SCSI和RAID控制器

一、SCSI卡簡介

  SCSI的英文全稱爲“Small Computer System Interface”,中文名“小型計算機系統接口”。它是一種外設接口,在服務器中則主要由硬盤採用,除此之外,還有CD/DVD-ROM、CD-R/RW、掃描儀、磁帶機等也有采用這一接口的。其實,SCSI也不算是新的接口類型,早在1986年SCSI標準就已開始制定,至今也經歷了將近20年的時間。早期Apple(蘋果電腦)公司率先將SCSI選定爲Macs計算機的標準接口,許多外設都藉此統一接口與主系統連接。在PC方面則因爲SCSI接口卡和設備昂貴,並且幾乎各種外設都有較便宜的接口可替代,SCSI並未受到青睞,儘管性能遠不如SCSI接口,而且當時可用的SCSI設備也不多。可如今,支持SCSI接口的外設產品從原本僅有硬盤、磁帶機兩種,增加到掃描儀、光驅、刻錄機、MO等各種設備,大家接觸SCSI的機會正在逐步增加中,再加上製造技術的進步,SCSI卡與外設的價格都已經不再高高在上,顯示SCSI市場已經相當成熟。

  SCSI接口向來是以高傳輸率和高可靠性著稱,廣泛應用於服務器和高檔PC中,我們常說的硬盤就是指具有SCSI接口的硬盤。SCSI自身也在不斷完善發展之中,其應用速度從最初的4MB/S一直發展到目前最快的320MB/S,而且還將向上發展。相對PC機中常用的IDE(ATA)接口來說(目前最快的爲133MB/s),它的傳傳輸速率具有明顯的優勢,所以在服務器中通常是採用SCSI接口的硬盤,而非常見的IDE接口硬盤。不過目前新的SATA(串行IDE)接口的傳輸速率也接近SCSI接口速率,也正在服務器中得到應用。

  相對IDE接口,除了具有傳輸速率優勢外,SCSI接口也較好地解決了多設備掛接問題。常見PC主板的IDE接口只支持掛接4個IDE設備,但是1個SCSI接口可以掛接15個設備以上的設備,對於服務器這種需要海量存儲的系統來說優勢非常明顯。當然SCSI接口的優點遠不止這些,具體在此就不再詳敘了。

  SCSI技術發展至今,目前可用的SCSI控制器的類型相當多。

  主要類型及各自性能特徵如下:

  (1)SCSI-1:它是最早的SCSI接口,在1979年由Shugart(希捷公司前身)制訂的,在1986年獲得美國標準協議承認的SASI(Shugart Associates System Interface,施加特聯合系統接口)。它的特點是支持同步和異步SCSI外圍設備,支持7臺8位的外圍設備,最大數據傳輸率爲 5MB/s,支持Worm外圍設備。

  (2)SCSI-2:它是SCSI-1的後續接口,是1992年提出,也稱爲 Fast SCSI。如果採用原來的8位並行數據傳輸則稱爲“Fast SCSI”,它的數據傳輸率爲10MB/s,最大支持連接設備數爲7臺。後來出現了採用16位的並行數據傳輸模式即“Fast Wide SCSI”,它的數據傳輸率提高到了20MB/s,最大支持連接設備數爲15臺。

  (3)SCSI-3:它是在SCSI-2之後推出的“Ultra SCSI”控制器類型,在這個大類中也可按數據位寬的不同先後推出了兩個小類。如果採用原來的8位並行數據傳輸時稱爲“Ultra SCSI”,它的數據傳輸率爲20MB/s,最大支持連接設備數爲8臺。在將並行數據傳輸的總線帶寬提高到16位後出現了“Ultra Wide SCSI”,它的傳輸率又成倍提高,即達到了40MB/s,最大支持連接設備數爲15臺。

  (4)Ultra2 SCSI:它是在Ultra SCSI的基礎上推出的SCSI接口類型。於1997年提出,採用了LVD(Low Voltage Differential,低電平微分)的傳輸模式,允許接口電纜的最長爲12米,這大大增加了設備的靈活性;與上面幾種SCSI接口一樣,它也分爲採用8位的Narrow 模式和採用16位的Wide模式。8位的Narrow 模式即爲“Ultra2 SCSI”,它的傳輸率爲40MB/s,最大支持連接設備數爲7臺;而採用16位的Wide模式則稱爲“Ultra2 Wide SCSI”,它將傳輸率提高到了80MB/s,最大支持連接設備數爲15臺。
 
(5)Ultra3 SCSI:它是Ultra2 SCSI的更新接口,於1998年9月份提出,它除支持現有的SCSI規格,使用和Ultra2 SCSI 完全一樣的接口電纜及終結器外,還包含了一些新功能。首先 Ultra3 SCSI採用雙緣傳輸頻率(Double Transition Clocking),而Ultra2 SCSI採用得是單緣傳輸頻率,因此Ultra3 SCSI 的傳輸率是前者的兩倍,即160MB/s;此外Ultra3 SCSI還提供了領域確認(Domain Validation)、CRC(Cyclic Redundant Check,冗餘循環校正)、封包化(Packetized Protocol)、快速仲裁選取(Quick Arbitrate & Select)這幾項新功能;爲了加快 Ultra3 SCSI新技術的推出,很多廠商首先推出了Ultra160/m SCSI,Ultra160/m SCSI的技術和Ultra3 SCSI一樣,只是沒有快速仲裁選取和封包化這兩項功能,可以說Ultra160/m SCSI就是Ultra3 SCSI的子集。

