«А у нас - встреча с SAS!» Пожалуй, более точной подводки к настоящему материалу и не придумать. А потому оставим лишние слова и сразу перейдем к делу - описанию интерфейса SAS и тестированию накопителей на его основе.

Для начала развенчаем одно бытующее заблуждение. Создание накопителей на базе стандарта SCSI Ultra640, который долгое время прочили на смену актуальному сегодня SCSI Ultra320, вполне осуществимо. Другое дело, что в том виде, в котором SCSI Ultra640 готов к массовому применению, этот стандарт уже нельзя считать прямым потомком SCSI Ultra320. Невзирая на прежний разъем и созвучное название, мы все равно получим принципиально новую разработку, не обеспечивающую обратной совместимости с существующим парком оборудования.

Учитывая масштабность изменений, объясняемых необходимостью расширения канальных возможностей интерфейса SCSI, разработчики нового стандарта Serial Attached SCSI (SAS) поставили целью обойти ограничения, которые накладывал прежний интерфейс. Так, в ходе разработки удалось устранить такие ограничения интерфейса SCSI, как максимально подключаемое количество устройств (с 16 оно было расширено до 16 256 для одного домена), длина кабеля, необходимость ручной установки детерминаторов накопителей (теперь ID или World Wide Number накопителю присваивается прямо на заводе), а также многие другие. Но ключевой особенностью интерфейса SAS стала возможность значительного наращивания скорости обмена данными. Разрабатываемые в настоящее время спецификации следующего поколения SAS подразумевают обмен данными со скоростью до 6,0 Гбайт/с (сегодняшняя - 3,0 Гбайт/с) при полной совместимости с первым поколением SAS-устройств. При этом следующее за этим поколение, скорее всего, получит скорость обмена данными до 12 Гбайт/с.

Реализованное в SAS полнодуплексное соединение «точка-точка» обеспечивает одновременное функционирование нескольких устройств, как инициирующих обмен данными («инициаторы»), так и исполняющих этот процесс («исполнители»). Устройства способны передавать информацию сразу в двух направлениях, что позволяет эффективнее использовать пропускную способность шины. Кроме того, широкие порты, применяемые в SAS, делают возможным объединение до восьми SAS- или SATA-каналов, благодаря чему скорость передачи данных может быть увеличена до 24 Гбит/с.

Нельзя не отметить и чисто эргономические изменения. Так, в отличие от привычного 68- или 80-проводного плоского шлейфа, используемого для подключения SCSI-дисков, новый четырехпроводной кабель длиной до 8 м упрощает соединительные разъемы, обеспечивая более приемлемый внутренний температурный режим дисков и эффективное их омывание охлаждающими воздушными массами. В случае необходимости расстояние между SAS-устройствами может быть заметно увеличено за счет так называемых SAS-экстендеров - своеобразных станций подкачки сигнала.

Весьма важной характеристикой архитектуры нового интерфейса также стала высокая гибкость решений на его базе. Так, появилась возможность одновременного подключения разных типов дисков к системе хранения информации. Ведь несмотря на то, что разные типы накопителей обычно рассчитаны на определенные классы приложений, большинство корпоративных пользователей используют как SAS- (SCSI-), так и SATA-диски. Дизайн объединительных плат (backplane) и протокол интерфейса SAS позволяют одновременно применять в одной системе как SAS-, так и SATA-приводы, что снижает стоимость систем хранения данных и значительно упрощает их проектирование.

Нельзя не отметить и такую черту интерфейса, как надежность. На протяжении долгого времени при построении крупных вычислительных систем на базе параллельных интерфейсов использовалось множество контроллеров, обеспечивающих доступ серверов и рабочих станций к дисковым ресурсам, что позволяло добиться непрерывной передачи данных даже в случае выхода из строя одного из контроллеров. Тем не менее подобная схема имеет существенный недостаток - наличие единой точки отказа, способной заблокировать доступ к любому устройству, подключенному к параллельной шине. Спроектировать систему, не имеющую ни единой точки отказа, можно при помощи устройств SAS с двумя портами.

