摘要
現今企業在
儲存方面經歷前所未有的
需求,卻又同時受到IT預算的限制。能夠提供符合企業
儲存擴充效能的序列
資料傳輸技術,正快速向
磁碟機互聯技術邁進,預期在不久的未來將會全面取代現有的平行架構。
在過去一向為桌上型電腦儲存配備的平行
ATA(Par
allel ATA)磁碟機,現在已被序列ATA (Serial ATA, SATA)磁碟機所取代,不但提高了磁碟機的效能標準,也在維持相同價格的情況下,除去了大量的
電纜線。專為企業儲存
功能設計、更為新穎的SATA磁碟機,為企業提供足以媲美
光纖通道(Fiber
Channel, FC)及S
CSI磁碟機的儲存可靠度。
與SATA演進有異曲同工之妙的
是序列連結SCSI(Serial Attach SCSI, SAS)磁碟機的出現。外型小巧(僅2.5吋)的SAS磁碟機,不但擁有更
好的I/O
輸出率及提升的可靠度,同時其擴充能力亦遠遠超越傳統平行SCSI磁碟機。
能夠同時支援SAS與SATA磁碟機,而
無需任何其他
連接的高效能SAS基礎架構,使企業能夠提供多樣化的儲存解決方案
選擇。這也是在企業運算史上,IT管理人員首度得以針對不同儲存與應用需求,在同一基礎架構內混合運用不同技術架構的儲存磁碟機。此項突破為O
EM與系統整合商提供了絕佳的機會,能夠運用一般基礎架構來滿足廣泛的
客戶需求。
快速擴充的企業儲存需求
許多因素加快了企業儲存成
長的腳步,同時也使得科技公司必須不斷因應
來自各種型態客戶的需求。而這些需求可粗略區
分為下列幾種:
* 更
高的儲存容量:企業對於儲存容量
日益
增加的要求來自於下列幾種新興領域,
包括多媒體、企業
資源規劃(Enterprise Re
source Plann
ing, ERP)應用、不斷增加的法令規章,以及對於備份及資料復原功能的日漸重視。
* 低成本儲存:在容量需求不斷增加的同時,企業的IT預算卻無法跟著追加。許多情況下,傳統的儲存
區域網路(S
torage Area Ne
twork, SAN)基礎架構太過昂貴,以致於無法符合日漸增加的需求。取而代之的是可提供同等可靠度與效能的低成本替代方案。
* 可擴充的儲存空間:與以往不同,現今企業的IT組織常被要求發展出一套可隨著業務成長延伸的基礎架構。在許多情況下,IT管理人員在擴充基礎架構時,仍經常必須被迫在低成本或高效能間,面臨困難的抉擇。
* 高效能儲存:ERP、
電子商務、資料倉儲及企業網格運算等新興企業需求不僅需要更高效能,更必須在不影響效能的情況下進行備份
數據。
現今企業儲存解決方案
儲存業界目前提供三種不同成本與效能的
硬碟機選擇:FC、SCSI/SAS及SATA(詳見表1)。
表1 企業儲存解決方案
基本上,不同的儲存技術能夠為不同需求市場帶來不同的優勢,可惜的是,這些技術若無價格高昂的連接技術,是無法相容在同一個基礎架構內。這使得企業僅能受限於某一項技術,同時擴充能力也被侷限。
FC與SCSI系統能夠提供高效能的選擇方案,如多專為高使用度的重要應用程式設計的主機
錯誤復原支援技術。FC與SCSI使用過去二十
年來受到企業認可的中介
軟體的共同
指令架構。在每
秒交易次數(trans
actions-per-
second)非常重要的環境,或者能在
工作量極
大的狀況下
保持低震動性的強壯
結構下,這些磁碟機就顯得相形重要。數以百計的磁碟機能在不影響效能、資料供應能力或數據可靠度的情況下協力運作。不僅如此,這些中介軟體應用程式都經過企業認可,提供低風險的儲存方式。
隨著企業資料量的增加,新的儲存應用也應運而生,使用者需要更低成本的替代方案,尤其是那些不需經常存取的資料。無需經常存取儲存的應用,如檔案封存、系統備份與數據參考等,都可善用低成本儲存技術。
此外,SATA磁碟機擁有比平行ATA更佳的可靠度,包括
更高的磁碟機平台可靠度、錯誤修正、佇列及
跳線開關的去除等新的優點,這些優點使得SATA得以
進入企業應用,發揮其作為網路
伺服器及備援磁碟
陣列(RAI
D)儲存的功能。另外,廠商除去了體積龐大的排線,在SATA
插頭裡增加了許多企業環境所要求的
熱機切換(
hot-
swapping)功能。由此可見,SATA磁碟機藉由提高平行ATA磁碟機原先的效能標準來支援這些應用環境,但是仍然保持桌上型電腦量產配備的價格,而這正是SATA磁碟機最大的優勢之一。
序列技術的革命
序列資料傳輸終將取代平行資料傳輸
傳統上,平行傳輸的
工程挑戰包括
串音、
接地彈跳、振鈴與時序差異等。然而,隨著資料傳輸速度的增加,這些挑戰已變得越來越難
