SASインターフェイス：履歴、ストレージ組織の例

前回、 SCSIテクノロジーに関連するすべてのものを歴史的な文脈で見てきました。誰が発明したのか、どのように開発されたのか、どのような種類があるのか​​などです。 最も関連性の高い標準はSerial Attached SCSIであり、比較的最近登場したものの、急速に発展したと結論付けました。 「シリコンでの」最初の実装は2004年1月にLSIによって示され、同じ年の11月にSASはstoragesearch.comで最も人気のあるクエリのトップになりました。



基本から始めましょう。 SCSIテクノロジー上のデバイスはどのように機能しますか？ SCSI規格では、すべてがクライアント/サーバーの概念に基づいて構築されています。



イニシエーター（英語のイニシエーター）と呼ばれるクライアントは、さまざまなコマンドを送信し、その結果を待ちます。 もちろん、ほとんどの場合、SASコントローラーはクライアントとして機能します。 現在、SASコントローラーは、HBAとRAIDコントローラー、および外部ストレージシステム内のストレージコントローラーです。



サーバーはターゲットデバイス（英語のターゲット）と呼ばれ、そのタスクは、イニシエーターの要求を受け入れて処理し、データまたはコマンド実行の確認を返すことです。 ターゲットデバイスの役割は、個別のディスクまたはディスクアレイ全体です。 この場合、サーバーを接続するように設計されたディスクアレイ（いわゆる外部ストレージシステム）内のSAS HBAは、ターゲットモードで動作します。 各ターゲットデバイス（「ターゲット」）には、個別のSCSIターゲットIDが割り当てられます。



クライアントをサーバーに接続するために、データ配信サブシステムが使用されます。ほとんどの場合、この扱いにくい名前はケーブルを隠すだけです。 ケーブルは、外部接続とサーバー内部の接続に使用できます。 ケーブルはSASの世代ごとに異なります。 現在、SASには3つの世代があります。



-SAS-1または3Gbit SAS

-SAS-2または6Gbit SAS

-SAS-3または12 Gbit SAS-2013年半ばのリリース準備









内部および外部SASケーブル



このサブシステムには、SASエクスパンダーまたはエクスパンダーが含まれることがあります。 エクスパンダー（Eng。Expanders、Expander、ロシア語では「エクスパンダー」という言葉が定着している）は、イニシエーターからターゲットへ、またはその逆に情報を配信するのに役立つが、ターゲットデバイスに対して透過的なデバイスとして理解されています。 最も典型的な例の1つは、エクスパンダーです。これにより、複数のターゲットデバイスを1つのイニシエーターポートに接続できます。たとえば、ディスクシェルフまたはサーバーバックプレーンのエクスパンダーチップです。 このような組織のおかげで、サーバーには8台を超えるディスクを搭載でき（現在、主要なサーバーメーカーが使用しているコントローラーは通常8ポートです）、ディスクシェルフは必要な数にできます。



データ配信システムによってターゲットデバイスに接続されたイニシエーターは、ドメインと呼ばれます。 SCSIデバイスには、少なくとも1つのポートが含まれます。ポートは、イニシエーターのポート、ターゲットデバイス、または両方の機能を組み合わせることができます。 ポートには識別子（PID）を割り当てることができます。



ターゲットデバイスは、少なくとも1つの論理ユニット番号（LUN）で構成されます。 このターゲットデバイスのどのディスクまたはパーティションをイニシエーターが処理するかを識別するのはLUNです。 ターゲットがLUNイニシエーターを提供すると言われることもあります。 したがって、目的のストレージに完全に対応するには、SCSIターゲットIDとLUNのペアを使用します。



よく知られている冗談のように（「私は貸さない、そしてFirst National Bankは種を売らない」）-通常、ターゲットデバイスは「送信コマンド」として機能せず、イニシエーターはLUNを提供しません。 標準では、1つのデバイスがイニシエーターとターゲットの両方になることができるという事実を認めていますが、実際にはほとんど使用されていません。



