【IT168 存储】

　　SAS 和SATA磁盘整列，串行标准控制器

　　回顾以往，RAID控制器并不是IT相关讨论中最吸引人的话题。然而现今，RAID技术已经成为企业中服务器或者工作站上应用的骨干技术，已经面市的RAID控制器产品也在主流应用中给人留下了深刻的印象。在上一个夏天我们已经可以看到4款8端口RAID产品，之后我们也收到了另外的三款RAID控制器产品，我们希望看到AMCC、Areca、LSI公司的产品和Adaptec、Atto、ICP、Ciprico/Raidcore的产品的比较结果。

　　4至8端口的SAS或SATA接口RAID控制器被认为是入门级产品，它们的价格通常可以被中小企业接受，并且设计灵活， 足够承载中小企业的一般应用。SAS RAID控制器比只支持SATA接口的产品更为灵活，因为SAS RAID控制器可以连接SAS接口或者SATA接口硬盘，但是SATA RAID控制器只能连接SATA接口的硬盘驱动器。因为这个原因，SAS RAID控制器被称为是统一标准的串行控制器，它继承了SCSI控制器的一些管理特性，它可以支持高性能的SAS硬盘和高容量的SATA硬盘。

　　使用串行点对点的SAS或者SATA代替并行SCSI使建立和维护RAID更为便利，SAS和SATA的电缆比SCSI的68线电缆节约很多，造价更为低廉。而且SAS和SATA技术克服了传输带宽的瓶颈：并行传输的SCSI总线比如Ultra320 SCSI传输带宽为320MB/s，但是这个带宽被所有驱动器所共享。虽然SATA300或者SAS传输带宽为300MB/s，但是每个驱动器独享传输带宽。

　　目前主流存储市场竞争还是很激烈，在存储制造商方面，Adaptec和LSI依旧是最为知名的企业，在存储成为商业中的重点以来这两个厂商就作为业界的存储专家。其他一些公司比如ICP和AMCC/3Ware，Ciprico，Areca和 Atto也具有不同的特色。

　　相似的SAS和SATA

　　SAS(左)和SATA的对比，SAS接口是连贯的，在数据针(左)和电源接口之间没有空隙

　　IDE接口和SCSI接口在业界被广泛应用。IDE造价低廉并且传输速度低下，SCSI造价昂贵但是速度远远高于IDE.前者主要应用于终端用户和商用PC， SCSI被确定为服务器和工作站的存储标准，但是一些周边设备比如高端扫描仪也采用了SCSI技术。消费级主板一般提供一个基于ATA标准的IDE控制器，带有两个独立的控制器通道可以支持两个驱动器设备。

　　ATA标准从1989年的传输速度为8.3MB/s的ATA-1标准开始，发展至2005年的ATA-7标准，速度已达到133MB/s。最早的ATA标准存在很多兼容性问题，比如连接在同一ATA通道上的两个硬盘驱动器工作不稳定。SCSI具有更高的稳定性，但是安装起来更为复杂。SCSI需要消除总线上信号的影响，用户需要为每个驱动器指派驱动器ID。之后产生了一种自动配置的系统SCAM，但是并不成功。IDE驱动器主要面向预算不高的用户，而SCSI主要面向追求稳定性和性能的企业用户。

　　随着点对点传输的串行ATA技术的出现，并行ATA技术中存在的问题得以解决，而且并不必付出更高昂的成本。串行ATA的7线电缆代替了并行ATA 40线的带状电缆，使成本更为低廉。并且每个驱动器的带宽达到了150MB/s或者300MB/s。其他的一些技术，比如命令队列技术，在SATA标准中也得以实现。

　　SAS是Serial Attached SCSI的缩写，通俗的说也就是串行SCSI。SATA和SAS都是基于8bit/10bit编码。3，6，12GHz的时钟频率转化为2.4，4.8，9.6Gb/s，使接口数据传输带宽达到300，600和1200MB/s。SAS支持扩展器，类似于网络交换机，可以连接更多的设备。并且SAS技术支持全双工模式，可以实现同一时间双向数据传输，这能有效地使链接的可利用带宽得到双倍加强。

　　SAS技术真正吸引人的地方在于它不光支持SSP(the SAS SCSI Protocol，串行SCSI协议)，也支持STP(the SATA Tunneling Protocol，SATA通道协议)。后者使得SAS控制器可以支持SATA硬盘。这样一来可以使用高达1TB的SATA硬盘来创建高容量磁盘阵列，也可以使用15000转的高速SAS硬盘来创建高性能磁盘整列。甚至可以同时创建者两种阵列只要RAID控制器提供足够的SAS端口。