克服,同時也已達到平行技術能夠負荷的上限。當磁碟機轉速加快、資料
密度增加時,磁碟機電子產品與控制卡間的
介面也必須能應付更快的資料傳輸,這時唯一的辦法就是使用序列資料傳輸技術。
序列磁碟機技術的普及程度,已逐漸與SAN與網路連結儲存(Net
work Attached Storage, NAS)環境所使用的互聯技術不相上下。而在SAN與NAS環境中,互聯技術必須能滿足
距離與儲存整合方面的需求。然而,這種用途只佔了磁碟機20%的互聯使用率,而目前市場上已發現若在要求提升系統可靠度、減少纜線擁塞(在纜線為必需的情況下),與擴充基礎架構以便更
快速的存取更多數據的情況下,則
端對端序列架構勢在必行。
目前大部分裝設於企業內的儲存基礎幾乎都是平行技術,且這種趨勢極有可能會持續一陣子。大部分的磁碟機供應商預估,未來幾年在技術上仍須繼續支援平行SCSI與ATA磁碟機的企業端客戶。然而,這些裝置並非完全沒有
問題,尤其當儲存系統擴充大幅超過原先的規劃時,有些裝置已經因為平行資料傳輸上的限制而
產生問題,同時也隨著數據傳輸速度的增加而變得更難管理。其他裝置也因為對於數據儲存
環境的要求日益增加而產生擴充方面的問題。因此,許多企業現在了解到必他們必須加快腳步轉移到序列介面技術,以應付日益升高的業務壓力,以及其對儲存基礎架構上逐漸增加的需求。
序列的選擇
Fibre Channel(光纖通道)
光纖通道磁碟機向來皆採用序列技術,而運作速度達4
Gbps的光纖通道系統已於2005年下半年出貨;8 Gbps的產品計劃也已獲得光纖通道產業協會(F
CIA)的認可。
光纖通道磁碟機通常應用於外接式儲存子系統,儲存子系統透過光纖通道SAN連接到主機上。雖然介面是以同樣的標準為基礎,但隨著應用內容的不同而有不同的
特性,例如子系統是連接至SAN,或是連接至磁碟機。主機匯流排介面卡(
Host
Bus Ad
opter, HBA)為主要運用於主機連接的方式,透過光纖通道開關,在到達外接式儲存次系統前進行溝通。在基礎設備所費不貲的情況下,使用者仍可在許多分散的主機間自由且快速地分享資料。同時,雙埠光纖
通道介面所提供錯誤
回復能力,是SAS等其他介面才剛要
開始發展的領域。
SAS-磁碟機於2005年中上市
2.5吋SAS產品的崛起,將新一代高效能、高使用度RAID系統的
高度縮減至1U大小。磁碟機介面速度的提升,加上比平行SCSI更優異的擴充能力,讓使用者可快速增加儲存容量,同時也提供比目前平行介面更佳的投資
保護。
此外,市場分析也預測2006年SAS磁碟機的裝設率將會提高,在SCSI的整體出貨量也將佔有極大的比重。SAS磁碟機將打入傳統SCSI市場,主要針對標準高流量伺服器市場,同時也會使用於外接式儲存與SAS擴充器市場。與光纖通道不同的是,SAS基礎架構並不被歸類為SAN,但其近端儲存擴充度仍比傳統的平行SCSI應用
高出許多。在某些情況下,SAS也算是進入了遠端儲存次系統,特別是以NAS為基礎的裝設。
SATA-企業級磁碟機現已上市
SATA磁碟機主要針對企業
用戶加以改良,並已大幅提高磁碟機可靠度。從SATA磁碟機以大量運用在需要全年無休工作
週期的伺服器,以及影像安全應用之上即可得到證實。主動式震動更正技術可解決因某一磁碟機震動而影響到鄰近磁碟機運轉所造成的問題。同時,新一代的SATA 3.0Gbps磁碟機具有原生指令佇列(Native Command Queuing, NCQ)功能,使主機板上的
處理器得以重新排列I/O的
讀寫。這個功能不但可以減少
讀寫頭的動作,同時也能使
等待磁盤移動到適當位置的
時間降至最低。雖然NCQ的效能無法與光纖通道或未來SAS磁碟機的佇列相提並論,市場仍認為除非是經常由大型伺服器所處理高負載量,或是非常不規則的
資料庫工作量,否則NCQ對於處理許多
主流伺服器的工作仍是游刃有餘的。
這些新增的磁碟機改良不僅有助於大幅增加資料可靠度與使用度,也將大幅提升SATA磁碟機為重要企業應用程式所採用的接受程度。雖然這些磁碟機的企業
版本可能比一般桌上型電腦的配備要貴上25%至40%,但就另外一個方面而言,往往也有為企業所設計、成本較低的替代方案。SATA磁碟機可利用既有的SATA軟體運作,代表不需要裝設新的裝置驅動器。而從先前的軟體驅動程式、到以新的序列介面來操作
作業系統I/O的
調頻,都已在控制卡上
完成。
企業未來的解決方案-建置於SAS基礎架構上的SATA
SAS基礎架構可同時支援SAS與SATA磁碟機
