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SAS技术将磁盘存储推向新高度

NetApp 公司预计 , 串行连接的 SCSI(SAS) 互联将在未来几年内成为光纤通道的替代品 , 作为企业存储系统中高性能存储驱动器互联的首要选择。

早在几年前 , NetApp 就在 FAS2000 系列中将 SAS 驱动器列为发送可选设备 , 并于最近推出了首款基于 SAS 的存储磁盘架 : DS4243 。此款全新的磁盘架可为企业提供其所需的密度、灵活性和可靠性,获得帧阵列级弹性。

为此 , Tech OnTap 邀请了技术营销部的 Chris Lueth 与核心系统存储工程团队的 Doug Coatney 进行了一次会谈 , 以了解更多信息。我们将该问答会议内容划分为三大主题:

  • SAS 技术与光纤通道技术的对比
  • 全新的磁盘架技术
  • 带外管理能力

SAS技术


Chris Lueth NetApp 为何将存储基础设施的技术由光纤通道转为 SAS

Doug Coatney: 大多数 Tech OnTap 读者可能已经认识到 , 存储行业正在实现由光纤通道向 SAS 存储的转变 , 以满足高性能存储的需求。 2008 年时,作为光纤通道磁盘发运的 SAS 磁盘数量约为 2 倍。据预计,到 2013 年时, SAS 发运量将占硬盘市场 60% 的比例,而光纤通道将完全停止发运。

 

Actual HDD shipments (2008) and forecast shipments (2013)

1 硬盘实际发运量 (2008) 与预计发运量 (2013) 。SAS 极大地影响着光纤通道市场和并行 SCSI 磁盘所占的市场比例 , 而 ATA 的市场份额则保持相对稳定。

Doug SAS 共有三大技术优势:

  • 点对点隔离
  • 带宽的增加
  • 连接性的显著增强
上述三大能力将为 SAS 部署提供显著优势。

FC versus SAS topology

2 光纤通道与 SAS 拓扑的对比图。

点对点。 SAS 使用一项类似于以太网交换机的无阻塞交换机 ( 扩口器 ) 点对点方法。扩展器能够全面隔离每个连接设备,从而防止影响环网拓扑 ( loop-based topologies) (如光纤信道通道仲裁环路( FC-AL ,用于连接光纤通道磁盘的协议))灵活性的问题发生。 SAS 扩展器可以提供路径切换、判断和集中管理,并且可以疏导流量,确保所有设备合理共享带宽。

带宽。 目前的光纤通道带宽为每端口 4Gb/ 秒。我们已经将端口 PCIe 适配器的带宽加宽 4 倍,因此每个 PCIe 插槽的 FC-AL 总带宽为 16Gb/ 秒。

NetApp® DS4243 产品支持的 SAS 连接带宽为 3Gb/ 秒。针对相同的 PCIe 插槽而言,一个 SAS 四端口适配器中每个端口的总带宽为 12Gb/ 秒,四端口的总带宽为 48Gb/ 秒。

通过一个 SAS “ 宽端口 ” 便可实现由存储控制器至磁盘子系统的连接。 标准的宽端口是四条共同协作的 SAS 通道,以提供最大吞吐量。 由于 SAS 带宽为 3Gb/ 秒,因此四个端口便可产生 12Gb/ 秒的最大总带宽。这可为存储系统提供一条足够宽的通道,支持数据自由出入磁盘子系统。有了这些通道,存储控制器和磁盘架之间的连接可具备更高带宽和更强的错误恢复能力以及平衡带宽和路径冗余的功能,从而实现了由 SAS 连接至大量磁盘驱动器的安全扩展。

连接性。 有了 FC-AL , 一个环路上支持的最大理论驱动器数量便可增加到 126 个。

连接到单个 SAS 端口的 SAS 驱动器数量主要受到了性能方面的限制。在 SAS 域中,使用扩展器可以支持 16,384 个特定寻址设备。一个“扇出端”扩展器可以连接到 128 个边缘扩展器上,每个边缘扩展器能够连接 128 个磁盘驱动器: 128 x 128 = 16,384 。(这是理论最大值。请参见以下部分,了解支持 DS4243 的驱动器数量。 )

Chris: 光纤通道磁盘和SAS磁盘之间的区别是什么?

