SAS与SCSI区别及SATA.docx

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SAS与SCSI区别及SATA

SAS与SCSI区别

SAS与SATA区别

消费级硬盘\企业级硬盘\服务器级硬盘

关键词:

SASSCSISATA

首先看看什么是消费级硬盘、什么是企业级硬盘、什么是服务器级硬盘,恐怕各厂商对它的理解不尽相同,但是有一点是肯定的,企业级/服务器级硬盘一定比自家的普通硬盘“贵”,但它究竟贵在哪呢?

目前市场上,“企业级硬盘”往往指的是那些具有更长无故障工作时间（MTBF上,具有限时错误恢复等功能的硬盘。

他们在外观、接口上几乎和普通硬盘一样,在传输速率、IOPS、功耗、噪音上也不会比普通硬盘提高很多,但是这些硬盘适合企业的24x7长时间工作、为硬盘阵列进行过特别优化,具有一定的数据保护能力。

而服务器硬盘则要苛刻的多,除了企业级硬盘所需长工作时间外,还要应对超大的数据量访问,所以需要更好的传输速率、更高的可靠性、更低的cpu占用、更低的寻道时间、更高的IOPS（每秒操作数等等。

要做到这些,必须提高主轴转速和磁头马达的能力,服务器硬盘一般转速都达到了10krpm或者15krpm,相比普通硬盘的7200rpm提升巨大。

除了转速和PCB的改进,服务器硬盘一般采用SCSI、SAS、FC（光纤、较少接口来辅助实现高性能、高可靠的特点,这其中又以SAS最先进。

SAS3Gb/s接口。

看上去SAS接口和SATA没有什么区别啊,针数完全相同,其实是有很大区别的。

首先是SATA的数据口和供电接口不相连,其次是SAS接口背面还有触点（冗余接口。

SAS,为何神奇

SAS硬盘不算是新鲜事物了,但实际上和SCSI的占有率对比可能也只到2:

8,这是因为SCSI垄断了服务器硬盘大半个世纪,而随着SATA在企业及硬盘上普及,取代SCSI的SAS也开始得到广泛的应用。

SAS与SATA:

串行技术-包括SAS（串行连接SCSI和SATA（串行ATA-比旧款的IntelXeon服务器有了更好的RAS性能。

当存储环境需要简化配置或优化成本/容量时,专为桌面应用而设计的SATA成为理想选择,而SAS则能为带宽要求更高的主流服务器和企业级存储提供所需的高性能、高扩展性和可靠性。

SAS满足了诸如网上购物和银行交易等事务性数据应用环境中对高频率和即时、随机数据存取的需求。

SAS将SCSI的可靠性和强大功能与串行技术的性能与优秀设计相结合,为我们带来以下关键特征和功能:

性能-第一代产品性能达到3Gbps,宽端口合成带宽,全双工传输,端口集合,高级命令队列组合,丰富的SCSI命令功能组

可扩展性-对物理设备的寻址范围宽,长电缆、小接头,可接入外部存储系统

可靠性和可用性-点对点连接,通过扩展器实现多服务器（initiators并发访问,

支持双主动式端口和针对目标设备的冗余路径

灵活性-与SAS和SATA硬盘在物理和软件上均兼容,并向下兼容SCSI软件和中间件

设计尺寸:

我们知道,此前主流的桌面磁盘和服务器磁盘都是采用3.5英寸设计,而SAS硬盘除了具有传统的3.5英寸规格之外,还采用了2.5英寸的缩小版,这样可以在机架式服务器有限的空间内安装更多的磁盘以扩充存储系统的容量,也能够为其他配件腾出更大的空间,以便通风散热,在2U高度内使用8个2.5英寸的SAS硬盘位已经成为大多数OEM服务器厂商的选择。

性能:

第一代SAS的数据吞吐能力达到3Gbps,为了紧跟不断增长的微处理器速度和越来越高级的应用需求,其后续几代速度将逐级加大直至12Gbps。

另外,SAS采用多路点对点连接,支持容错性设计。

SAS的全双工、点对点设计实现了多服务器（initiators与高性能SAS目标设备之间的同步主动连接。

设备在同一时间内能够以双方向传输数据,有效地使链接的可利用带宽得到双倍加强。

窄端口允许单路串行链接,而宽端口则支持多路链接,获得面向8路SAS或SATA目标的合计带宽,将总带宽提高到24Gbps（见图。

通过多个PHY的结合创建宽端口,支持大型SAS拓扑中对带宽的显著需求。

和SCSI一样,SAS的高级命令队列包含256个不同的队列组合方式,可提供独特的智能数据处理功能,如head-of-queue和out-of-order队列。

这些队列功能在企业应用中起着关键作用,允许一个系统在接口内对命令进行重新组织和优化。

由于使用更先进的线缆,SAS更可用于构建大型高性能拓扑。

SAS摒弃了用于信号传输的68针宽型带状线缆和供电电缆,代之以一根长达8米的瘦型4线SAS线缆。

这种紧凑式设计加强了机箱中的空气流通,并简化了设备的热插拔连接。

灵活性:

