浅谈磁盘阵列卡
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OApro SAN 解决方案系列
编号第16-4
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2000年12月第一版
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浅谈磁盘阵列卡
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磁盘阵列, 即 RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks), 现在市面上己很流行, 高端服务器几乎都配置RAID, 很多用户也己使用多年, 但何谓磁盘阵列, 还是有很多人不了解. 正如很多人在用SCSI 卡, 在卖 SCSI卡, 甚至自称 SCSI 技术专家的, 对 SCSI 都并不了解. 所以用户难得有渠道去了解相关的技术, 或被销售商的所误导. 磁盘阵列也是一样, 今天满街有人在卖磁盘阵列, 可是真正了解的人并不多. 华艺科技自1993年推出磁盘阵列产品以来, 即以推展技术和教育用户为己任, 鉴于了解的人少, 自1993年即为业界大量印发”磁盘阵列”一文, 96年和98 年做了增益, 最近还会有新版本出来. 对磁盘阵列有兴趣的人可从华艺科技的中文网页www.oapro下载. 在这里我们不讲规格概念, 只对市面上一些相关的产品来谈谈磁盘阵列卡, 同时也厘清一些看法.
一. 总线
磁盘阵列卡, 顾名思义是插在电脑主机上的控制卡, 既然是插在主机上, 就和总线有关. 现在的磁盘阵列卡都是 PCI 总线的, PCI 总线有三种规格, 一现在常用的 32 –位PCI, 33MHz主频, 传输速率标准值每秒132MB. 别以为它很快, 在您的主机上能跑到40MB算了不得的了. 二是64-位PCI, 主频为33MHz, 传输速率标准值每秒 264MB; 三是主频为66MHz 的 64-位PCI, 传输速率标准值每秒
528MB. 就磁盘阵列卡来说, SCSI 和光纤通道都在快速发展, 32-位 PCI 早成为瓶颈, 64-位PCI是必然
的趋势. 不要以为 64-位只用在服务器上, 一般的电脑包括家用电脑很快会使用64-位, 这是趋势, 你不用都不行. 磁盘阵列卡之所以不能发挥其效能, 除了有些产品设计较差外, 最主要还是 PCI 总线的限制. 磁盘阵列卡上所使用的 CPU 及硬件架构是32位的, 同时也插在 32-位的PCI槽上, 其性能也只好将就了. 新一代的磁盘阵列卡采用的多是64-位的结构, 在性能上比以前有很大的提升. 尤其 SCSI 和光纤通道的发展这么快速, 非64-位不能发挥其性能.
现在市面上的磁盘阵列卡主要是 SCSI 接口的, 光纤通道的磁盘阵列卡也逐渐多起来, 主要是DPT 的. 为甚么只有这两种磁盘阵列卡? 因为磁盘阵列最主要的功能在容错及高性能以应付日益具增的数据量, 而只有 SCSI 和光纤通道的智能型控制及高速传输才能符合需求. 此外, RAID 中之 “I” 即廉价, 在硬盘这么便宜的今天, 还是有其意义的, 因为其本意是以多个便宜的小容量硬盘来取代一个昂贵的大容量硬盘. 别以为几十GB 的硬盘很大, 一千GB以上的要求已很殷切, 尤其电子商务及Internet 的应用, TB 级的容量有很大的需求, 而磁盘阵列正好派上用场. 至于市场上一些号称 IDE 接口的磁盘阵列卡, 其实不能算是磁盘阵列, 我们也来谈谈它.
1. SCSI
全名叫做 Small Computer Systems Interface, 小型机系统接口. 现在市面上的产品主要有 fast SCSI-2 控制卡用于接低速的装置如光驱及磁带机等; ultra wide SCSI 每秒 40MB 的传输率, 主要接硬盘; ultra2
LVD SCSI 每秒 80MB, 我们在 1998年初即推出产品; 我们在 1999年底推出每秒 160MB 的ultra3 或称 ultra160的产品, ultra160 是在 ultra2 的基础上将其率速提升一倍; SCSI 的下一个规格是每秒 320MB, 应该明年初会有产品, 目前的最终规格是 640MB. 有关 SCSI 的规格介绍及相关技术, 可从华艺科技的中文网页www.oapro下载.