「良い伝統」に従い、OSIの推奨に従って、SASの「通信」デバイス用のプロトコルがあり、アプリケーション、トランスポート、リンク、PHY、アーキテクチャ、物理のいくつかのレイヤーに分割されています（上から下）。



SASには3つのトランスポートプロトコルが含まれています。 シリアルSCSIプロトコル（SSP）-SCSIデバイスの操作に使用されます。 シリアルATAトンネリングプロトコル（STP）-SATAドライブとのインターフェース用。 シリアル管理プロトコル（SMP）-SASファクトリを管理します。 STPのおかげで、SATAドライブをSASコントローラーに接続できます。 SMPのおかげで、大規模（1つのドメインで最大1000台のディスク/ SSDデバイス）システムを構築でき、SASゾーニングを使用できます（これについては、SASスイッチに関する記事で説明しています）。



リンク層は、接続の管理とフレームの転送に使用されます。 PHYレベル-接続速度やエンコードの設定などに使用されます。 アーキテクチャレベルでは、エキスパンダーとトポロジの問題があります。 物理層は、電圧、接続の波形などを決定します。



SCSIでのすべての対話は、イニシエーターがターゲットデバイスに送信し、その結果を予期するコマンドに基づいています。 これらのコマンドは、コマンド記述ブロックまたはCDBとして送信されます。 ブロックは、1バイトのコマンドコードとそのパラメーターで構成されます。 最初のパラメーターはほとんどの場合LUNです。 CDBの長さは6〜32バイトですが、最近のSCSIバージョンでは可変長のCDBを使用できます。



コマンドを受信した後、ターゲットデバイスは確認コードを返します。 00hはコマンドが正常に受け入れられたことを意味し、02hはエラーを意味し、08hはビジーなデバイスを意味します。



チームは4つの大きなカテゴリに分けられます。 英語の「非データ」のNは、データの交換に直接関係しない操作を対象としています。 W、「書き込み」から-イニシエーターからターゲットデバイスが受信したデータを書き込みます。 Rは、「読み取り」という単語から推測できるように、読み取りに使用されます。 最後にB-双方向のデータ交換用。



SCSIコマンドは非常に多く存在するため、最も頻繁に使用されるもののみをリストします。



テストユニット準備完了（00h）-デバイスの準備ができているか、ディスクが入っているか（テープドライブの場合）、ディスクがねじれていないかなどを確認します。 この場合、デバイスは完全な自己診断を実行しないことに注意してください。これには他のコマンドがあります。

お問い合わせ（12h）-デバイスとそのパラメーターの主な特性を取得します

診断の送信（1Dh）-デバイスのセルフテストの実行-診断結果の受信（1Ch）コマンドによる診断後にこのコマンドの結果が返されます

センスの要求（03h）-このコマンドを使用すると、前のコマンドのステータスを取得できます-このコマンドの結果は、「エラーなし」またはさまざまな障害のようなメッセージになります。

読み取り容量（25h）-ターゲットデバイスのボリュームを確認できます

Format Unit（04h）-ターゲットデバイスの破壊的なフォーマットとデータストレージの準備に役立ちます。

読み取り（4つのオプション）-データの読み取り。 CDBの長さが異なる4つの異なるチームの形で存在する

書き込み（4つのオプション）-書き込み。 4つのオプションの読み取り用

書き込みと検証（3つのオプション）-データの記録と検証

モード選択（2つのオプション）-さまざまなデバイスパラメーターの設定

モードセンス（2つのオプション）-現在のデバイスパラメーターを返します



次に、SASでデータストレージを整理する典型的な例を見てみましょう。



例1、ストレージサーバー。



それは何で、何と一緒に食べますか？ Amazon、Youtube、Facebook、Mail.ru、Yandexなどの大企業は、コンテンツを保存するためにこのタイプのサーバーを使用しています。 コンテンツは、ビデオ、音声情報、写真、インデックス作成と情報処理の結果（たとえば、最近アメリカで非常に人気のあるHadoop）、メールなどとして理解されます。 タスクとそのための機器の適切な選択を理解するには、さらにいくつかの入門を知る必要がありますが、それなしでは不可能です。 何よりもまず、ディスクが多いほど良いです。