SAS的关键优势之一在于其背板设计和协议接口,允许在同一系统中同时使用SAS和SATA硬盘。

虽然这两种硬盘通常被用于不同应用,但许多企业用户可能需要兼而用之。

这种混合匹配不同类型硬盘的能力将使系统集成商和最终用户都大受裨益。

SATA硬盘专为成本有效性存储而设计。

为达到经济实用的目的,SATA硬盘采用较低的转速（通常为7200rpm和平均无故障工作时间（即MTBF-MeanTimeBetweenFailure,因而成本也比较低。

因此,此类硬盘倾向于在事务性处理少、数据可用性非关键指标的应用中被采用。

另一方面,SAS硬盘则是专为高性能、高可靠性应用而设计的。

SAS硬盘工作于更高的转速（10,000到15,000rpm,配备旋转震动补偿以保证数据准确度,因此具有更高的可靠性。

SAS硬盘将被使用于数据量大,数据可用性极为关键的应用中。

由于SATA连接器信号是SAS信号的一个子集,SATA硬盘与SAS控制器是全兼容的-包含在SAS中的SATA隧道协议（STP可将SATA命令传递到SATA硬盘。

而且,由于SAS连接器设计采用单一统一背板,在一个系统使用两种类型的硬盘就变得极为简单。

这种兼容能力减少了存储设计的成本和复杂性,使设计选项变得更加多样化。

SAS-SATA兼容能力还允许系统集成商使用通用连接器和电缆来设计混合存储系统。

在同一系统中安装或升级SATA或SAS硬盘简单到仅需将一种类型的硬盘换成另一种-SAS背板连接器可同时接纳SAS和SATA硬盘。

由于SATA背板连接器只能连接SATA硬盘,因此,带SAS连接器的背板将具备更好的设计灵活性。

SAS向下兼容前代SCSI软件和中间件的能力同样使其可轻松地将原有部件、主机和硬盘融合到新的SAS拓扑中,无需启动新的培训,花费集成成本,或对原有软件进行修正。

扩展性:

并行总线的扩展能力由于其共享连接通道而受到限制,即使通过多台服务器（initiators增加总线数量也无助于扩展这种受限制的能力。

SAS则利用扩展器硬件担当其交换设备简化大型外部存储系统的配置。

这种扩展器硬件帮助实现了灵活的存储拓扑,最大可混接16,256块SAS/SATA硬盘。

SAS扩展器硬件的功能就像一台用来简化大型系统配置的交换机。

该系统通过最小化潜伏时间得到扩展,而将带宽留给增大的工作负载。

例如,一个扇出型SAS扩展器能够连接多达128块设备,包括以窄链或宽链形式连接的服务器（initiators、SAS/SATA硬盘和其它SAS边缘扩展器。

这些额外的边缘扩展器同样也能连接其它主机和硬盘,提供额外的连接节点。

包含于SAS的SCSI管理协议（SMP被用于管理拓扑中的这些点对点连接（见图。

可靠性:

多主机（initiators模式长久以来一直被企业计算环境所采纳,即为多台主机或主机总线适配器（HBA--或两者兼而有之--提供硬盘访问,保证在一台设备出现故障时能继续访问数据。

但是,在并行技术配置下使用多主机无法消除可阻断硬盘访问的单点故障问题。

而使用SAS则可利用双端口化的硬盘来构建高可用系统,消除任何单点故障。

另外一种利用SAS提高系统容错能力的途径是使用扩展器将多个硬盘连接到多

台主机服务器,以此维持对众多硬盘的并发操作。

命令向下传达到一条链路,而数据通过另一个连接上的链路返回,进一步加大了系统的容错性。

背面的PCB和15k5以及NS有了明显区别,芯片全都内藏了,这样可以有效避免磕碰和划伤。

其他特性:

采用第二代垂直记录技术,硬盘存储容量高达450GB。

具有更高性能,持续数据传输率高达164MB/秒,提高28%。

该3.5英寸硬盘拥有160万小时MTBF的极高可靠性

采用PowerTrim?

希捷专利技术,使闲置功耗（瓦/GB降低了61%。

先进的读/写技术将错误率降至1x10-16?