SAS基礎架構可同時支援SAS與SATA磁碟機。在SAS發展初期,SAS介面最初的設計由SATA介面的「超集合」而來的。因此,SATA磁碟機可與SAS連接器相連接,但SATA磁碟機卻無法與SAS連接器連接。SAS基礎架構的其他優點還包括無須橋接功能,無跳線開關,也無需更換軟體。SAS協定提供的偵測功能,讓主機
控制器能夠感應到與系統連結的磁碟機為SAS或SATA,進針對磁碟機的屬性而加以調整。
彈性的擴充能力
在儲存技術的革命中,SAS基礎架構首度為業界建立起同時擁有價格合理、容量可靠,以及效能優異這兩項優勢的企業儲存基礎架構。其中,SAS擴充器使裝設有SAS或SATA磁碟機的系統得以大幅擴充。而SAS基礎架構的雙埠特性提供錯誤復原結構的功能,不論在使用哪種磁碟機時皆可運作。
先前的SATA承接了與主機一對一的關係,因此無法接受多主機的組態設定。而具有SAS協定的SATA通道結構,使SATA裝置即使在不知道
請求是來自於哪一主機的情況下仍可運作。SATA的一對一關係是在連接到SATA磁碟機的端點上進行管理,而這也是SAS與SATA端對端性質的另一項優勢。
在企業之中所儲存的數據價值是會隨著時間而改變的,而資訊生命週期管理(In
formation Life-
cycle Management, ILM)的概念正闡述了數據的變動本質。例如在對的時間、對的地點
補充貨架上對的貨品這一類的資訊可能在以前是非常重要的;但現在卻只能用作業務分析、參考紀錄或是符合安全規範的證明之用。
SAS基礎架構為富挑戰性的企業環境帶來極高的價值,讓儲存配件在企業內可隨著數據系統需求的改變而重新安排。目前高效能ERP應用程式可以在一開始使用SAS磁碟機,以因應I/O效能上的需求;而隨著數據的累積,在未來需要更新更多的儲存次系統來滿足日益成長的效能需求時,SAS配件可隨著SATA磁碟機的重新整理,擴充可使用的儲存空間以符合安全規範。
SAS+SATA組態範例
SAS系統擴充能力
SAS可藉由低成本的擴充裝置,也就是擴充器,達到每一連接埠可容納達16,000個裝置。一般的擴充器通常稱為邊緣擴充器,最多可容納128個裝置而不會使得製造途程對照表變得複雜。一般而言,邊緣擴充器是藉由
串聯的方式,以提供所須的連接埠,以支援配件內或層架上的許多磁碟機。若是更複雜的裝設則需扇開擴充器,在多種邊緣擴充器之間分配流量路徑,以提供更高的擴充能力。
圖1 SAS系統擴充能力
SAS效能與使用範圍
由於SAS允許連接埠的聚合,因此主機與儲存配件間的高頻寬連接使SAS可以支援許多磁碟機。圖二
顯示四埠的JBOD (Just a Bunch Of Disks/Drives-與RAID不同)的連接,可使用標準鋪線技術來裝設,並提供主機24 Gbp的集合頻寬。SAS的雙埠特性也提供高度利用的錯誤復原能力,在主機出錯的狀況下,仍能對所有儲存裝置進行存取的動作。而不論是SAS或是SATA磁碟機,都可以直接附加在主機控制器裝置上,或是經由擴充器運作。
圖2 SAS效能與使用範圍
軸輻式基礎架構
軸輻式基礎架構可藉由分級效能達到節省成本的目的。而位於核心基礎架構的中央IT辦公室要求高效能與高可靠度的基礎架構。此架構除了提供遠端辦公室備份與數據共享的功能之外,其他關鍵系統如採購也是由此一基礎架構控制,而上述這些應用需要藉由SAS磁碟機來提供最
高速度與可靠度。
試想一個遠端辦公室可能有2到1,000名員工,並僅須支援該辦公
室內的需求,藉由中央集線器上備份並整合數據,在可以接受每一個磁碟機上較低
平均故障間隔(Mean
time be
tween Failure, MTBF)的情況下使用RAID。由於SATA磁碟機符合這些要求,而且因為其具有比SCSI/SAS磁碟機更高的單機容量,所以能節省額外的成本。
SAS基礎架構能提供一般的儲存平台,在中央或遠端辦公室使用。這兩種辦公室可以用同一種儲存基礎架構,但是整體成本是否能降低,得等到個別辦公室使用適合的磁碟機型式(中央使用SAS,而遠端使用SATA),並擴大基礎架構後才能得知。
圖3 軸輻式基礎架構
結論
採用SAS基礎架構是IT採購人員首次可以藉由裝設單一儲存基礎架構,來同時滿足對彈性與擴充能力需求的
方法。企業可採用SAS磁碟機來滿足對於高
性能的需求,另一方面利用SATA儲存來滿足對於高容量的要求,以因應企業的多變而加以彈性擴充。彈性加上結合SAS與SATA磁碟機(使用共同的元件如纜線、連接器、配件以及
底板)所提供的效益,將可使企業符合新需求而毋須增加既有的IT預算。