Doug SAS 磁盘和同等光纤通道磁盘的主要区别在于两者的接口电子装置不同。由于 SAS 磁盘驱动器与现有光纤通道磁盘驱动器在机械方面相同,且使用了相同的 SCSI 命令集,性能和可靠性特性也相同,因此 SAS 磁盘驱动器不会带来新的技术风险。 SAS 磁盘驱动器仅使用了不同的串行通信协议。

NetApp DS4243磁盘架

Front and rear views of the DS4243

图3)DS4243的前后视图。

Chris : 能否总体介绍一下全新 NetApp 磁盘架的特性

Doug NetApp DS4243 磁盘驱动器扩展架由 NetApp 公司设计 , 并针对 NetApp 存储系统进行了优化 , 这是用户应了解的主要内容。全新磁盘架的 SAS 带宽为 3Gb/ 秒; SAS 宽端口(共四条通道,每条通道 3Gb/ 秒)用于连接存储控制器与磁盘架。 4U 机架式机箱最多可支持 24 个磁盘驱动器(全部为 SAS 或全部为 SATA ),较前代磁盘子系统的密度提升了 22% 。磁盘架采用了 SAS 技术(在磁盘架与控制器之间以及磁盘架内),支持被称作“替换控制路径 ( alternate control path — ACP ,最后一节中有更多信息 ) ”的全新带外管理功能。

完全冗余的磁盘架电源 : 一个装有 SAS 驱动器的磁盘架需要四个电源 , 一个带有 SATA 驱动器的磁盘架需要两个电源。磁盘架还包含四个用于容纳电子模块的 1U 托架。其中两个托架装有 SAS I/O 模块 (IOM3) 。其余两个托架目前并未使用。托架采用的机械和电子设计均符合行业标准的存储桥接坞 (SBB) 规范。 SBB 规范中针对磁盘架接口灵活性和标准的规定有助于优化技术移植。例如,目前的 DS4243 组件可以在未来的 SAS 存储技术中继续使用。

Chris : SAS 堆栈 是什么

Doug NetApp 所用的术语 “ 堆栈 ” 是指正确连线与互连的 SAS 磁盘架与适配器的集合。 除了 FAS2040 与 FAS2050 中每个堆 栈 仅能提供 4 个磁盘架以外, NetApp 其它产品中每个堆 栈 最多能支持 10 个磁盘架,总共 240 个驱动器。 SAS 和 SATA 驱动器可以在同一堆 栈 中混合使用,但不能在同一磁盘架中混合使用。

Chris : 全新磁盘架如何支持 SATA 磁盘驱动器?

Doug SAS 较光纤通道的另一潜在优势是 , SAS 通过串行隧道为 SATA 驱动器提供本地支持。任何 SAS 磁盘子系统均可支持 SAS 与 SATA 。然而,串行隧道不支持 SATA 磁盘的多条路径,这将导致高可用性 (HA) 配置无法实现。

为了摆脱该限制 , 用于 DS4243 磁盘架中的 SATA 驱动器托盘包含一个 SATA 至 SAS 的网桥。这说明,存储控制器与每个磁盘之间使用了本地 SAS 协议(具备多路径能力),不论何种类型。

Chris : 利用全新磁盘架需要做什么准备

Doug 您需要准备装有可用 PCI Express (PCIe) 插槽的 NetApp 存储系统、 SAS 适配器、 Data ONTAP® 的正确版本以及磁盘架硬件和线缆。

除 FAS 2020 以外 , 目前发运的所有 NetApp FAS 、 V-Series 和 SA 存储系统均支持 DS4243 。如果您想在现有存储系统上安装新磁盘架,您至少需要一个可用的 PCIe 插槽(用于容纳一个 SAS HBA ),或者您可以在 FAS2040 上使用嵌入式 SAS 端口。您还需要 Data ONTAP 7.3.2 。由于驱动器托盘配置不同,因此您现有的 DS14 系列产品磁盘架和 FAS2000 系列不能用在 DS4243 中。