具有FC或SAS接口

希捷Cheetah15K6,外观

盘体和上代产品比较想象,Cheetah15K6侧面无操作孔,因此我们看不到消费级硬盘上的密封纸片。

另外可以看到Cheetah侧面的固定孔位比消费机硬盘多了不少。

ST3450856SS,ST/3/450/8/56/SS的意义就是希捷3.5寸450GB8磁头15k6系列SAS接口硬盘。

SAS3Gb/s接口。

评测:

希捷Cheetah15K6,关键存储首选

SAS服务器硬盘以希捷马首是瞻,而希捷的服务器硬盘中,又以Cheetah15K系列最具代表,今天评测是Cheetah15K6,最新一代的顶级服务器硬盘。

第六代希捷Cheetah15K.6是世界首款采用自加密技术的硬盘,也是企业（监控集中存储市场上顺序性能和交易性能超高的一款3.5英寸硬盘产品,与前一代产品相比,其闲置功耗（瓦/GB降低了61%。

希捷Cheetah15K6,参数和特性

450GB型号:

ST3450856SS,4碟装,标称每秒读写164MB。

功耗:

待机12.4w/典型17.3w,这比消费级硬盘高了许多,但是作为15K转的服务器硬盘来说,这已经非常低了,闲置功耗相比前一代产品降低了61%。

拆去PCB,可以看到主轴和磁头马达位置类似,不过散热孔的位置有点变化。

PCB看上去更像是ES.2SAS的设计。

希捷Cheetah15K6,芯片

Mavell88i6062-BEH1主控芯片。

现代HY5DU283222B16MB缓存。

Mavell88C8801-NNR2控制芯片。

Smooth马达控制器。

测试方法

这块450GBCheetah15K6可用容量419.06GB,在1024换算中损失一些。

双盘Raid0阵列后。

测试配置:

ATTODiskBenchmark

是一款比较流行的硬盘测试工具,也是这次测试中最重要的软件。

ATTODiskBenchmark是由ATTO公司出品的一款磁盘/网络性能测试工具,该软件使用了64KB—256MB的测试包,数据包按0.5K、1.0K、2.0K直到到8192KB进行分别读写测试,测试完成后数据用柱状图的形式表达出来。

很好的说明了文件大小比例不同对磁盘速度的影响。

我们是用的是32MB测试包检验0.5—1024KB的读写速度。

HDTach

HDTune

小巧易用的硬盘工具软件,其主要功能有硬盘传输速率检测,健康状态检测,温度检测及磁盘表面扫描等。

另外,还能检测出硬盘的固件版本、序列号、容量、缓存大小以及当前的UltraDMA模式等。

虽然这些功能其它软件也有,但难能可贵的是此软件把所有这些功能积于一身,而且非常小巧,速度又快,更重要的是它是免费软件,可自由使用。

FDBENCH

是日本开发的一套测试磁盘传输效率的应用程序,它可以测试磁盘读取、写入、随机读取、随机写入、以及复制文件等功能。

测试项目更接近日常使用情况,相比较ATTO,它的成绩更适合作为选购产品的参考,而ATTO则更倾向于测试极限读取性能。

可能有网友要问,这四款软件有什么不同,为什么要同时使用四款软件,其实他们各有特色,但是主要功能还是类似的,就是测试存储性能。

将四种软件测试都进行,并不是为了给自己找麻烦,主要考虑到不同软件对不同读卡器、不同卡的兼容性不一样,表现出的差异有时无法解释,故而将所有数据放上以求避免兼容性带来误差。

另外,也是考虑到网友会习惯使用某种软件,或者有所偏爱,多个项目的成绩参考也可以自由取舍。

至于WOW文件实际拷贝,主要是测试实际读写的感受,这个文件夹包括了视频、音频、图像、数据等各种类型文件,文件体积大小差异明显。

这样的拷贝和平常使用硬盘习惯相仿,超过8GB的数据量也足以保证数据可信度。

实际应用测试:

测试硬盘在Windows下各种应用中的性能,比如Vista启动,导如音乐等,主要通过PCMark软件进行,还有老牌的H2Benchw软件。

测试用SAS卡

SAS控制器可能会影响到磁盘的性能,尤其是阵列的性能,当然,很多消费级的测试软件在SAS阵列测试时也有不兼容现象。

RocketRAID2640x4是高性能的SASRAID控制卡,给数据密集型行业提供可靠性需求,例如分层环境（disk-to-diskordisk-to-disk-to-tapebackup,安全和监视,视频编辑和数字内容创作等。

RocketRAID2640x4支持RAID0,1,5,10和JBOD,提供四个内置SAS/SATA接口,就像前面介绍的,并不能从板卡的SAS接口上区别SATA和SAS。

