Интерфейс S-АТА в серверах

S-АТА как недорогая альтернатива для массивов RAID.

Наряду с интерфейсом SCSI и Fibre Channel на рынке довольно прочно обосновались массивы RAID с дисками IDE несмотря на то, что жесткие диски IDE не предназначены для длительной работы в серверах. Между тем качество параллельных дисководов АТА повысилось. С выходом же последовательного интерфейса АТА (Serial ATA, S-ATA) заявила о себе новая мощная технология, которая вполне может найти применение в некоторых серверных средах.

Жесткие диски АТА привлекают своей низкой стоимостью и небольшим риском отказа, а благодаря массиву RAID пользователи оказываются защищены от потери данных. Однако в случае использования сервера RAID должны быть выполнены некоторые условия. Важно выяснить, удовлетворяет ли S-ATA требованиям RAID относительно устойчивости к ошибкам и отказам?

Спецификация S-ATA включает множество надежных технологий, которые уже применяются в других интерфейсах ввода/вывода — SCSI или Fibre Channel. Однако сравнения технических спецификаций недостаточно. Для принятия решения об использовании S-ATA в серверах RAID необходимо более подробно рассмотреть такие немаловажные детали, как производительность, дружественность к пользователю и безопасность в будущем.

СКОРОСТЬ

Существенным аргументом в пользу новых технологий является повышение производительности приложений. Сегодня последовательные шины обычно мощнее параллельных. S-ATA со скоростью 150 Мбайт/с на порт (а значит, на каждый жесткий диск) предлагает достаточное пространство для маневра и дальнейших разработок как в области жестких дисков, так и в области интерфейсов передачи данных благодаря заложенной возможности ускорения до 600 Мбайт/с.

Скорость обмена данными, однако, определяется не только скоростью их передачи, но и коммуникационными, и административными издержками шинной системы. Каждое устройство S-ATA использует всю пропускную способность шины. По причине умеренных накладных расходов пользователю RAID уже через небольшое время доступны необходимые данные. Следовательно, S-ATA удовлетворяет всем условиям для сервера с быстрой передачей данных.

НАДЕЖНОСТЬ

Слово «надежность» в случае серверов RAID имеет первостепенное значение. За надежную передачу данных в S-ATA отвечают известная по Parallel SCSI технология дифференциальной сигнализации низкого напряжения (Low Voltage Differential Signaling, LVDS), а также применяемые в Fibre Channel механизмы обеспечения надежности работы. Так, к примеру, с помощью контрольной последовательности (Cyclic Redundancy Check, CRC) удастся проверить, правильно ли были переданы данные и команды. Посредством 8/10-битной кодировки/декодировки система следит за надежностью передачи и низким количеством ошибок.

RAID нужен именно для того, чтобы обеспечить доступность данных даже при отказе жесткого диска, поэтому возможность «горячего» подключения играет важную роль. Как и в случае Fibre Channel и SCSI, в S-ATA эта функция реализуется при помощи подключения с одним соединителем (Single Connector Attachment, SCA), по которому передаются все сигналы и электропитание. Соответствующая механика, т. е. объединительная плата и салазки для жестких дисков, заботится о том, чтобы при замене дисков не причинялись механические повреждения и не возникали электрические проблемы (короткое замыкание).

По аналогии со SCSI и Fibre Channel вместе с «администрированием корпуса» для S-ATA 2.0 Phase I введено управление салазками жестких дисков. Контроллер распознает замену жесткого диска посредством стандарта на отказоустойчивые корпуса для SCSI (Accessed Fault Tolerant Enclosures, SAFTE) как «автоматическую горячую замену». Кроме этого, он осуществляет мониторинг жестких дисков: процессор SAFTE предоставляет контроллеру информацию о состоянии диска (температура, замена диска), а также дополнительные данные о корпусе (состояние возможно имеющихся избыточных блоков питания, температура корпуса или количество и функционирование вентиляторов).

ПРИМЕНЕНИЕ

Пользователи по достоинству оценят простую и надежную инсталляцию технологии S-ATA на сервер. Им не придется проводить конфигурацию жестких дисков или переставлять перемычки на контроллере. В дальнейшем S-ATA будет оснащен системой plug-and-play в виде штекеров с защитой от неправильной установки полярности, а уменьшенное количество штекерных соединений сократит вероятность возникновения ошибки.