SCSI 自 ultra2开始采用 LVD 电气规格, 即低电压差分(以其意义来讲, 应该叫差动, 但市场上一般都叫差分 , 我们从俗), 使其总线可长至12米, 虽然在很多应用上还是不够, 但其长度已足以形成大容量的连接. SCSI 是智能型总线规格, 取代了传统 I/O 通道(或称I/O处理器)的角色, 其有很多优化的功能, 其总线可连接 16 个装置(包括自己), 可作热插拔. 磁盘阵列利用了 SCSI 的特性, 使其所连接的装置具有大容量, 热插拔维护及容错的功能.
2. 光纤通道
全名叫做 Fibre Channel, 简称 FC, 用法文 Fibre 而不用英文 Fiber 的原因是避免和光纤网络的Fiber 混淆. 光纤通道是串行的传输, 现在的产品都是每秒传输率为 1Gbit, 2 Gbit 刚出来, 现在所知的最终规格是 4.25Gbit, 未来如何, 尚未知. 简单而言, 光纤通道是 SCSI 和网络的结合, 在储存方面, 支
持SCSI的规格, 网络则支持 IP. 在连接方面, 光纤通道可接 127 个装置(包括自己), 连接距离使用铜
缆可达30米, 短波光纤可达 500米, 而长波光纤可达 10 公里, 能符合长距离容错容灾及数据共享的需求, SAN (Storage Area Network, 存储网络) 是基于光纤通道的应用. 华艺科技将在7/8月间举行大
型的研讨会, 向业界推介光纤通道及 SAN 的完整解决方案. 华艺科技在1998年中即推出外置式的
光纤通道磁盘阵列系统, 致力于光纤通道技术及应用的推广. 光纤通道有很多令人激赏的功能, 如有兴趣, 可在华艺科技的中文网页www.oapro上找到很多资料. 光纤通道的磁盘阵列卡在结构
上和 SCSI 磁盘阵列卡并无多大不同, 一般只支持存储功能, 即 SCSI 规格, 具有和 SCSI RAID 一样
的功能, 但它能在更长的距离之内接更多的硬盘.
3. IDE
全名叫做 Integrated Device Electronics, 是低速的传输界面, 增强型 IDE 最终是 ATA 33 及66, 传轮率标准值分别为每秒 33MB及66MB. 一条 IDE 总线上可接两个装置, 但两个装置不能同时使用, 一个装置的工作没有完全完成之前, 另一装置只能等待. 其工作方式是标准的 PIO (Programmed I/O), 即其每一个动作都必须经 CPU 的干预及控制, 浪费很多CPU 的时间, 并不适合大容量及大数据量传输的应用. IDE 并不适合作磁盘阵列的界面, 一是其总线太短, 最长只有 18吋; 二是一条总线只能接两个装置, 而且同时只有一个装置能工作, 又难于在控制卡上安装两个以上的接口; 三是没有热插拔的功能, 不能带电
维护, 一旦硬盘故障, 必须停机; 四是本身没有智能, 必须由主机 CPU 插手管理, 影
响主机的整体性能; 五是 IDE 根本无法承受高速的数据传输. 如果 IDE 磁盘阵列要做得和 SCSI 磁
盘阵列类似的功能, 其成本会比 SCSI 高很多. 要做 IDE RAID, 不能做成插卡的方式, 应该做成独立
的RAID, 内部多个 IDE 和硬盘相接, 外部的 IDE 接口 (或使用 SCSI 接口, 或高速 USB, 或 1394)只用于传输, 和主机连接.
IDE 的 ATA 66 可能己是规格的尽头, 听说会有 100MB 的规格, 但相信不会再有进一步的规格, 相对于 SCSI 和光纤通道的快速发展, IDE 的生存之道是便宜. 1996年时, 我们预估 IDE 会在2000年淘汰, 也许是看得太远, 没想到 1394 会碰到这么多挫折, 以致失准, 但相信也是两三年的事, 1394 及USB 的新规格会使 IDE 失去其生存之道.
