详解FC/SATA/SAS硬盘性能特点

 

详解FC/SATA/SAS硬盘性能特点  

　　数据越来越多，用户对存储容量的要求是越来越高。作为数据存储最基本的介质——硬盘，其种类也越来越多。面对市场上纷繁复杂的硬盘，用户又该如何选择呢？本文就对SATA、FC、SAS三种硬盘进行了比较，希望能给大家一点启示。

 

一、 SATA硬盘 　　

　　传统的并行ATA（PATA）技术曾经在低端的存储应用中有过光辉的岁月，但由于自身的技术局限性，逐步被串行总线接口协议（Serial ATA，SATA）所替代。SATA以它串行的数据发送方式得名。在数据传输的过程中，数据线和信号线独立使用，并且传输的时钟频率保持独立，因此同以往的PATA相比，SATA的传输速率可以达到并行的30倍。可以说：SATA技术并不是简单意义上的PATA技术的改进，而是一种全新的总线架构。　　

　　从总线结构上，SATA 使用单个路径来传输数据序列或者按照bit来传输，第二条路径返回响应。控制信息用预先定义的位来传输，并且分散在数据中间，以打包的格式用开/关信号脉冲发送，这样就不需要另外的传输线。SATA带宽为16-bit。并行Ultra ATA总线每个时钟频率传输16bit数据，而SATA仅传输1bit，但是串行总线可以更高传输速度来弥补串行传输的损失。SATA将会引入1500Mbits/sec带宽或者1.5Gbits/sec带宽。由于数据用8b/10b编码，有效的最大传输峰值是150Mbytes/sec。　　

　　目前能够见到的有SATA-1和SATA-2两种标准，对应的传输速度分别是150MB/s和300MB/s。从速度这一点上，SATA已经远远把PATA硬盘甩到了后面。其次，从数据传输角度上，SATA比PATA抗干扰能力更强。从SATA委员会公布的资料来看，到2007年，在第三代串行ATA技术中，个人电脑存储系统将具有最高达600MB/s的数据带宽。　　

　　此外，串口的数据线由于只采用了四针结构，因此相比较起并口安装起来更加便捷，更有利于缩减机箱内的线缆，有利散热。　　

　　尽管SATA在诸多性能上远远优越于PATA，甚至在某些单线程任务的测试中，表现出了不输于SCSI的性能，然而它的机械底盘仍然为低端应用设计的，在传输速率方面相比FC硬盘，仍然显得力不从心。

 

二、 FC硬盘 　　

　　光纤通道标准已经被美国国家标准协会（ANSI）采用，是业界标准接口。通常人们认为它是系统与系统或者系统与子系统之间的互连架构，它以点对点（或是交换）的配置方式在系统之间采用了光缆连接。当然，当初人们就是这样设想的，在众多为它制订的协议中，只有IPI（智能外设接口）和IP（网际协议）在这些配置里是理想的。　　

　　后来光纤通道的发展囊括了电子（非光学）实现，并且可以用成本相对较低的方法将包括硬盘在内的许多设备连接到主机端口。对这个较大的光纤通道标准集有一个补充称为光纤通道仲裁环（FC-AL）。FC-AL使光纤通道能够直接作为硬盘连接接口，为高吞吐量性能密集型系统的设计者开辟了一条提高I/O性能水平的途径。目前高端存储产品使用的都是FC接口的硬盘。　　

　　FC硬盘名称由于通过光学物理通道进行工作，因此起名为光纤硬盘，现在也支持铜线物理通道。就像是IEEE-1394, Fibre Channel 实际上定义为SCSI-3标准一类，属于SCSI的同胞兄弟。作为串行接口FC-AL峰值可以达到2Gbits/s甚至是4Gbits/s。而且通过光学连接设备最大传输距离可以达到10KM。通过FC-loop可以连接127个设备，也就是为什么基于FC硬盘的存储设备通常可以连接几百颗甚至千颗硬盘提供大容量存储空间。　　

　　关于光纤硬盘以其的优越的性能、稳定的传输，在企业存储高端应用中担当重要角色。业界普遍关注的焦点在于光纤接口的带宽。最早普及使用的光纤接口带宽为1Gb，随后2Gb带宽光纤产品统治市场已经长达三年时间。现在最新的带宽标准是4Gb，目前普遍厂商都已经推出4Gb相关新品，Gartner则预言4Gb光纤产品将会取代2Gb光纤成为市场主流。　　

　　对于这份报告提出的观点，业界的看法不一。有的人认为，2Gb光纤信道正式取代1Gb也不过才不到3年的时间，供货商又紧接着推出4Gb的产品，企业的接受度令人存疑。另一方面，磁盘接口端SAS技术的兴起，和主机接口端iSCSI技术的发展，也给光纤存储的发展带来不小的压力。　　

