

Новая технология первоначально получила название Integrated Drive Electronics (Встроенная в накопитель электроника). Впоследствии был разработан описывающий ее стандарт, названный ATA. Это название происходит от последней части названия семейства компьютеров PC/AT посредством добавления слова Attachment.

Для подключения жесткого диска или другого устройства, например, накопителя для оптических дисков, поддерживающего технологию Integrated Drive Electronics, к материнской плате, используется специальный кабель IDE. Поскольку ATA относится к параллельным интерфейсам (поэтому его также называют Parallel ATA или PATA), то есть, интерфейсам, предусматривающим одновременную передачу данных по нескольким линиям, то его кабель данных имеет большое количество проводников (обычно 40, а в последних версиях протокола имелась возможность использовать 80-жильный кабель). Обычный кабель данных для данного стандарта имеет плоский и широкий вид, но встречаются и кабели круглого сечения. Кабель питания для накопителей Parallel ATA имеет 4-контактный разъем и подсоединен к блоку питания компьютера.

Ниже приведены примеры кабеля IDE и круглого шнура данных PATA:

Внешний вид интерфейсного кабеля: cлева - плоский, справа в круглой оплетке - PATA или IDE.

Благодаря сравнительной дешевизне накопителей Parallel ATA, простоте реализации интерфейса на материнской плате, а также простоте установки и конфигурации устройств PATA для пользователя, накопители типа Integrated Drive Electronics на длительное время вытеснили с рынка винчестеров для персональных компьютеров бюджетного уровня устройства других типов интерфейса.

Однако стандарт PATA имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ограничение по длине, которую может иметь кабель данных Parallel ATA – не более 0,5 м. Кроме того, параллельная организация интерфейса накладывает ряд ограничений на максимальную скорость передачи данных. Не поддерживает стандарт PATA и многие расширенные возможности, которые имеются у других типов интерфейсов, например, горячее подключение устройств.

SATA - Serial ATA

Вид интерфейса SATA на материнской плате

Интерфейс SATA (Serial ATA), как можно догадаться из названия, является усовершенствованием ATA. Заключается это усовершенствование, прежде всего, в переделке традиционного параллельного ATA (Parallel ATA) в последовательный интерфейс. Однако этим отличия стандарта Serial ATA от традиционного не ограничиваются. Помимо изменения типа передачи данных с параллельного на последовательный, изменились также разъемы для передачи данных и электропитания.

Ниже приведен шнур данных SATA:

Шнур передачи данных для SATA интерфейса

Это позволило использовать шнур значительно большей длины и увеличить скорость передачи данных. Однако минусом стало то обстоятельство, что устройства PATA, которые до появления SATA присутствовали на рынке в огромных количествах, стало невозможно напрямую подключить в новые разъемы. Правда, большинство новых материнских плат все же имеют старые разъемы и поддерживают подключение старых устройств. Однако обратная операция – подключение накопителя нового типа к старой материнской плате обычно вызывает куда больше проблем. Для этой операции пользователю обычно требуется переходник Serial ATA to PATA. Переходник для кабеля питания обычно имеет сравнительно простую конструкцию.

Переходник питания Serial ATA to PATA:

Слева общий вид кабеля; Cправа укрупнено внешний вид коннекторов PATA и Serial ATA

Сложнее, однако, дело обстоит с таким устройством, как переходник для подключения устройства последовательного интерфейса в разъем для параллельного интерфейса. Обычно переходник такого типа выполнен в виде небольшой микросхемы.

Внешний вид универсального двунаправленного переходника между интерфейсами SATA - IDE

В настоящее время интерфейс Serial ATA практически вытеснил Parallel ATA, и накопители PATA можно встретить теперь в основном лишь в достаточно старых компьютерах. Еще одной особенностью нового стандарта, обеспечившей его широкую популярность, стала поддержка .

Вид переходника с IDE на SATA

О технологии NCQ можно рассказать чуть подробнее. Основное преимущество NCQ состоит в том, что она позволяет использовать идеи, которые давно были реализованы в протоколе SCSI. В частности, NCQ поддерживает систему упорядочивания операций чтения/записи, поступающих к нескольким накопителям, установленным в системе. Таким образом, NCQ способна значительно повысить производительность работы накопителей, в особенности массивов жестких дисков.