Другой момент на пути повышения надежности интерфейса - это возможность использования модулей расширения, позволяющих подключать устройства к большому количеству контроллеров, которые поддерживают взаимодействие различных устройств. При этом «исполнители» могут получать команды по одному каналу, в то время как данные передаются по другому, что увеличивает отказоустойчивость системы.

Ну а учитывая тот факт, что при всех своих изменениях Serial Attached SCSI остается не более чем естественным последовательным расширением технологии параллельного интерфейса SCSI, говорить о природной поддержке возможности горячего подключения и применения сортировки команд попросту не приходится. Кроме того, обратная совместимость шины SAS с предыдущими поколениями интерфейса SCSI с точки зрения ПО позволяет без особых усилий интегрировать существующие компоненты (контроллеры и дисковые накопители) в создаваемую SAS-инфраструктуру, не требуя затрат на обучение персонала и изменения уже используемого ПО.

Подводя черту теоретической части материала, можно сделать вывод, что функционально SAS представляет собой логический протокол SCSI, положенный на электрическую и механическую часть SATA. Эта особенность позволяет с минимальными затратами интегрировать SAS-системы в существующие хранилища, созданные на основе SCSI, Infiniband, iSCSI или FC (которые, по сути, также являются SCSI-объектами), что значительно упрощает постепенный переход на новый интерфейс. Благо, этому ничто не препятствует. Например, обмен командами, данными, статусами и другой информацией между SAS-устройствами производится пакетами, во многом аналогичными пакетам для обмена информацией при работе с параллельными SCSI- или Fibre Channel-устройствами. Формат пакетов данных SAS, называемых «фреймами», особенно схож со спецификациями Fibre Channel: каждый из них состоит из блоков командных дескрипторов - CDB (command descriptor block) и других SCSI-конструкций, определяемых другими стандартами SCSI, вроде SCSI Primary Command Set или SCSI Block Command.

Рынок и его тенденции

Стоит понимать, что в разрезе рыночной номенклатуры новый интерфейс не выступает конкурентом ни SATA-системам, ни решениям на основе Fibre Channel. Как и его прародитель (SCSI), этот интерфейс займет промежуточную нишу между SATA и FC, возможно, правда, подвинув SATA-системы в тех сегментах, в которых последние (в пору отсутствия лаконичной замены Ultra320 SCSI) его же и потеснили. Говоря проще, с наступлением эры SAS-систем обстановка на рынке СХД должна нормализоваться.

В отношении механической части жестких дисков новый протокол, судя по всему, не принесет каких-либо серьезных изменений. Если, конечно, не считать возможности создания дисков корпоративного класса в форм-факторе 2,5 дюйма. Здесь надо заметить, что создание последних на базе классического интерфейса SCSI было ограничено применением широких шлейфов, которые лишали их одного из главных преимуществ - возможности интеграции в компактную систему. Использование же интерфейса SATA, вопреки ожиданиям, не дало зарождающемуся сегменту рынка корпоративных накопителей форм-фактора 2,5 дюйма особого толчка: из всех ведущих игроков на рынке северов и систем хранения информации 2,5-дюймовые «десятитысячники» активно применяла лишь НР. Впрочем, есть надежда, что широкое распространение SAS внесет коррективы в этом вопросе. Тем более 2,5-дюймовые SAS-накопители с частотой вращения 10 тыс. об/мин уже доступны на рынке - например Seagate Savvio или Fujitsu MAY20xxRC (правда, в России пока не доступны в SAS-конфигурации).