　　事实上，4Gb光纤信道传输协议早在2002年就已经通过美国国家标准协会（ANSI）的光纤信道实体接口（Fibre Channel-Physical Interfaces，简称FC-PI）规范，而与此同时，10Gb光纤标准也在同一年发表，但由于10Gb光纤并不具备向下兼容的能力，用户如果希望升级到10Gb光纤平台，则必须更换所有基础设施，成本过于昂贵，一直无人问津。　　

　　相较之下，4Gb是以2Gb为基础延伸的传输协议，可以向下兼容1Gb和2Gb，所使用的光纤线材、连接端口也都相同，意味着使用者在导入4Gb设备时，不需为了兼容性问题更换旧有的设备，不但可以保护既有的投资，也可以采取渐进式升级的方式，逐步淘汰旧有的2Gb设备。

 

 

三、 SAS硬盘 　　

　　SAS 是Serial Attached SCSI的缩写，即串行连接SCSI。和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间。SAS是新一代的SCSI技术。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，提供与串行ATA (Serial ATA，缩写为SATA)硬盘的兼容性。　　

　　SAS的接口技术可以向下兼容SATA。SAS系统的背板(Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器，也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。因为SAS驱动器的端口与SATA驱动器的端口形状看上去类似，所以SAS驱动器和SATA驱动器可以同时存在于一个存储系统之中。　　

　　但需要注意的是，SATA系统并不兼容SAS，所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。由于SAS系统的兼容性，IT人员能够运用不同接口的硬盘来满足各类应用在容量上或效能上的需求，因此在扩充存储系统时拥有更多的弹性，让存储设备发挥最大的投资效益。　　

　　SAS技术还有简化内部连接设计的优势，存储设备厂商目前投入相当多的成本以支持包括FC阵列、SATA阵列等不同的存储设备，而SAS连接技术将可以通过共用组件降低设计成本。　　

　　SAS技术同SATA之于PATA的革命意义一样，SAS 也是对SCSI技术的一项变革性发展。它既利用了已经在实践中验证的 SCSI 功能与特性，又以此为基础引入了SAS扩展器。SAS可以连接更多的设备，同时由于它的连接器较小，SAS 可以在3.5 英寸或更小的 2.5 英寸硬盘驱动器上实现全双端口，这种功能以前只在较大的 3.5 英寸FC硬盘驱动器上能够实现。这项功能对于高密度服务器如刀片服务器等需要冗余驱动器的应用非常重要。　　

　　为保护用户投资，SAS的接口技术可以向下兼容SATA。SAS系统的背板(Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器，也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。过去由于SCSI、ATA分别占领不同的市场段，且设备间共享带宽，在接口、驱动、线缆等方面都互不兼容，造成用户资源的分散和孤立，增加了总体拥有成本。而现在，用户即使使用不同类型的硬盘，也不需要再重新投资，对于企业用户投资保护来说，实在意义非常。但需要注意的是，SATA系统并不兼容SAS，所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。　　

　　SAS 使用的扩展器可以让一个或多个 SAS 主控制器连接较多的驱动器。每个扩展器可以最多连接 128 个物理连接，其中包括其它主控连接，其它 SAS 扩展器或硬盘驱动器。这种高度可扩展的连接机制实现了企业级的海量存储空间需求，同时可以方便地支持多点集群，用于自动故障恢复功能或负载平衡。目前，SAS接口速率为3Gbps，其SAS扩展器多为12端口。不久，将会有6Gbps甚至12Gbps的高速接口出现，并且会有28或36端口的SAS扩展器出现以适应不同的应用需求。其实际使用性能足于FC媲美。　　

　　SAS虽然脱胎于SCSI，但由于其突出的适于高端应用的性能优势，更普遍把SAS与FC进行比较。由于SAS由SCSI发展而来，在主机端会有众多的厂商兼容。SAS采用了点到点的连接方式，每个SAS端口提供3Gb带宽，传输能力与4Gb光纤相差无几，这种传输方式不仅提高了高可靠性和容错能力，同时也增加了系统的整体性能。在磁盘端，SAS协议的交换域能够提供16384个节点，而FC环路最多提供126个节点。而兼容SATA磁盘所体现的扩展性是SAS的另一个显著优点，针对不同的业务应用范围，在磁盘端用户可灵活选择不同的存储介质，按需降低了用户成本。　　

　　在SAS接口享有种种得天独厚的优势的同时，SAS产品的成本从芯片级开始，都远远低于FC，而正是因为SAS突出的性价比优势，使SAS在磁盘接口领域，给FC带来极大的威胁。目前已经有众多的厂商推出支持SAS磁盘接口协议的产品，虽然目前尚未像SATA那样在用户层面普及，但SAS产品部落已经初具规模。SAS成为下一代存储的主流接口标准，成就磁盘接口协议的明日辉煌已经可以预见。