專題7-4《SAS硬盤基礎(chǔ)》(V1.0)課件

1、 SAS硬盤基礎(chǔ)硬盤基礎(chǔ) 作者：毛澤安工號(hào)：04739課程目的：課程目的： 通過(guò)對(duì)此膠片的學(xué)習(xí)，使員工對(duì)SAS技術(shù)及SAS硬盤有一個(gè)具體深入的了解，對(duì)SAS硬盤的前景和應(yīng)用有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、淺談SAS硬盤二、SAS硬盤的性能指標(biāo)二、SAS硬盤的可靠性及其應(yīng)用1、簡(jiǎn)述SAS技術(shù)2、SAS與其它接口技術(shù)的區(qū)別3、SAS硬盤的發(fā)展現(xiàn)狀和前景一、淺談一、淺談SASSAS硬盤硬盤1 1、簡(jiǎn)述、簡(jiǎn)述SASSAS技術(shù)技術(shù) SAS是新一代的SCSI技術(shù)，和現(xiàn)在流行的Serial ATA(SATA)硬盤相同，都是采用串行技術(shù)以獲得更高的傳輸速度，并通過(guò)縮短連結(jié)線改善內(nèi)部空間等。SAS是并行S

2、CSI接口之后開發(fā)出的全新接口。此接口的設(shè)計(jì)是為了改善存儲(chǔ)系統(tǒng)的效能、可用性和擴(kuò)充性，提供與串行ATA (Serial ATA)硬盤的兼容性。 SAS接口的相互連接基于以下三種傳輸協(xié)議： SSP: Serial SCSI Protocol; STP: Serial ATA Tunneled Protocol; SMP: Serial Manager Protocol SAS硬盤接口（雙端口） SAS硬盤是雙端口設(shè)備，可以通過(guò)雙端口連接線纜同時(shí)與兩SAS Controller相連接。SAS硬盤的接口定義如下： 第一端口： 第二端口 SI GND S8 GND S2 RP+ S9 RS+ S3 R

3、P- S10 RS- S4 GND S11 GND S5 TP+ S12 TS+ S6 TP- S13 TS- S7 GND S14 GNDP1、P2、P3：3.3V；P7、P8、P9：5V；P13、P14、P15、12V；P4、P5、P6、P10、P12：GND；P11：驅(qū)動(dòng)狀態(tài)指示燈，表示硬盤狀態(tài)；其中P3、P7、P13預(yù)充電。SAS硬盤示圖： SAS SATASAS SATA性能性能 全雙工 半雙工 3.0Gb/Sec 1.5Gb/Sec（一代） 3.0Gb/Sec（二代）連接連接 傳輸距離6m外部線纜 傳輸距離1m的內(nèi)部線纜端口端口 雙端口 單端口 用擴(kuò)展器實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接

4、SAS用到了4根數(shù)據(jù)線， SATA用兩根數(shù)據(jù)線，一收一發(fā) 一對(duì)收發(fā)，是全雙工模式傳輸模式傳輸模式 通過(guò)SCSI報(bào)文傳輸 通過(guò)SATA隧道協(xié)議（STP）傳輸驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)控制 雙主機(jī)控制磁盤 單主機(jī)控制磁盤 2 2、SASSAS與其它接口技術(shù)的區(qū)別與其它接口技術(shù)的區(qū)別 SAS擴(kuò)展技術(shù)：通常SAS Controller只能出8對(duì)串行差分信號(hào)線，最多也只能對(duì)8個(gè)硬盤進(jìn)行管理，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)更多磁盤的管理，就需要采用擴(kuò)展技術(shù)，主要是通過(guò)擴(kuò)展芯片（PM8387）來(lái)實(shí)現(xiàn)，PM8387最多可擴(kuò)展36對(duì)SAS差分信號(hào)，并且能過(guò)多級(jí)擴(kuò)展。SAS接口信號(hào)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接SAS硬盤窄端口、寬端口 SAS硬盤是雙端口的，即端口