　　RAID控制器的发展

　　在SATA时代之前，一些制造商比如3Ware，Highpoint和Promise认识到RAID技术应用在专业的SCSI领域之外，比如应用在价格低廉的ATA硬盘之上，这样的应用赢得了很多关注。Highpoint和Promise公司最早推出了集成在消费级主板上的RAID控制芯片。同时它们也推出了面向入门级服务器的独立PCI接口RAID卡，这些RAID卡可以支持ATA硬盘组成磁盘整列。尽管ATA RAID技术不如应用在专业领域的SCSI RAID技术具有优秀的性能和稳定性，但是对于注重成本的小企业来说赢得了更多的关注。建立一台使用ATA硬盘，只能组成RAID1磁盘整列的辅助服务器也成为可能。

　　通过上面的介绍可以看出，面向主流的SATA硬盘和面向专业领域的SAS硬盘采用相似的架构，尽管SATA控制器不能支持SAS硬盘。这样一来极大的扩展了商业用户选择的灵活性，用户不必在廉价的ATA解决方案或者成熟的专业产品之间犹豫不决，只要选择正确的RAID控制器，就可以同时支持这两种方案。目前大部分的RAID控制器可以支持现今的主流操作系统，比如Windows、Linux、Solaris、Novell Netware，并且逐渐可以支持Mac操作系统。大部分RAID卡可以支持这些操作系统的服务器版和客户端版本。

　　RAID卡提供了对各种主流总线标准的支持。从32位、8MHz的EISA总线，到32位、33MHz的VESA总线，32位、33MHz的PCI总线，再到目前被广泛应用的PCI-X总线。串行PCI-E总线目前已占据了大部分的市场，因为它提供了高达4GB/s左右的最大数据传输带宽(PCI-E 1.x标准，PCI-E x16)。另外，更高的集成度和多线电缆设计使RAID卡在不牺牲性能的前提下尺寸更小，这使得存储服务器可以更节省空间。内部和外部SAS连接器的出现使SAS接口RAID卡可以支持更多的设备。在SATA RAID方面，出现了外置式SATA接口，即eSATA(External Serial ATA)，可以连接外置的SATA设备，传输速度和SATA接口相同，但是只能连接一个设备。

　　更为成熟的制造技术不光提高存储密度和处理器速度，也提高用来计算校验值的XOR引擎的速度来提高RAID控制器的性能。SAS和SATA RAID控制器的一些软件和管理方案继承于SCSI RAID控制器，如果用户对SCSI RAID控制器很熟悉，那么管理SAS/SATA RAID控制器并不困难。

　　AMCC 3Ware 9690SA-8I

　　3Ware通过提供第一块性能优秀的多通道ATA RAID控制器而在业界受到欢迎。目前，3Ware虽然已经成为了AMCC公司的一部分，但是仍然提供了一系列PCI-X和PCI-E接口的SATA RAID控制器。其中PCI-E接口的9650SE这款产品提供了对RAID6阵列的支持，可以提供双线冗余。

　　3Ware 9690SA采用了第八代的StorSwitch 架构，采用PCI-E 8X接口，采用了窄板设计。这款AMCC首次发布的SAS RAID控制器集成了硬件XOR引擎，并且集成了带有ECC功能的512MB DDR2-533缓存。

　　这款RAID控制器具有两个多通道接口，每一个接口都可以直接连接4块SAS或者SATA接口硬盘驱动器，通过SAS连接器，最大可以支持64块硬盘驱动器。接口的数据传输带宽可以达到2GB/s左右，这样的带宽足够支持由多块硬盘组成的磁盘阵列系统。我们的测试对象是9690SA-8I，它包含8个内部端口，8E这个型号具有两个内部连接器，每一个连接器具有四个端口，-4I4E型号提供了一个内部和一个外部多线连接器。

　　所有9690SA系列的RAID卡支持RAID0、RAID1、RAID10，RAID5、RAID6和最新的RAID60模式。此系列的RAID卡都有一个可选的电池备份单元，这个单元很重要，推荐用户选择。电池备份单元可以为RAID卡缓存供电，防止意外断电时缓存中没有写入硬盘的数据丢失。此外，还有一个可选的UPS(不间断电源)单元，提供更多的供电保护。

　　这款RAID控制器在所有的基准测试模型中表现出了优秀的I/O性能，在我们的测试中它可以轻易的达到400MB/s左右的速度。然而许多RAID控制器在RAID0测试中表现出了近似的性能，3Ware的产品在RAID5测试中表现出了微弱的优势，在RAID6测试中优势比较明显。

　　产品特性非常明显：支持多重阵列、写日志、热交换、hot spares、用于固件升级失败时候的紧急固件恢复、邮件提醒、LED显示驱动器活动等。还有一些RAID特性比如在线容量扩展和RAID迁移。