Предотвращение перегрева и достаточное охлаждение также служат решающим фактором в случае выбора устройства. Используемые с S-ATA тонкие гибкие кабели занимают в сервере минимум места и не препятствуют воздушным потокам. При длине кабелей до одного метра S-ATA хорошо подходит для более дорогих проводок с салазками или для внешних корпусов.

АРГУМЕНТЫ ЗА И ПРОТИВ

Среди недостатков S-ATA в RAID отмечается неполная пригодность настольных жестких дисков S-ATA для применения в серверах. Среднее время безотказной работы (Main Time Between Failure, MTBF) настольных дисков S-ATA, в отличие от серверных жестких дисков S-ATA, рассчитывается не на основе длительной эксплуатации и длительной нагрузки (частый доступ, высокая скорость). Однако не каждый RAID используется 24 ч в сутки, так что применение подобных решений имеет смысл в качестве дополнения к дорогим решениям RAID на базе SCSI или Fibre Channel. Тем не менее первые корпоративные диски с интерфейсом S-ATA уже появились.

Выбирая S-ATA, пользователь, как обычно, должен определиться, к какому решению он стремится и как оно будет реализовано. У него есть выбор между недорогими настольными дисками S-ATA для приложений, где не требуется высокая надежность при длительной нагрузке, и системами высокой готовности с соответствующим образом выполненными, а значит, более дорогими корпоративными жесткими дисками S-ATA.

RAID НЕ ВСЕГДА RAID

При реализации решения RAID на базе S-ATA применяются самые разные концепции. Во-первых, программный RAID. Он реализуется на хосте в качестве программы под управлением серверной операционной системы и задействует адаптер S-ATA хоста, интерфейсы S-ATA системной платы или специализированный адаптер RAID. Во-вторых, классические аппаратные варианты с интегрированными в сервер контроллерами S-ATA RAID, и, в-третьих, внешние решения.

Рисунок 1. Вид сервера S-ATA с аппаратным контроллером RAID и «воздушной» проводкой.

В любом случае для дальнейшего повышения готовности данных следует применять аппаратное решение RAID. Аппаратный контроллер RAID самостоятельно управляет массивом RAID и полностью освобождает сервер от этой работы. При этом программное обеспечение RAID выполняется на собственном процессоре. Его работа ускоряется благодаря наличию кэш-памяти и специальных сопроцессоров для вычисления четности массивов RAID.

Кроме того, аппаратные контроллеры RAID целесообразно применять, когда c сервером предполагается использовать большое количество внешних жестких дисков S-ATA. Для соединения между внешним контроллером RAID и сервером S-ATA подходит меньше, поскольку длина кабеля ограничена одним метром, а фактическая скорость передачи данных — 150 Мбайт/с. В таком случае можно посоветовать использовать решения для перехода от S-ATA к SCSI или от S-ATA к Fibre Channel.

С точки зрения функциональности внешнее решение RAID предлагает все преимущества аппаратного RAID. Однако оно заметно дороже остальных, поскольку к стоимости внутреннего решения добавляются стоимость внешнего корпуса и стоимость адаптера SCSI/Fibre Channel в сервере. Программные системы RAID хоть и недороги, но во многих ситуациях не в состоянии обеспечить необходимую безопасность данных.

В качестве недорогой и относительно надежной альтернативы на первый план выходят классические аппаратные контроллеры S-ATA RAID. По сравнению с высокопроизводительными контроллерами SCSI RAID стоимость контроллеров S-ATA RAID на 25% меньше. Что касается дисков, то цена зависит от лежащей в основе дисковой технологии: корпоративные диски S-ATA не треть дешевле дисков SCSI, а настольные диски S-ATA — на две трети.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как видим, S-ATA — недорогая альтернатива SCSI и Fibre Channel. Однако по причине производительности, готовности и стоимости жестких дисков S-ATA внедрение этой технологии до сих пор ограничивается малыми системами RAID для небольших и средних предприятий. Прочие области применения — серверы резервного копирования или архивирование данных, которые обычно не работают в круглосуточном режиме, и небольшие предприятия, отключающие свои серверы вечером вместе с остальными рабочими компьютерами. SCSI и Fibre Channel по-прежнему незаменимы в системах RAID или в системах для кластеризации с высокой степенью готовности.

? AWi Verlag