二. 软件磁盘阵列及硬件磁盘阵列
市面上有很多鱼目混珠的东西. 我们所说的磁盘阵列是硬件磁盘阵列, 分别的方式很简单, 控制
卡上有CPU 及内存的就是硬件磁盘阵列卡. 以前 32-位PCI 总线的磁盘阵列卡所用的 CPU 主要是486/586 或 i960, 现在64-位PCI总线的磁盘阵列卡甚至使用 PowerPC, StrongArm 或其他小型机 CPU,
内存一般可用 4MB到512MB, 其性能非常强大. 主机和硬件磁盘阵列大体上只有下令命和通讯的关系, 所有的 I./O 及磁盘阵列的运算都由控制卡自己完成, 不占 CPU 的时间. 磁盘阵列的运算非常耗时, 每一笔数据的读出都要做 XOR, 读入则必须要完成一个读出-修改-写入循环(Read-Modify-Write), 更费时. 没有专用的 CPU 和XOR 处理器以及足够的内存, 难于应付其工作量, 而 I/O控制器, 内存控制器, DMA 控制器及卓越的总线控制, 使磁盘阵列产生整体的高性能. 由些可知, 为甚么磁盘阵列需要高档的 CPU 和大容量的内存.
软件磁盘阵列则是一组程序, 其所有的功能都必须依赖主机的CPU执行, 控制卡只是作为 I/O
的接口界面，和 RAID 甚至没有必然的关系. 最明显的例子莫过于现在市面上的所谓 IDE 磁盘阵列卡, 在控制卡上有两个接口, 可接四个硬盘以做 RAID 0 或 RAID1. 其实这种接法是错的, 因为一个接口
的两个硬盘同时只有一个能工作, 两个接口可得到两个盘同时工作的好处, 但对四个盘而言, 郄把RAID 0 的性能拉下来了; 若四个盘做的是 RAID 1, 则有时差的问题而会使数据不一致. 如果只能接
两个硬盘, 称为 RAID 1 是错误的，因为 RAID 1 是 RAID 0 + 镜像, 两个盘只能做传统的硬盘镜像, 不是RAID 1. 这类控制卡上完全没有 CPU 及内存, 所有 RAID 的功能都要在主机的 CPU 及内存上运行, 占用了系统的资源, 拉下主机的性能. 你不要看它把 RAID 的程序及相关的设置程序都烧在控制
卡上的晶片(EPROM)里, 就以为是硬件 RAID, 其实不管用甚么方式, 这些程序必须有 CPU 及内存才能运行, 这样你就知道是怎么回事了. 对于这种产品及软件 RAID, 如果利用自己主机上的硬盘控制卡及操作系统所提供的软件RAID, 花一毛钱就能做得到, 不必要花一千多块钱去买一片这样的卡.
大部份操作系统都内含 RAID 软件, 只是软件 RAID 吃 CPU 时间, 尤其 RAID 5 跑下来, 系统性能可能要去掉三分之一以上, 所谓的 IDE 阵列卡不敢用 RAID 5, 原因也在此.
此类控制卡以性能及价格便宜为诉求. 对于性能, 两个 IDE 通道各接一块硬盘和一个 ultra wide 或 ultra2 SCSI 通道接两块硬盘, 在32-位 PCI 总线上性能是差别不太的, 但如接四个硬盘或以上, SCSI 的性能, 尤其是 ultra2, 一下子就上去了, IDE 绝对没办法比. 至于价格, 一片两个接口及一个Flash ROM 的 IDE 卡竟然卖一千多块钱, 也真够吓人的, 比 ultra2 SCSI 贵太多了. 其实对一个 RAID 系统来讲, 价钱不在控制卡而在硬盘, IDE 的硬盘胜在便宜. 在四五年前, SCSI 硬盘只比 IDE 硬盘贵约 20%, 这两年来郄差价在一倍甚至以上, 不知是甚么原因. SCSI 硬盘的相同型号及容量, 不论是
68-针, 80-针热插拔, 或是光纤通道, 出厂价都是一样的.