ロシアのWeb 2.0企業の1つのデータセンター



このようなサーバーのプロセッサとメモリはあまり使用されていません。 2番目-Web 2.0の世界では、情報は地理的に分散して保存され、さまざまなサーバーにいくつかのコピーがあります。 情報のコピーが2〜3個保存されます。 頻繁に要求された場合、負荷分散のためにコピーをさらに保存することがあります。 さて、3番目、1番目と2番目に基づいて、安い-良い。 ほとんどの場合、上記のすべてがニアラインSASまたはSATA大容量ドライブの使用につながります。 通常、エンタープライズレベル。 つまり、このようなディスクは24時間365日動作するように設計されており、デスクトップPCで使用されるディスクよりも大幅にコストがかかります。 通常は、さらにディスクを挿入できるケースが選択されます。 3.5インチの場合、2Uで12ドライブ。







典型的な2Uストレージサーバー



または2Uで24 x 2.5 '' または、3U、4Uなどの他のオプション ここで、ケース、ディスクの数、およびそれらのタイプがわかったら、接続のタイプを選択する必要があります。 実際、選択はそれほど大きくありません。 そして、エキスパンダーまたは非エキスパンダーバックプレーンを使用することになります。 エクスパンダバックプレーンを使用する場合、SASコントローラは8ポートにすることができます。 エクスパンダーを使用しない場合、SASコントローラーのポートの数はディスクの数以上にする必要があります。 そして最後に、コントローラーの選択。 ポートの数（8、16、24など）がわかっており、これらの条件に基づいてコントローラーを選択します。 コントローラには、RAIDとHBAの2種類があります。 それらは、RAIDコントローラーが5.60、0.60のRAIDレベルをサポートし、キャッシングに十分な量のメモリー（現在512MB-2GB）を持っているという点で異なります。 HBAにはメモリがまったくないか、メモリがほとんどありません。 さらに、HBAはRAIDの実行方法をまったく知らないか、単純で計算レベルが低いだけです。 RAID 0/1 / 1E / 10は、HBAの典型的なセットです。 ここではHBAが必要です。HBAははるかに安価であるため、データ保護はまったく必要なく、サーバーのコストを最小限に抑えるよう努めています。







16ポートSAS HBA



2番目の例は、Exchangeメールサーバーです。 MDaemon、Notes、およびその他の類似サーバー。



ここのすべては、最初の例ほど明白ではありません。 サーバーがサービスを提供するユーザーの数に応じて、推奨事項は異なります。 いずれにせよ、Exchangeデータベース（いわゆるJetデータベース）はRAID 5/6に最適に保存され、SSDを使用して適切にキャッシュされることがわかっています。 ユーザーの数に応じて、必要なストレージボリュームを「今日」および「成長のために」決定します。 サーバーの寿命は3〜5年です。 したがって、「成長」は5年間の展望に限定することができます。 その後、サーバーを完全に変更する方が安くなります。 ディスクのサイズに応じて、ケースを選択します。 より簡単なバックプレーンでは、価格の要件が前のケースほど厳しくないため、エキスパンダーを使用することをお勧めします。一般に、信頼性と機能性のために、サーバーは50〜100ドル、場合によってはさらに高価になります。 ボリュームに応じて、SASまたはNL-SAS / Enterprise SATAドライブを選択します。 次に、データ保護とキャッシュ。 RAID 5/6/50/60とSSDのキャッシングをサポートする最新の4/8ポートコントローラーを選択しましょう。 LSIの場合、これはCacheCade 2.0キャッシングを備えた9240またはSSD「オンボード」を備えたNytro MegaRAID以外のMegaRAIDです。 Adaptecの場合、これらはMAX IQをサポートするコントローラーです。 両方の場合のキャッシング（Nytro MegaRAIDを除く）の場合、エンタープライズクラスのe-MLCテクノロジーを使用してSSDを2つ用意する必要があります。 Intel、Seagate、Toshibaなどにはそのようなものがあります。 から選択する価格と企業。 ブランドに損害を与えない場合は、サーバーのラインでIBM、Dell、HPの同様の製品を見つけてください！