作为未初始化的SAS盘来说,需要在SAS卡的Bios中进行创建,否则不能使用。

对比用硬盘

为了体会出Cheetah的性能,我们选择了两块主流硬盘做对比测试。

这是万转SAS硬盘CheetahNS,ST3400755SS,16MB缓存,400GB容量,4碟,10000rpm。

希捷酷鱼ES.2SAS1TB,32MB缓存,7200rpm,单碟容量250GB。

另外还加入Cheetah15K6双盘做Raid0后的成绩。

速率测试,ATTO对比

ATTODiskBench,写入172.1MB/s,读取176.6MB/s,这么高的持续读写让单碟375GB的产品都汗颜。

CheetahNS,写入98.5MB/s,读取98.9MB/s,持续读写并不是服务器硬盘的强项,毕竟单碟容量不大,但是Cheetah的外圈可以达到98MB/s以上,相当于7200rpm硬盘中单碟250GB的成绩,非常不错。

这是ES.2SAS的成绩,单碟容量250GB,持续传输比Cheetah更高,但是远不及Cheetah15k6。

速率测试,HDTach对比

HDTach测试（红色:

突发—238.5MB/s,外圈读取最高185MB/s左右,平均读取147.2MB/s,平均写入147.0MB/s。

平均访问时间6.5ms,CPU占用1%左右。

CheetahNS:

突发—173.1MB/s,外圈读取最高102MB/s左右,平均读取84MB/s,平均写入83.7MB/s。

平均访问时间8.8ms（实际应为7.5ms左右,CPU占用1%左右。

速率部分,ES.2SAS的平均访问时间12.2ms,读取99MB/s。

日本权威的FDBench软件:

读取—167.9MB/s,写入—163.6MB/s,速度和ATTO有些差距,不过比较接近实际性能。

HDTune读取测试:

平均139.9MB/s,最大170.2MB/s,突发111.3MB/s。

曲线和HDTach类似,一致性不错。

写入测试:

平均139.4MB/s,最大177.0MB/s。

曲线一致性不错。

实际应用测试

WOW（魔兽世界文件目录拷贝,条件是每块硬盘只做一个分区,完整格式化以后的空盘。

先将WOW目录拷进这个分区,然后同分区内复制,记录复制时间。

写入,将文件从平台硬盘拷向希捷Cheetah15K6,时间62.03秒,平均速率138.03MB/s

将文件拷向平台硬盘,即读取速度。

时间70.16秒,平均速率122.05MB/s。

盘内拷贝,时间72.53秒,平均速率118.05MB/s。

PCMarkVantage得分:

5190

各项应用的传输速率:

CrystalMark,硬盘测试得分17173。

速率测试,双盘Riad0

ATTODiskBench,写入334.2MB/s,读取346.4MB/s。

HDTach测试（红色:

突发—373.7MB/s,外圈读取最高250MB/s左右,平均读取222.9MB/s,平均写入241.9MB/s。

看来我们是遇到了这块PCIE4x阵列卡的瓶颈了,250MB/s的瓶颈。

平均访问时间5.7ms,CPU占用4%左右。

FDBench软件:

读取—304.3MB/s,写入—311.2MB/s,速度和ATTO有些差距,不过比较接近实际性能。

HDTune读取测试和HDTach类似,250MB/s的瓶颈限制了。

写入测试,曲线完全错误了,无法参考。

PCMark得分6517。

各项应用的传输速率。

CrystalMark,硬盘测试得分23064。

IOmeter对比测试,MaxIO和MaxThroughput

IOMeter测试可以全面考量硬盘的各项性能,尤其是I/O性能。

IOps多用于数据库等场合,衡量随机访问的性能。

这是在512Byte下（Random=0,读取IOps（每秒读取操作数成绩:

ES2SAS竟然如此之高,不过这种极限应用并不多。

512B,随机（Random=100%读取IOPS:

Cheetah15K6Raid0的巨大优势开始显现。

512B,随机写入IOPS:

写入方面,Cheetah15K6竟然比raid0还高,可能是阵列卡的原因。

在最大吞吐量的情况下,IOps成绩:

持续读取速度:

和其他软件测试的几乎一样。

占用率,Cheetah15K6（Raid0最高,CheetahNS最低。

IOmeter对比测试,Workstation

在Workstation脚本下,我们考量四个数据:

IOps、MBps、cpu占用、响应时间。

和100%随机读写情况类似,15k6明显强于NS。

在吞吐量上也是如此。

响应时间上看,随着队列深度差距加大,仍然是15K6（Raid0遥遥领先。

CPU占用率,都很接近,Cheetah15K6稍高。

IOmeter对比测试,WebServer

WebServer脚本最大的特点是Random=100%。

在这里,15K6的优势更大。

吞吐量上也是如此。

响应时间上15k6和NS比较接近。

cpu占用15k6（Raid0）偏高点。

总结强大的持续读写和随机操作能力，相对较低的功耗，再加上160万小时的MTBF，希捷Cheetah15K6450GB是关键任务和互联网服务器的理想选择。

原文作者：

小熊在线—Asimove