5、包括兩個(gè)PHY，出兩個(gè)SAS接口，能同時(shí)與兩個(gè)硬盤控制器相連，兩個(gè)磁盤控制器能同時(shí)對(duì)一個(gè)SAS硬盤進(jìn)行管理操作，也可以作為冗余備份，現(xiàn)在的存儲(chǔ)產(chǎn)品主要實(shí)現(xiàn)后者的功能，提高可靠性。 SCSISCSI 1)性能：傳輸速率達(dá)到了每秒320 MB/秒； 2)兼容性：與現(xiàn)有的Ultra2 SCSI、Ultra160 SCSI電纜連接兼容，并可同時(shí)安裝于一條總線上，而不影響性能 ，最多支持15個(gè)設(shè)備； 3)可靠性：通過(guò)提高檢糾錯(cuò)能力增強(qiáng)了產(chǎn)品的可靠性。并且具有監(jiān)控接口性能和最高可靠傳輸速率的能力。 SCSI硬盤的機(jī)械部件為高工作負(fù)載而設(shè)計(jì)，能滿足企業(yè)對(duì)硬盤隨機(jī)存取的高要求，SCSI硬盤比IDE/ATA硬盤

6、更適合隨機(jī)IO頻繁的應(yīng)用。 FC 光纖通道可以采用銅軸電纜和光導(dǎo)纖維作為連接設(shè)備。 1)可擴(kuò)展性：最多可連接126個(gè)設(shè)備 ； 2)性能：低CPU占用率 ；支持熱插拔，在主機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)就可安裝或拆除光纖通道硬盤 ；高帶寬，在適宜的環(huán)境下，光纖通道是現(xiàn)有產(chǎn)品中速度較快的； 3)傳輸：連接距離大，連接距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其它同類產(chǎn)品，光纖傳輸能達(dá)到10KM，而其它產(chǎn)品的電纜傳輸距離只有10幾米左右。 四種硬盤接口 3 3、SASSAS硬盤的發(fā)展現(xiàn)狀和前景硬盤的發(fā)展現(xiàn)狀和前景 作為并行連接SCSI的后繼技術(shù)，串行連接SCSI（SAS）專為滿足高性能企業(yè)需求而設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)與串行ATA（SATA）的互操作，為企業(yè)

7、用戶帶來(lái)前所未有的靈活性和成本節(jié)約。 第一代SAS的數(shù)據(jù)吞吐能力達(dá)到3Gbps，為了緊跟不斷增長(zhǎng)的微處理器速度和越來(lái)越高級(jí)的應(yīng)用需求，其后續(xù)幾代速度將逐級(jí)加大直至12Gbps。窄端口（一個(gè)端口只有一個(gè)PHY器件）允許單路串行鏈接，而寬端口（一個(gè)端口包括多個(gè)PHY器件）則支持多路鏈接，獲得面向8路SAS或SATA目標(biāo)的合計(jì)帶寬，將總帶寬提高到24Gbps。二、二、SASSAS硬盤的性能指標(biāo)硬盤的性能指標(biāo) 以下我們以希捷的SAS硬盤為例，來(lái)介紹SAS硬盤的一些基 本性能指標(biāo)。 SAS硬盤（ST3146854SS）的內(nèi)部基本特性： 硬盤容量 146.8GBytes 讀寫磁頭數(shù) 8 個(gè) 磁道字節(jié)數(shù) 4

8、71,916Byte 盤面字節(jié)數(shù) 18,351MByte 盤面磁道數(shù) 50,864Track 每英寸磁道數(shù) 85,000TPI 內(nèi)部速率 685-1,142Mbits/sec 硬盤轉(zhuǎn)速 15,000rpm 平均潛伏時(shí)間 2.0msec希捷各類型硬盤的指標(biāo)希捷各類型硬盤的指標(biāo)三、三、 SASSAS硬盤的可靠性及其應(yīng)用硬盤的可靠性及其應(yīng)用1、SAS硬盤的可靠性分析2、SAS硬盤的廣泛應(yīng)用 硬盤的可靠性主要從兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)：一方面是指SAS硬盤的出錯(cuò)率（Error Rate）,另一方面是指硬盤的可靠性和服務(wù)壽命（基于希捷的SAS硬盤可靠性）。 1)不可恢復(fù)性錯(cuò)誤 不可恢復(fù)性錯(cuò)誤是指從SAS硬盤介子中恢