Какова же сфера применения таких накопителей? Однозначно серверные системы. Конечно, не стандартные пьедестальные и даже не тонкие - в них пока прекрасно помещаются и привычные 3,5-дюймовые накопители. А вот для блейд-серверов использование дисков Seagate Savvio или Fujitsu MAY20xxRC будет весьма актуальным решением. Уж сколько ругали эти системы за несбалансированность по части дисковой подсистемы, а решить проблему качественным путем не удавалось. Ведь производительность мобильных 2,5-дюймовых накопителей, включая самые производительные (с частотой вращения 7200 об/мин), пока не дотягивает не то чтобы до серверных винчестеров, но и до настольных. Что уж говорить о реализации таких функций, как Native Command Queuing, которая просто обязана быть у серверного диска!

SAS-накопители в 2,5-дюймовом форм-факторе призваны стать тем самым решением для блейд-серверов, которое так долго ждали. Компактным, сравнительно энергоэкономичным и малогреющимся, а также весьма производительным и интеллектуальным. Собственно, отталкиваясь от всех этих характеристик, аналитики и говорят о хороших перспективах SAS.

SAS в студию!

Описание новых устройств, организующих обвязку интерфейса, уместно начать с накопителей. К сожалению, для проведения тестов нам удалось добыть лишь один тип накопителей с таким интерфейсом. Впрочем, как мы уже говорили, даже в форм-факторе 2,5 дюйма таких дисков на рынке присутствует немало, и, пожалуй, каждый из ведущих производителей жестких дисков уже успел анонсировать соответствующее решение. Так что в самом скором будущем мы надеемся провести полномасштабное тестирование SAS-систем.

В нашей лаборатории побывал Seagate Cheetah 15K.4, 36 Гбайт. В настоящее время он выпускается в модификациях емкостью 36, 73 и 147 Гбайт, причем как с интерфейсами Ultra 320 SCSI и Fibre Channel, так и на базе Serial Attached SCSI. Любопытно, что вне зависимости от интерфейса основные характеристики устройства не меняются. Для новой серии Cheetah среднее время наработки на отказ (MTBF) впервые в индустрии увеличено со стандартных для SCSI-дисков 1,2 до 1,4 млн часов.

Надо сказать, что, помимо самих дисков Seagate Cheetah 15K.4, в нашем распоряжении оказалась корзина Adaptec Storage Enclosure 335SAS, рассчитанная на установку четырех SAS- или SATA(II)-накопителей форм-фактора 3,5 дюйма. Новые разъемы внешних SAS-устройств, которыми была оснащена корзина ASE335SAS, позволяют подключить до четырех накопителей, обеспечивая таким образом даже стандартной четырехместной корзине полосу пропускания 1,2 Гбайт/с в одном направлении, то есть до 2400 Мбайт/с в полнодуплексном режиме! Согласитесь, впечатляющая цифра для внешнего компактного хранилища данных.

Внимания заслуживает и SAS RAID-контроллер, который мы использовали для тестирования, - Adaptec 4800SAS, рассчитанный на использование шины PCI-X. Это весьма крупная плата, снабженная системой активного охлаждения.

Собственно, доступное для проведения тестирования оборудование всецело определило тестовую систему, которой стало серверное шасси на основе системной платы Supermicro X6DH8-G2 (чипсет Intel E7520), двух процессоров Intel Xeon EM64T 3,60 ГГц и 1 Гбайт памяти DDR2-400. Тестирование проводилось в среде Windows XP Professional SP2.

Тестирование или обзор?

Данный вопрос встает перед нами каждый раз, когда мы беремся за исследование того или иного типа серверного оборудования. И жесткие диски с интерфейсом SCSI, и теперь уже его наследника, SAS - не исключение. Мы неоднократно отмечали, что методики тестирования, адекватной реалиям функционирования серверного оборудования, позволяющей точно оценить возможности столь сложных решений, не существует. Нет и тестового программного обеспечения, способного сымитировать всю полноту и разнородность нагрузок даже самого обычного сервера. Исходя из этого, мы решили сделать скорее обзор, нежели полномасштабное тестирование. Особенно неактуальной задача проведения полномасштабного тестирования видится в условиях отсутствия в настоящий момент у тестового образца каких-либо конкурентов. Поэтому цель этого материала - выявление общего уровня быстродействия SAS-накопителей со скоростью вращения 15 000 об/мин в сравнении с SATA- и SCSI-устройствами.