Вид переходника с SATA на IDE

Для использования NCQ необходима поддержка технологии со стороны жесткого диска, а также хост-адаптера материнской платы. Практически все адаптеры, поддерживающие AHCI, поддерживают и NCQ. Кроме того, NCQ поддерживают и некоторые старые проприетарные адаптеры. Также для работы NCQ требуется ее поддержка со стороны операционной системы.

eSATA - External SATA

Отдельно стоит упомянуть о казавшемся многообещающим в свое время, но так и не получившем широкого распространения формате eSATA (External SATA). Как можно догадаться из названия, eSATA представляет собой разновидность Serial ATA, предназначенную для подключения исключительно внешних накопителей. Стандарт eSATA предлагает для внешних устройств большую часть возможностей стандартного, т.е. внутреннего Serial ATA, в частности, одинаковую систему сигналов и команд и столь же высокую скорость.

Разъем eSATA на ноутбуке

Тем не менее, у eSATA есть и некоторые отличия от породившего его стандарта внутренней шины. В частности, eSATA поддерживает более длинный кабель данных (до 2 м), а также имеет более высокие требования к питанию накопителей. Кроме того, разъемы eSATA несколько отличаются от стандартных разъемов Serial ATA.

По сравнению с другими внешними шинами, такими, как USB и Firewire, eSATA, однако, имеет один существенный недостаток. Если эти шины позволяют осуществлять электропитание устройства через сам кабель шины, то накопитель eSATA требует специальные разъемы для питания. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую скорость передачи данных, eSATA в настоящее время не пользуется большой популярностью в качестве интерфейса для подключения внешних накопителей.

Заключение

Информация, хранящаяся на жестком диске, не может стать полезной для пользователя и доступной для прикладных программ до тех пор, пока к ней не получит доступ центральный процессор компьютера. Интерфейсы жестких дисков представляют собой средство для связи между этими накопителями и материнской платой. На сегодняшний день существует немало различных типов интерфейсов жестких дисков, каждый из которых имеет свои достоинства, недостатки и характерные особенности. Надеемся, что приведенная в данной статье информация во многом окажется полезной для читателя, ведь выбор современного жесткого диска во многом определяются не только его внутренними характеристиками, такими, как емкость, объем кэш-памяти, скорость доступа и вращения, но и тем интерфейсом, для которого он был разработан.

Интерфейс SAS.

Интерфейс SAS или Serial Attached SCSI обеспечивает подключение по физическому интерфейсу, аналогичному SATA , устройств, управляемых набором команд SCSI . Обладая обратной совместимостью с SATA , он даёт возможность подключать по этому интерфейсу любые устройства, управляемые набором команд SCSI - не только жёсткие диски, но и сканеры, принтеры и др. По сравнению с SATA, SAS обеспечивает более развитую топологию, позволяя осуществлять параллельное подключение одного устройства по двум или более каналам. Также поддерживаются расширители шины, позволяющие подключить несколько SAS устройств к одному порту.

Протокол SAS разработан и поддерживается комитетом T10. SAS был разработан для обмена данными с такими устройствами, как жёсткие диски, накопители на оптических дисках и им подобные. SAS использует последовательный интерфейс для работы с непосредственно подключаемыми накопителями, совместим с интерфейсом SATA. Хотя SAS использует последовательный интерфейс в отличие от параллельного интерфейса, используемого традиционным SCSI, для управления SAS-устройствами по-прежнему используются команды SCSI. Команды (рис. 1), посылаемые в устройство SCSI представляют собой последовательность байт определенной структуры (блоки дескрипторов команд).

Рис. 1.

Некоторые команды сопровождаются дополнительно "блоком параметров", который следует за блоком дескриптора команды, но передается уже как "данные".

Типичная система с интерфейсом SAS состоит из следующих компонентов:

1) Инициаторы. Инициатор - это устройство, которое порождает запросы на обслуживание для целевых устройств и получает подтверждения по мере исполнения запросов.

2) Целевые устройства . Целевое устройство содержит логические блоки и целевые порты, которые осуществляют приём запросов на обслуживание, исполняет их; после того, как закончена обработка запроса, инициатору запроса отсылается подтверждение выполнения запроса. Целевое устройство может быть как отдельным жёстким диском, так и целым дисковым массивом.