SSD Nytro MegaRAIDキャッシングRAIDコントローラー



たとえば、3番目の例は、独自の外部データストレージシステムです。



したがって、SASの最も真剣な知識は、もちろん、データストレージシステムを製造する人や自分でやりたい人には必要です。 Open-Eによって作成されたソフトウェアである、かなり単純なストレージシステムに焦点を当てます。 もちろん、Windows Storage Server、Nexenta、AVRORAID、Open NAS、およびこれらの目的に適した他のソフトウェアでストレージを作成できます。 主な方向性を概説しただけで、メーカーのウェブサイトが役立ちます。 したがって、外部システムの場合、エンドユーザーが必要とするドライブの数はほとんどわかりません。 柔軟でなければなりません。 このために、いわゆるJBOD-ディスク用の外部シェルフがあります。 これらには1つまたは2つのエキスパンダーが含まれ、それぞれに入力（4ポートSASコネクター）、次のエキスパンダーへの出力、残りのポートはディスクを接続するように設計されたコネクターにルーティングされます。 さらに、2台のエキスパンダーシステムでは、最初のディスクポートは最初のエキスパンダーにルーティングされ、2番目のポートは2番目のエキスパンダーにルーティングされます。 これにより、JBODのフォールトトレラントチェーンを構築できます。 ヘッドサーバーの構成には内部ディスクがある場合もあれば、まったくない場合もあります。 この場合、「外部」SASコントローラーが使用されます。 つまり、ポート「out」を持つコントローラー。 SAS RAIDコントローラまたはSAS HBAの選択は、選択した制御ソフトウェアによって異なります。 Open-Eの場合、これはRAIDコントローラーです。 SSDのキャッシュオプションを処理できます。 ストレージシステムに多数のディスクがある場合、デイジーチェーンソリューション（後続の各JBODが前のサーバーまたはメインサーバーに接続する場合）は多くの理由で適切ではありません。 この場合、ヘッドサーバーには複数のコントローラーが装備されているか、SASスイッチと呼ばれるデバイスが使用されます。 これにより、1つ以上のサーバーを1つ以上のJBODに接続できます。 SASスイッチの詳細については、次の記事で説明します。 外部ストレージシステムの場合、フォールトトレランスの要件が高まるため、SASドライブ（NearLineを含む）のみを使用することを強くお勧めします。 実際、SASプロトコルにはSATAよりも多くの機能が組み込まれています。 たとえば、チェックサム（T.10エンドツーエンド保護）を使用した書き込み/読み取りデータの監視。 そして、すでに知っているように、その道のりは非常に長くなる可能性があります。







マルチディスクJBOD



最後に、世界の機器メーカーによるSASの現在の適応に関する情報を共有したいと思います。 今日のSASは、サーバーシステムとプロフェッショナルワークステーションの事実上の標準です。 AブランドとBブランドの大部分のサーバーシステムには、HBAとRAIDの両方のSASコントローラーが含まれています。 外部ストレージシステムの分野では、主要な機器メーカー（HP、EMC、NetApp、IBM）が数年前からシステムの内部アーキテクチャをSASに移行しています。 したがって、ここ数年でファイバーチャネルディスクは非常にエキゾチックになりました。 ファイバーチャネルは、主にサーバーをストレージシステムに接続する方法として、引き続き開発および開発されていますが、ローエンド、ミッドレンジ、およびプロフェッショナルシステムの分野では、SASのシェアが増加しています。



これで、SCSI全般、特にSASの歴史と理論の世界への遠足が終わりました。次回は、実生活でのSASの応用についてさらに詳しく説明します。