9、復(fù)數(shù)據(jù)失敗。不可恢復(fù)性錯(cuò)誤只能在讀操作中存在，但不是由讀操作引起的，而是由于磁頭/介質(zhì)或?qū)懖僮鞯膯?wèn)題引起。由同一種原因引起的多個(gè)不可恢復(fù)性數(shù)據(jù)錯(cuò)誤看作是一個(gè)錯(cuò)誤。 2)可恢復(fù)性錯(cuò)誤 可恢復(fù)性錯(cuò)誤是指SAS硬盤能自動(dòng)檢測(cè)并和修正錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，而不需要用戶干涉。1 1、SASSAS硬盤的可靠性分析硬盤的可靠性分析 3)尋道(Seek)錯(cuò)誤 尋道錯(cuò)誤是指SAS硬盤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)磁頭到指定的磁道時(shí)出錯(cuò)。當(dāng)最初尋道出錯(cuò)時(shí)，硬盤會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)修復(fù)程序進(jìn)行修正，如果程序修正失敗，則被認(rèn)定為硬件錯(cuò)誤。SAS硬盤的尋道錯(cuò)誤指標(biāo)要求小于10個(gè)錯(cuò)誤/10*8Seek。 4)接口錯(cuò)誤 接口錯(cuò)誤是指SAS接口的接收器在獲得由外部

10、連接傳送的數(shù)據(jù)時(shí)出錯(cuò)。這種錯(cuò)誤一般被認(rèn)定為是磁盤運(yùn)行不一致、代碼非法、同步數(shù)據(jù)丟失或循環(huán)冗余校驗(yàn)碼出錯(cuò)。 可靠性和服務(wù)壽命 1)年故障率（AFR） SAS硬盤工作環(huán)境：上電工作8,760hours/peryear;平均拆卸250次/peryear；工作在正常電壓范圍；保證足夠的冷卻條件不適硬盤工作溫度超標(biāo)。在上述工作條件下，硬盤的年故障率不能超過(guò)0.62%。當(dāng)硬盤短期工作在規(guī)定范圍以外時(shí)，不會(huì)影響硬盤的AFR性能。 2)預(yù)防維護(hù) SAS硬盤不需要任何的預(yù)防維護(hù)程序。 3)硬盤熱插拔 工作條件：當(dāng)SAS硬盤上電或熱插拔時(shí)，在與外部接口通信之前硬盤首先運(yùn)行自檢程序，只有自檢成功后，硬盤開始發(fā)送重新

11、鏈接信號(hào)，與其連接的設(shè)備必須相應(yīng)重新鏈接信號(hào)，然后才能開始通信。要是鏈接失敗了，硬盤會(huì)每秒發(fā)起一個(gè)重新鏈接信號(hào)，此信號(hào)在SAS硬盤的兩個(gè)端口portA/portB之中隨機(jī)輸出。如果SAS硬盤自檢失敗，就不會(huì)有重新鏈接信號(hào)。 注意：只有SAS硬盤電動(dòng)機(jī)完全停止后，才能移動(dòng)硬盤或改動(dòng)操作平面（其它硬盤也是如此）。 可靠性和服務(wù)壽命 4)自我監(jiān)控分析、報(bào)告技術(shù)(SMART) 自我監(jiān)控分析、報(bào)告技術(shù)（Self-Monitoring Ananysis Reporting Technology）可以分析SAS硬盤失敗原因，并給出足夠的失敗告警。 告警條件：磁盤內(nèi)每種特性都有一個(gè)失敗歷史計(jì)數(shù)器，發(fā)現(xiàn)一個(gè)不可

12、接受錯(cuò)誤時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，發(fā)現(xiàn)一個(gè)可接受錯(cuò)誤時(shí)，計(jì)數(shù)器減1，當(dāng)計(jì)數(shù)器滿時(shí)，才會(huì)告警。 可靠性和服務(wù)壽命 5)溫度監(jiān)控器 告警條件：SAS硬盤通過(guò)內(nèi)部的溫度傳感器來(lái)監(jiān)控硬盤的溫度，當(dāng)溫度超過(guò)了硬盤所能承受的極限值（不同型號(hào)的SAS硬盤有所不同）或者超過(guò)用戶的指定值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生告警信號(hào)，并同時(shí)保存自我監(jiān)控分析、報(bào)告的數(shù)據(jù)，最終通過(guò)硬盤接口發(fā)送告警信號(hào)給其他設(shè)備。 監(jiān)控周期：溫度檢測(cè)在硬盤上電時(shí)刻以及上電后每隔10分鐘操作一次。 可靠性和服務(wù)壽命 6）硬盤自檢（DST） 工作條件： SAS硬盤開始自檢時(shí)要求電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定勻速旋轉(zhuǎn)、磁頭運(yùn)行在磁道上、磁盤驅(qū)動(dòng)器能夠從磁盤正確的讀取配置表格信息。滿足上述條件后