3) Подсистема доставки данных . Является частью системы ввода-вывода, которая осуществляет передачу данных между инициаторами и целевыми устройствами. Обычно подсистема доставки данных состоит из кабелей, которые соединяют инициатор и целевое устройство. Дополнительно, кроме кабелей в состав подсистемы доставки данных могут входить расширители SAS.

3.1) Расширители. Расширители SAS - устройства, входящие в состав подсистемы доставки данных и позволяют облегчить передачи данных между устройствами SAS, например, позволяет соединить несколько целевых устройств SAS к одному порту инициатора. Подключение через расширитель является абсолютно прозрачным для целевых устройств.

SAS поддерживает подключение устройств с интерфейсом SATA. SAS использует последовательный протокол передачи данных между несколькими устройствами, и, таким образом, использует меньшее количество сигнальных линий. SAS использует команды SCSI для управления и обмена данными с целевыми устройствами. Интерфейс SAS использует соединения точка-точка - каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом. В отличии от SCSI, SAS не нуждается в терминации шины пользователем. Интерфейс SCSI использует общую шину - все устройства подключены к одной шине, и с контроллером одновременно может работать только одно устройство. В SCSI скорость передачи информации по разным линиям, составляющим параллельный интерфейс, может отличаться. Интерфейс SAS лишён этого недостатка. SAS поддерживает очень большое количество устройств, в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине. SAS поддерживает высокие скорости передачи данных (1,5, 3,0 или 6,0 Гбит/с). Такая скорость может быть достигнута при передаче информации на каждом соединении, в то время как на шине SCSI пропускная способность шины разделена между всеми подключёнными к ней устройствами.

SATA использует набор команд ATA и поддерживает жёсткие диски и накопители на оптических дисках, в то время как SAS поддерживает более широкий набор устройств, в том числе жёсткие диски, сканеры и принтеры. SATA-устройства идентифицируются номером порта контроллера интерфейса SATA, в то время как устройства SAS идентифицируются их WWN идентификаторами (World Wide Name). Устройства SATA (версии 1) не поддерживали очередей команд, в то время как устройства SAS поддерживают теггированные очереди команд. Устройства SATA с версии 2 поддерживают Native Command Queuing (NCQ).

Аппаратура SAS поддерживает связь с целевыми устройствами по нескольким независимым линиям , что повышает отказоустойчивость системы (интерфейс SATA такой возможности не имеет). В то же время, интерфейс SATA версии 2 использует дубликаторы портов для достижения аналогичной возможности.

SATA преимущественно используется в некритических приложениях, например в домашних компьютерах. Интерфейс SAS, благодаря своей надёжности, может быть использован в критически важных серверах. Выявление ошибок и обработка ошибочных ситуаций определено в SAS гораздо лучше чем в SATA. SAS считают надмножеством SATA, и не конкурирует с ним.

Разъёмы SAS гораздо меньше разъёмов традиционного параллельного интерфейса SCSI, что позволяет использовать разъёмы SAS для подключения компактных накопителей типоразмером 2,5 дюйма. SAS поддерживает передачу информации со скоростью от 3 Гбит/с до 10 Гбит/с. Существует несколько вариантов разъёмов SAS:

SFF 8482 - вариант, совместимый с разъёмом интерфейса SATA;

SFF 8484 - внутренний разъём с плотной упаковкой контактов; позволяет подключить до 4 устройств;

SFF 8470 - разъём с плотной упаковкой контактов для подключения внешних устройств; позволяет подключить до 4 устройств;

SFF 8087 - уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внутренних устройств; поддерживает скорость 10 Гбит/с;

SFF 8088 - уменьшенный разъём Molex iPASS, содержит разъём для подключения до 4 внешних устройств; поддерживает скорость 10 Гбит/с.

Разъём SFF 8482 позволяет подключать устройства SATA к контроллерам SAS, что избавляет от необходимости устанавливать дополнительный контроллер SATA только потому, что необходимо, к примеру, подключить устройство для записи дисков DVD. Наоборот, устройства SAS не могут подключаться к интерфейсу SATA, и на них устанавливается разъём, предотвращающий их подключение к интерфейсу SATA.