世界在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上正變得更加的互聯(lián)互通，龐大的事務(wù)與信息量對(duì)IT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的要求也越來(lái)越高，在智慧的地球上，人們需要一種快捷靈活的虛擬化結(jié)構(gòu)。從另一個(gè)數(shù)據(jù)可以得知：支付寶現(xiàn)在每天新增的記錄數(shù)大約為3億條。面對(duì)這樣的海量數(shù)據(jù)，必然需要巨大容量的存儲(chǔ)終端，提供高可靠性與容錯(cuò)技術(shù)，并擁有較強(qiáng)的可擴(kuò)展能力。
SAS技術(shù)應(yīng)用于各存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中可提供高性能，高可靠的磁盤(pán)連接和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。6GB SAS單PHY（外部信號(hào)接口的芯片）帶寬可達(dá)到600MB/S，SAS技術(shù)通過(guò)Expander（級(jí)聯(lián)器）最多可以支持16 000個(gè)設(shè)備，為存儲(chǔ)體系大的擴(kuò)展容量提供了基礎(chǔ)。
1 SAS技術(shù)原理
1.1通過(guò)SAS體系層次結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可靠傳輸
SAS體系引入分層結(jié)構(gòu)，每層負(fù)責(zé)一定的功能各司其職，從而保證數(shù)據(jù)有效穩(wěn)定的傳輸。每層描述了不同的功能，通過(guò)請(qǐng)求，指令，應(yīng)答和其他信息來(lái)完成相互之間的通信。
傳輸層用于SAS幀的封裝與解析，將構(gòu)造的幀發(fā)送出去或解析收到的幀，圖1為應(yīng)用層發(fā)送讀命令時(shí)的幀傳輸序列。
圖1讀命令幀傳輸序列
端口層把幀按目標(biāo)地址加入隊(duì)列中，向鏈路層申請(qǐng)鏈接發(fā)送幀到鏈路層。其主要用于負(fù)責(zé)發(fā)起，重試連接請(qǐng)求，發(fā)送數(shù)據(jù)到鏈路層以及關(guān)閉連接。
鏈路層是SAS協(xié)議的核心層，用于發(fā)送地址幀并請(qǐng)求連接，為幀加入CRC（Cyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余檢驗(yàn)），產(chǎn)生原語(yǔ)，檢查和刪除原語(yǔ)，通過(guò)摻雜字符來(lái)減少EMI（Electromagnetic Interference，電磁干擾），管理時(shí)鐘和速率同步，支持流控和接受幀確定。
物理層用于在發(fā)送和接受碼流時(shí)進(jìn)行8B/10B編碼和解碼，用以保證直流平衡，即出現(xiàn)連續(xù)的5個(gè)“1”或“0”后插入一位“0”或“1”，這樣避免了高速串行信號(hào)多個(gè)位沒(méi)有變化而造成的信號(hào)錯(cuò)誤；還用于接受差分信號(hào)，增強(qiáng)噪聲抑制，提高信號(hào)完整性。
1.2面向連接的通信過(guò)程
連接是指在啟動(dòng)器和目標(biāo)器之間暫時(shí)的聯(lián)合，為保證數(shù)據(jù)的可靠性，SAS啟動(dòng)器和目標(biāo)器端口之間要想進(jìn)行通信，必須先建立連接。圖2為L(zhǎng)eCroy協(xié)議分析儀抓幀情況，建立連接的大致過(guò)程為啟動(dòng)器端口先發(fā)送open地址幀，目標(biāo)器端口接收到open地址幀后返回open_accept表示同意建立這次連接，最后雙方返回DONE NORMAL關(guān)閉對(duì)話。
open地址幀中指定使用SSP（Serial SCSI Protocol，串行SCSI協(xié)議），STP（Serial ATA Tunnel Protocol，串行ATA通道協(xié)議），SMP（Serial Management Protocol，串行管理協(xié)議）三種協(xié)議之一進(jìn)行通信，SAS端口支持的最大連接數(shù)不超過(guò)SAS端口內(nèi)PHY的數(shù)量，也就是說(shuō)，每個(gè)PHY只支持一個(gè)連接。一旦連接建立，物理路徑就已確定，在連接的生命周期中不再改變。
圖2 LeCroy協(xié)議分析儀抓幀情況