13、，硬盤自檢程序才能正常檢測(cè)。 下列情況為自檢診斷失?。?尋道錯(cuò)誤，并且修正無(wú)效； 磁道跟蹤器出錯(cuò)，并且修正無(wú)效； 磁盤讀出錯(cuò)，并且修正無(wú)效； 磁盤寫出錯(cuò)，并且修正無(wú)效。 注意：可恢復(fù)性錯(cuò)誤不會(huì)產(chǎn)生診斷失敗告警?？煽啃院头?wù)壽命 7)產(chǎn)品質(zhì)量保證書 每一廠家的硬盤都會(huì)有相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量保證書。質(zhì)量保障條件：以希捷的SAS硬盤為例，其產(chǎn)品質(zhì)量保證書保證任何一款產(chǎn)品在正常使用下，由于材料、工藝或配件不匹配引起的產(chǎn)品功能失效，廠家包換，但退貨時(shí)要保證原有的包裝，否則廠家不予接受。 以上七個(gè)方面的可靠性保證，確保SAS硬盤的正常工作，或是在硬盤出錯(cuò)的情況下能及時(shí)的修復(fù)，在不能修復(fù)的情況下及時(shí)告警，讓用戶能

14、在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，為解決問(wèn)題提供原始依據(jù)合贏得時(shí)間，以此保證硬盤的最大可靠性能?？煽啃院头?wù)壽命 SAS硬盤除了具有以上這些可靠特性之外，還具有一般硬盤的物理可靠性能。 硬盤物理故障一般都是由于硬盤自身的機(jī)械零件或電子元器件損壞、劇烈的震動(dòng)、頻繁開關(guān)機(jī)、電路短路、供電電壓不穩(wěn)定等所引發(fā)的故障。物理故障大致有以下幾種模式： 磁頭與磁盤碰撞而形成的壞道；電機(jī)損壞 ；磁頭耗損；電路板損壞；盤片或電機(jī)位移；上電總時(shí)間、啟動(dòng)/關(guān)閉次數(shù)超標(biāo)（直接影響壽命）；硬盤元器件因發(fā)熱或使用時(shí)間長(zhǎng)老化引起的故障；底盤變形；因工藝原因?qū)е挛廴疚镲w濺到磁表面 。 存儲(chǔ)設(shè)備的反應(yīng)速度，除了各環(huán)節(jié)間的配合與操作系統(tǒng)的影響之外，硬盤的反應(yīng)速度最為關(guān)鍵。企業(yè)級(jí)的工作站或存儲(chǔ)設(shè)備，一般都采用FC或SCSI硬盤作為其存儲(chǔ)媒體。但是隨著SCSI硬盤在擴(kuò)增性上的限制，SAS硬盤展露頭角。服務(wù)器廠商也有越來(lái)越多采用SAS硬盤作為內(nèi)部的存儲(chǔ)媒體。 回顧串行磁盤技術(shù)的發(fā)展歷史，從光纖通道，到SATA，再到SAS，幾種技術(shù)各有所長(zhǎng)。光纖通道是最早出現(xiàn)的串行化存儲(chǔ)技術(shù)，可以滿足高性能、高可靠和高擴(kuò)展性的存儲(chǔ)需要，但是價(jià)格居高不下；SATA硬盤成本低，但主要是用于近線存儲(chǔ)和非關(guān)鍵性應(yīng)用，畢竟在性能等方面差強(qiáng)人意；SAS最全面，可以支持SAS和SATA磁盤，很方便地滿足不同性價(jià)比的存儲(chǔ)需求，是具有高性能