Chris : 全新磁盘架中是否采用了增强型灵活性特性

Doug DS4243 专门设计用于提供更好的灵活性、故障隔离能力和恢复能力 ( 较先前所有的 NetApp 磁盘子系统而言 ) 。除了上述 SAS 能力以外,它还具备冗余组件和总线、非易失性事件日志和无中断固件更新的功能。除 FAS2040 的 SAS 端口数量有限以外,所有支持的配置均可提供双路径连接或多路径 HA(MPHA) 。此外, DS4243 具备的带外管理能力还能够提供帧阵列级弹性,这是首个具备该功能的模块化存储磁盘架。 该特性是对 SAS 协议的带内灵弹性功能的补充。(请参见以下部分了解更多信息。)

通过ACP实现带外管理

Chris: 您能否就 DS4243 的带外管理功能做更详细的介绍

Doug DS4243 的带外管理功能采用了替换控制路径 (Alternate Control Path — ACP) 技术。 ACP 提供了进入磁盘架的另一条路径。它完全独立于 SAS 数据路径之外,并为磁盘架模块提供了全新的无中断恢复能力,其中包括重置或重启单个 I/O 模块 (IOM) 或整个域(即域上的所有 IOM )。此外,它还具备重启整个磁盘架的能力。每个磁盘架含有两个 IOM 模块,每个 IOM 模块含有一个 ACP 。全新 ACP 技术全面提升了 Data ONTAP 能力,可以自动重置故障组件,在不中断运行的情况下自动返回完全运行模式。

虽然 NetApp 强烈推荐您使用 , 但是 ACP 技术并非必需。由于 ACP 完全独立于数据路径之外,因此未连接或未运行 ACP 时数据路径仍可继续正常工作。

Chris ACP 使用什么类型的网络

Doug ACP 使用一个专用以太网网络。 存储架通过菊花链拓扑实现回扫连接,以实现更强的灵活性。 IP 地址由 Data ONTAP 自动分配。(默认范围可以修改。 ) Chris: 通过配置 ACP 可以实现哪些优势?

Doug : 由于存储控制器能够在不与通道通信的情况下重置存储通道,因此 ACP 可以显著提高数据的可用性。 如果通道关闭或出现故障,系统无需外部干预便可实现快速重置,重新恢复在线工作的状态。 ACP 支持存储系统以重启的方式从故障中恢复,这是 ACP 技术的一大优势。 NetApp 的所有存储平台或存储级别均支持该特性,而其它厂商仅在其最高的一层存储中才提供该特性。


结论

DS4243 磁盘架的推出标志着 NetApp 在简化存储环境方面上升到了新的高度。凭借 DS4243 ,您可享受到一个磁盘架满足所有级别存储的便利。 符合行业标准的存储桥托架架构具备支持未来扩展的灵活性,您可以在性能卓越的 SAS 磁盘或容量超大的 SATA 硬盘中任选其一(或采用两者)。

 对 SAS 或 SAS 存储子系统有何看法 ?

NetApp社区网站欢迎您在此提出问题、交流想法和分享观点。

Doug Coatney

Doug Coatney
首席存储软件工程师
NetApp

Doug在存储行业已拥有23年的从业经验,最近10年中一直供职于NetApp。他在开发NetApp磁盘子系统过程发挥着重要作用。NetApp拥有十多项基于Doug的工作成果的专利。

Chris Lueth

Chris Lueth
技术营销工程师
NetApp

Chris 拥有超过 17 年行业经验。自 6 年前加入 NetApp 以来 , Chris 参与了极为广泛的 技术领域实践 , 其中涉及 NearStore® 部署、 RAID-DP® 、 SnapLock® 、入门级、中级和高级平台以及存储弹性。 Chris 曾担任芯片设计工程师,参与首个多处理器主板芯片组的开发工作。随后他转向 UNIX® 系统治理,而后又专注于存储技术。

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