1.3可靠的SAS數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程是以幀的形式進(jìn)行的，傳輸之前也必須先建立連接。對(duì)于SSP幀來(lái)說(shuō)，如圖3，每個(gè)SSP幀在傳輸過(guò)程中是由若干個(gè)Dword（雙字）組成的，每個(gè)幀的前端都會(huì)加入一個(gè)SOF（Start Of Frame primitive，幀傳輸開(kāi)始原語(yǔ)），并在結(jié)尾加上CRC效驗(yàn)和EOF（End Of Frame primitive，幀傳輸結(jié)束原語(yǔ)）。對(duì)于STP幀來(lái)說(shuō)，SAS是支持SATA的，這體現(xiàn)在STP上，在SATA設(shè)備看來(lái)，自己連接的是SATA主機(jī)適配器，實(shí)際情況卻是SAS主機(jī)進(jìn)行了SATA翻譯工作，STP傳輸和SSP幀的傳輸類似，但是STP可構(gòu)造最大8K的數(shù)據(jù)幀，而SSP最大的數(shù)據(jù)幀為1K。
圖3 SSP幀結(jié)構(gòu)
2 SAS的存儲(chǔ)擴(kuò)展解決校園網(wǎng)擴(kuò)容
隨著教育業(yè)計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，一些校園網(wǎng)的數(shù)據(jù)量急劇膨脹，迫切需要擴(kuò)充計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)，這里提供了一種高可靠的存儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案。考慮到學(xué)校需要投資保護(hù)，這需要擴(kuò)容必須建立在現(xiàn)有的基礎(chǔ)之上，所以采用NAS(Network Attached Storage，網(wǎng)絡(luò)連接式存儲(chǔ))構(gòu)架，保證系統(tǒng)的安全殼可靠，也易于管理。圖4為校園網(wǎng)的擴(kuò)容拓?fù)鋱D，采用SAS技術(shù)的存儲(chǔ)陣列直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口連接到網(wǎng)絡(luò)上，只需簡(jiǎn)單配置一下IP地址，就可以被網(wǎng)絡(luò)上的用戶所共享，存儲(chǔ)系統(tǒng)采用SAS連接技術(shù)，不僅提供高速數(shù)據(jù)傳輸，更重要在數(shù)據(jù)可靠性上體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。校園網(wǎng)擴(kuò)容大小可通過(guò)增減級(jí)聯(lián)Expander設(shè)備來(lái)達(dá)到理想容量。
圖4校園網(wǎng)擴(kuò)容拓?fù)?/p>
在圖4SAS體系中，包含了多個(gè)級(jí)聯(lián)器Expander，Expander設(shè)備屬于SAS域中服務(wù)傳輸子系統(tǒng)中的一部分，它讓多個(gè)SAS設(shè)備可以進(jìn)行通信，Expander設(shè)備可包含多個(gè)SAS盤(pán)，而Expander可以級(jí)聯(lián)另外的Expander設(shè)備，通過(guò)不同的路由算法，啟動(dòng)器便可以訪問(wèn)到任意一個(gè)SAS域中的SAS終端。
3 結(jié)束語(yǔ)
在計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)達(dá)的今天，云存儲(chǔ)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，而云存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸速度將直接影響云計(jì)算性能。SAS可提供高速的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。SAS域豐富的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，不僅啟動(dòng)器可快速的定位到目標(biāo)器，在Expander的幫助下，單個(gè)SAS域最多包含16K個(gè)SAS終端設(shè)備，能夠適應(yīng)日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量的要求，同時(shí)SAS協(xié)議兼容SATA設(shè)備，讓磁盤(pán)陣列不僅可以使用高速的SAS硬盤(pán)和固態(tài)硬盤(pán)，還可以兼容廉價(jià)的SATA硬盤(pán)，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。
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本文標(biāo)題：基于SAS體系的存儲(chǔ)擴(kuò)容技術(shù)
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