三. 市场名牌
在国内的市场上主要有三家美国公司的磁盘阵列卡, 依名气排是 Mylex, AMI, DPT, 依性能排是DPT, My
lex, AMI. Mylex 很早就做磁盘阵列卡, 早期很多服务器厂商采用它的产品, 进入中国也最早, 所以名气较大. 但 Mylex 去年7月给IBM买了, 这对其用户非常不利. IBM 买 Mylex 应该是其服务器产品的策略, 绝不会是要在市场上卖磁盘阵列卡. 试问 IBM 何曾卖过卡? IBM 何曾开放得可以让用
户在市场上随便就买到其服务器上的主要配件? Mylex 的产品还能在市场上玩多久, 我们不得而知, 但由此可想而知, Mylex 的用户己经是标准的孤儿了.
AMI 磁盘阵列卡约三年前才在中国市场出现, 因为有几家大服器厂商在用, 所以服务器的集成商及
用户也跟着用起来. 在大家的印象之中, AMI 是做主板 BIOS 的, 其实 AMI 也做磁盘阵列卡及外接式的控制器, 同时还生产高档的服务器主板. AMI 在国内的市场占有率并不高, 使用起来略嫌麻烦, 随着其香港代理商撤了在北京的办事处, 其市场更不如前, 就看以后接手的代理商的作为.
DPT 的产品早期曾在中国市场上销售, 后因其代理商的关系, 最近三四年未出现在市场. 1999年初和OApro 公司签约, 以 OApro 在国内的公司华艺科技代理销售其磁盘阵列卡产品, 因为进入中国较迟, 所以名气排未. 但华艺科技在市场上的努力, 己使 DPT 磁盘阵列卡的高性能和兼容性得到服务器厂商如 Intel，联想等的认可, 同时被很多服务器经销商使用在 IBM, HP, Compaq, 富士通, Acer 等系统上; 很多 Interne的ISP/ICP 也使用 DPT 的产品. DPT 的 OEM 用户以 SUN 的量最大, Compaq Alpha 上使用的也是 DPT 卡. 其产品在兼容性上紧跟 Intel, 因为 Intel 是服务器主板的主要供应商, 使用 Intel 主板的
服务器用 DPT 磁盘阵列卡不会有兼容性的问题. DPT 去年底给 Adaptec 买了, 和 IBM 买 Mylex 不一样, Adaptec 是在市场上卖 SCSI 控制卡的公司, 收购 DPT 使其拥有高档的磁盘阵列卡及市场; 对DPT 的客户而言, 可以得到Adaptec 的市场及技术的支援. .
就产品而言, Mylex 的磁盘阵列卡虽然每一档次的产品性能都逊于 DPT, 但总体而言, 产品是不错的. 不知道为甚么市场上还有很多 Mylex 的wide SCSI(每秒20MB)磁盘阵列卡在卖, wide SCSI 的产品
己淘汰多年了, 但却用来以低价冲击市场. 反正不管是 wide SCSI, ultra wide SCSI, ultra2 SCSI 或是ultra 160 SCSI 用的都是 68-针的接口, 用户不懂, 也看不出来. 现在市场上尚未看到 Mylex 的 ultra 160 的产品, 不知还会不会有. 不过这是明日黄花, 不提也罢.
去年初, 华艺科技带入中国市场的 DPT 产品是 SmartRAID V系列, 是市场上最早的ultra2 SCSI 及光纤通道磁盘阵列卡; 去年底领先业界推出 SmartRAID VI 系列磁盘阵列卡, 是 ultra 160 的产品及一款性能更强的光纤通道磁盘阵列卡, 除低阶产品外, 此系列全部是 64-位 PCI 总线的产品, 内附 32MB或64MB DPT的ECC EDO高速快取内存, 可作 16-位的校验. DPT 的产品都是模块式的设计, 以附加接口卡的方式升级接口, SCSI 磁盘阵列卡, 可升级光纤通道接口卡, 反之亦然, 在一块磁盘阵列卡上同时具有 SCSI及光纤通道的接口, 所谓拥有现在, 掌握未来, 是投资的最好保障. 而低阶的产品和 ultra2 的价格是一样的, 用户可以便宜的价格得到 ultra 160 的性能. 有兴趣的人可在www.adaptec查看产品资料, 或在华艺科技的中文网页www.oapro 上查取中文资料.