  (6)Ultra320 SCSI:它的全稱爲“Ultra320 SCSI SPI-4”技術規範。Ultra320 SCSI 單通道的數據傳輸速率最大可達320M/S,如果採用雙通道SCSI控制器可以達到640M/秒。從基礎架構的發展來看,160M/S到320M/S的提升在技術上並不複雜,花費也不大,因此對於系統集成商來說,服務器從SCSI Ultra160到Ultra320 SCSI的技術過渡是非常容易實現。

  SCSI控制器接口通常有50針、68針和80針之發,常用的是50針和68針。

  SCSI卡就是一種提供一個或以上(一個接口通過電纜可連接15個SCSI設備)的SCSI接口內置板卡,它可插在服務器(或其它設備)主板上的普通PCI(或服務器上的PCI-X)插槽上,實現多個SCSI接口的提供,以方便多個SCSI外設的連接。

  SCSI卡的出現解決兩方面的問題:

  (1)使原來在主板中沒有提供SCSI接口的服務器(或PC機)通過普通的PCI插槽連接SCSI接口的硬盤或其它外設;

  (2)擴展了SCSI接口數量,因爲一般來說在服務器中最多隻能提供2個左右的SCSI接口,而SCSI卡可以提供多到4個SCSI接口。(如圖1所示)的是一款提供1個內68針、2個外68針SCSI接口的Adaptec AHA39320 SCSI卡,內68針SCSI接口用於SCSI接口硬盤的連接,外SCSI接口用於SCSI外設(包括外置硬盤)的連接,這樣最多可連接15個SCSI硬盤,或者30個SCSI外設。
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 二、RAID卡簡介

  RAID卡是一種磁盤陣列卡,它的核心技術當然就是RAID(Redundant Array of Independent Disks,物理磁盤冗餘陣列)。它是一種工業標準,它的主要作用就是爲了提高服務器的磁盤讀寫性能和鏡像備份,以提高服務器磁盤系統的安全級別。當然要實現冗餘,則至少需要兩個以上的物理磁盤,所以在RAID卡上則必須提供一個以上的磁盤接口,當然這裏的磁盤接口不僅限於SCSI接口,目前還有IDE(ATA)和SATA接口。(如圖2所示)的是ADAPTEC SCSI-3210S磁盤陣列卡,它有內2個68針、2個外68針SCSI接口,可實現30個SCSI磁盤或SCSI外設的連接。(如圖3所示)的RocketRAID 404磁盤陣列卡,它提供4條獨立的IDE通道,因一個IDE接接口,最能連接2個硬盤,所以它最多可接8個IDE硬盤。
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目前對RAID級別的定義可以獲得業界廣泛認同的有4種,RAID 0、RAID 1、RAID 0+1和RAID 5。

  RAID 0是無數據冗餘的存儲空間條帶化,具有成本低、讀寫性能極高、存儲空間利用率高等特點,適用於音、視頻信號存儲、臨時文件的轉儲等對速度要求極其嚴格的特殊應用。但由於沒有數據冗餘,其安全性大大降低,構成陣列的任何一塊硬盤的損壞都將帶來災難性的數據損失。這種方式其實沒有冗餘功能,沒有安全保護,只是提高了磁盤讀寫性能和整個服務器的磁盤容量。一般只適用磁盤數較少、磁盤容易比較緊缺的應用環境中,如果在RAID 0中配置4塊以上的硬盤,對於一般應用來說是不明智的。

  RAID 1是兩塊硬盤數據完全鏡像,安全性好,技術簡單,管理方便,讀寫性能均好。因爲它是一一對應的,所以它無法單塊硬盤擴展,要擴展,必須同時對鏡像的雙方進行同容量的擴展。因爲這種冗餘方式爲了安全起見,實際上只利用了一半的磁盤容量,數據空間浪費大。

  RAID 0+1綜合了RAID 0和RAID 1的特點,獨立磁盤配置成RAID 10,兩套完整的RAID1 0互相鏡像。它的讀寫性能出色,安全性高,但構建陣列的成本投入大,數據空間利用率低。

  RAID 5是目前應用最廣泛的RAID技術。各塊獨立硬盤進行條帶化分割,相同的條帶區進行奇偶校驗(異或運算),校驗數據平均分佈在每塊硬盤上。以n塊硬盤構建的RAID 5陣列可以有n-1塊硬盤的容量,存儲空間利用率非常高。任何一塊硬盤上的數據丟失,均可以通過校驗數據推算出來。它和RAID 3最大的區別在於校驗數據是否平均分佈到各塊硬盤上。RAID 5具有數據安全、讀寫速度快,空間利用率高等優點,應用非常廣泛,但不足之處是如果1塊硬盤出現故障以後,整個系統的性能將大大降低。

  RAID 1、RAID 0+1、RAID 5陣列配合熱插拔(也稱熱可替換)技術,可以實現數據的在線恢復,即當RAID陣列中的任何一塊硬盤損壞時,不需要用戶關機或停止應用服務,就可以更換故障硬盤,修復系統,恢復數據,對實現高可用系統具有重要的意義。

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