Тестирование

Учитывая цели и задачи, а также наличие двух экземпляров накопителя Seagate Cheetah 15K.4, мы сконфигурировали систему хранения информации на базе RAID-массива уровня 0. Ее производительность замерялась при помощи тестового пакета IOMeter, определяющего способность накопителей отвечать на множественные запросы. Мы решили ограничиться исследованием созданного массива в паттернах Workstation (до 64 запросов) и Fileserver, как наиболее типичных для большинства типов серверов. Полученные результаты соотносились с усредненными показателями быстродействия SCSI-накопителей прошлых поколений с частотой вращения 10 и 15 тыс. об/мин (в частности Seagate Cheetah 15K.3, Seagate Cheetah 10K.6, Maxtor Atlas 15K, Fujitsu MAP3147 и других), а также наиболее производительных SATA-дисков, включая WD740GD (Raptor 2) и некоторые другие показательные модели.

Диаграмма 1. IOMeter (RAID 0) — Workstation, IОps

Диаграмма 2. IOMeter (RAID 0) — Fileserver, IOps

Результаты, похоже, не требуют подробных комментариев. С одной стороны, мы видим значительное превосходство Seagate Cheetah 15K.4 над усредненными показателями SCSI-накопителей с частотой вращения 15 тыс. об/мин, в чем, впрочем, и нет ничего удивительного. Кстати, это особенно заметно на паттерне Fileserver, где запросы имеют несложный последовательный характер и более современный диск Seagate Cheetah 15K.4 демонстрирует все свое технологическое лидерство.

Также вызывает интерес переплетение кривых диска Seagate Savvio в форм-факторе 2,5 дюйма с частотой вращения 10 об/мин с 3,5-дюймовыми одноклассниками. Весьма близкие результаты этих устройств лишь подтверждают отличные рыночные перспективы 2,5-дюймовых SAS-накопителей корпоративного класса. Похоже, что широкого внедрения таких устройств можно ожидать не только в секторе блейд-северов, но и полновесных серверных систем и систем хранения информации.

В итоге

По результатам проведенных нами тестов SAS-диски оказались не медленнее SCSI-аналогов. Сомнения по поводу того, смогут они заменить SCSI или нет, отпали сами собой: SAS функциональнее, удобнее в эксплуатации, прогрессивнее и демонстрируют такую же (или более высокую) скорость работы. Тем не менее очевидно, что полный переход к использованию технологии SAS не произойдет мгновенно - она будет постепенно проникать в IТ-инфраструктуру предприятий, шаг за шагом вытесняя существующие интерфейсы. И в обозримом будущем наряду с SAS будут по-прежнему применяться SCSI и Fibre Channel, при этом в ряде случаев (когда, например, на предприятии уже имеется развитая инфраструктура на базе одного из этих интерфейсов) использование SCSI и FC будет даже более оправданным. С другой стороны, инвестировать в них средства при построении новых систем хранения данных бессмысленно, даже с учетом пока еще более высокой цены на SAS-реализации одного и того же оборудования. Как мы уже отметили, новый интерфейс в далекой перспективе не оставляет шансов старым разработкам, и переход на него рано или поздно произойдет.

Это подтверждают и аналитики, которые придерживаются мнения, что уже к середине 2006 года SAS станет наиболее быстроразвивающейся технологией для подсистем хранения данных. А еще раз вспомнив функциональные преимущества SAS, можно уже сейчас с уверенностью говорить, что использование этого интерфейса при проектировании СХД расширит возможности устройств хранения информации и позволит удовлетворить широкий спектр требований различных пользователей.