　　AMCC管理软件: 3DM2

　　Areca ARC-1680ML

　　Areca的ARC-1680ML配备了一个以太网接口，可以在不安装管理软件的情况下通过这个以太网接口管理和配置这块RAID卡。ARC-1680ML可以适应一个完整的Web服务器，在网络中有DHCP服务器的时候可以自动获取IP地址。上述的这个功能在实际测试中起到了重要作用，因为这款适配器的管理软件在两个不同的测试系统上工作的不是很正常。同时，Areca的早期管理软件，包含服务端和客户端的版本，也是不断地报错。我们虽然可以运行当前的版本，但是不能刷新任何信息，这样一来我们无法创建RAID磁盘整列或者升级固件。在随后将发布的补丁将修正这些问题。多亏了网络配置客户端，我们才可以配置这块RAID卡才进行测试。

　　Areca提供了两款支持SAS的RAID卡：PCI-E x8的ARC-1680和PCI-X的ARC-1681。有三款PCI-E卡采用窄板设计：1680LP、1680i和1680x。1680LP具有一个内部和一个外部多线接口，1680i具有两个内部多线接口而1680x具有两个外部多线接口。这些接口可以连接SAS扩展器。所有的产品均采用Intel 800MHz的IO348 RAID控制芯片。

　　Areca产品提供了一个240针的DDR2 DIMM接口，可以安装512MB到2GB的ECC内存。但是，窄板设计的RAID卡集成了256MB DDR2 -533 ECC内存，不能进行升级。Areca强调多存储适配器支持，这样可以实现由多个控制器控制的磁盘阵列，来达到高容量和高性能的要求。像其它的制造商一样，Areca提供了一个可选的电池备份单元。

　　从功能上来看支持在线容量扩展和RAID级别迁移，支持超过2TB容量的磁盘阵列，支持机箱管理(SES和SGPIO)。Areca的产品和其他厂商相比支持更多的磁盘阵列模式，支持RAID0/1/1+0/3/5/6和最新的RAID30/50/60/JBOD。可以在一块或多块RAID控制器上配置一个或多个磁盘阵列。无论将驱动器连接到那个端口上，该驱动器可以自动被配置到指派的磁盘阵列中。虽然这个技术现在来看变得很普遍，但是值得来提一下。

　　Areca管理软件：

　　第三款评测产品是来自LSI公司的MegaRAID SAS8888ELP。它以LSI公司自行研制的RAID控制芯片来命名。LSI自助研发的RAID芯片是被称作“芯片上的RAID”的LSISAS1078，和其他公司的产品不同，它不是基于Intel IOP RISC单元，而是基于500MHz的PowerPC核心。这样的结果是值得赞赏的，因为它使SAS8888ELP在性能上和3Ware 9690SA达到了同一等级。

　　当我们移除一个驱动器来模拟驱动器损坏的情况时，当我们重新连接这个驱动器，RAID控制器软件将会认为这个驱动器“未配置或损坏”。结果就是我们不能再使用这个驱动器，因为驱动器软件认为这个驱动器不可靠。这样虽然可以防止重新安装上一个已经损坏的驱动器，但是对于一不小心移除了工作正常的驱动器的情况来说，这个过程非常的让人感到厌烦。在这种情况下，我们必须进入到RAID控制器的BIOS，清除驱动器的“unconfigured and good”状态。

　　尽管这款产品是窄板设计，主要面向2U机架式服务器，但是它配置了两个内部和两个外部多线SAS连接器。每一个可以提供四个SAS端口。SAS8888ELP也采用PCI-E x8接口，但是提供了更快的缓存速度，RAID卡上集成了256MB或者512MB DDR2-667 ECC缓存。此外，也有可选的电池备份单元，支持常见的RAID模式也包括最新的RAID10/50/60。同样，SAS8888ELP支持在线容量扩展和RAID级迁移。

　　LSI管理软件：

　　产品参数对比表格

　　测试平台

　　我们使用8块2.5寸希捷Savvio驱动器进行测试

　　RAID0和RAID5模式测试结果

　　RAID0测试结果：

　　RAID5测试结果：

　　RAID6测试结果：

　　结论：回顾测试结果，只有一款产品在默认设置下没有达到我们的预期结果。Atto Express SAS R348需要将系统和软件作出调整来使其表现出最好的性能。ICP产品表现出了最好的I/O性能。Ciprico提供了最丰富的特性，但是需要一台性能强劲的主机来发挥这款没有独立RAID控制芯片的产品。遗憾的是，Raidcore产品不支持RAID6磁盘阵列模式。

　　两款性能优势明显的产品是AMCC的3Ware 9690SA和LSI的MegaRAID 8888ELP。二者在所有的四个基准测试模型中均表现出了优秀的I/O性能。Areca产品特性比较丰富，但是测试中存在的问题使之不能得出最实际的结果，希望在将来发布的软件和固件可以弥补这些问题。在丰富特性方面胜利者还是Ciprico的Raidcore产品。但是AMCC/3Ware产品非常的接近。