淺談磁盤陣列卡
OApro Technology
We always step ahead
OApro SAN 解決方案系列
編號第16-4
? Copyright 2000 華藝科技產品及資料中心
版權所有翻印必究
OApro-華藝科技
以數據為中心的高可用性計算環境的領導者
前瞻技術
開拓品質
領先服務
優良品牌客戶滿意
高可用商業系統中SAN的任務
OApro SAN 解決方案系列
編號第16-4
本方案只提供一般性的參考
本公司不對其內容負任何責任
華藝科技產品及資料中心
2000年12月第一版
OApro Technology
淺談磁盤陣列卡
華藝科技產品及資料中心
磁盤陣列, 即 RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks), 現在市面上己很流行, 高端服務器幾乎都配置RAID, 很多用戶也己使用多年, 但何謂磁盤陣列, 還是有很多人不了解. 正如很多人在用SCSI 卡, 在賣 SCSI卡, 甚至自稱 SCSI 技術專家的, 對 SCSI 都并不了解. 所以用戶難得有渠道去了解相關的技術, 或被銷售商的所誤導. 磁盤陣列也是一樣, 今天滿街有人在賣磁盤陣列, 可是真正了解的人并不多. 華藝科技自1993年推出磁盤陣列產品以來, 即以推展技術和教育用戶為己任, 鑒于了解的人少, 自1993年即為業界大量印發”磁盤陣列”一文, 96年和98 年做了增益, 最近還會有新版本出來. 對磁盤陣列有興趣的人可從華藝科技的中文網頁www.oapro下載. 在這里我們不講規格概念, 只對市面上一些相關的產品來談談磁盤陣列卡, 同時也厘清一些看法.
一. 總線
磁盤陣列卡, 顧名思義是插在電腦主機上的控制卡, 既然是插在主機上, 就和總線有關. 現在的磁盤陣列卡都是 PCI 總線的, PCI 總線有三種規格, 一現在常用的 32 –位PCI, 33MHz主頻, 傳輸速率標準值每秒132MB. 別以為它很快, 在您的主機上能跑到40MB算了不得的了. 二是64-位PCI, 主頻為33MHz, 傳輸速率標準值每秒 264MB; 三是主頻為66MHz 的 64-位PCI, 傳輸速率標準值每秒
528MB. 就磁盤陣列卡來說, SCSI 和光纖通道都在快速發展, 32-位 PCI 早成為瓶頸, 64-位PCI是必然
的趨勢. 不要以為 64-位只用在服務器上, 一般的電腦包括家用電腦很快會使用64-位, 這是趨勢, 你不用都不行. 磁盤陣列卡之所以不能發揮其效能, 除了有些產品設計較差外, 最主要還是 PCI 總線的限制. 磁盤陣列卡上所使用的 CPU 及硬件架構是32位的, 同時也插在 32-位的PCI槽上, 其性能也只好將就了. 新一代的磁盤陣列卡采用的多是64-位的結構, 在性能上比以前有很大的提升. 尤其 SCSI 和光纖通道的發展這么快速, 非64-位不能發揮其性能.
現在市面上的磁盤陣列卡主要是 SCSI 接口的, 光纖通道的磁盤陣列卡也逐漸多起來, 主要是DPT 的. 為甚么只有這兩種磁盤陣列卡? 因為磁盤陣列最主要的功能在容錯及高性能以應付日益具增的數據量, 而只有 SCSI 和光纖通道的智能型控制及高速傳輸才能符合需求. 此外, RAID 中之 “I” 即廉價, 在硬盤這么便宜的今天, 還是有其意義的, 因為其本意是以多個便宜的小容量硬盤來取代一個昂貴的大容量硬盤. 別以為幾十GB 的硬盤很大, 一千GB以上的要求已很殷切, 尤其電子商務及Internet 的應用, TB 級的容量有很大的需求, 而磁盤陣列正好派上用場. 至于市場上一些號稱 IDE 接口的磁盤陣列卡, 其實不能算是磁盤陣列, 我們也來談談它.
1. SCSI
全名叫做 Small Computer Systems Interface, 小型機系統接口. 現在市面上的產品主要有 fast SCSI-2 控制卡用于接低速的裝置如光驅及磁帶機等; ultra wide SCSI 每秒 40MB 的傳輸率, 主要接硬盤; ultra2
LVD SCSI 每秒 80MB, 我們在 1998年初即推出產品; 我們在 1999年底推出每秒 160MB 的ultra3 或稱 ultra160的產品, ultra160 是在 ultra2 的基礎上將其率速提升一倍; SCSI 的下一個規格是每秒 320MB, 應該明年初會有產品, 目前的最終規格是 640MB. 有關 SCSI 的規格介紹及相關技術, 可從華藝科技的中文網頁www.oapro下載.
SCSI 自 ultra2開始采用 LVD 電氣規格, 即低電壓差分(以其意義來講, 應該叫差動, 但市場上一般都叫差分 , 我們從俗), 使其總線可長至12米, 雖然在很多應用上還是不夠, 但其長度已足以形成大容量的連接. SCSI 是智能型總線規格, 取代了傳統 I/O 通道(或稱I/O處理器)的角色, 其有很多優化的功能, 其總線可連接 16 個裝置(包括自己), 可作熱插拔. 磁盤陣列利用了 SCSI 的特性, 使其所連接的裝置具有大容量, 熱插拔維護及容錯的功能.
2. 光纖通道
全名叫做 Fibre Channel, 簡稱 FC, 用法文 Fibre 而不用英文 Fiber 的原因是避免和光纖網絡的Fiber 混淆. 光纖通道是串行的傳輸, 現在的產品都是每秒傳輸率為 1Gbit, 2 Gbit 剛出來, 現在所知的最終規格是 4.25Gbit, 未來如何, 尚未知. 簡單而言, 光纖通道是 SCSI 和網絡的結合, 在儲存方面, 支
持SCSI的規格, 網絡則支持 IP. 在連接方面, 光纖通道可接 127 個裝置(包括自己), 連接距離使用銅
纜可達30米, 短波光纖可達 500米, 而長波光纖可達 10 公里, 能符合長距離容錯容災及數據共享的需求, SAN (Storage Area Network, 存儲網絡) 是基于光纖通道的應用. 華藝科技將在7/8月間舉行大
型的研討會, 向業界推介光纖通道及 SAN 的完整解決方案. 華藝科技在1998年中即推出外置式的
光纖通道磁盤陣列系統, 致力于光纖通道技術及應用的推廣. 光纖通道有很多令人激賞的功能, 如有興趣, 可在華藝科技的中文網頁www.oapro上找到很多資料. 光纖通道的磁盤陣列卡在結構
上和 SCSI 磁盤陣列卡并無多大不同, 一般只支持存儲功能, 即 SCSI 規格, 具有和 SCSI RAID 一樣
的功能, 但它能在更長的距離之內接更多的硬盤.
3. IDE
全名叫做 Integrated Device Electronics, 是低速的傳輸界面, 增強型 IDE 最終是 ATA 33 及66, 傳輪率標準值分別為每秒 33MB及66MB. 一條 IDE 總線上可接兩個裝置, 但兩個裝置不能同時使用, 一個裝置的工作沒有完全完成之前, 另一裝置只能等待. 其工作方式是標準的 PIO (Programmed I/O), 即其每一個動作都必須經 CPU 的干預及控制, 浪費很多CPU 的時間, 并不適合大容量及大數據量傳輸的應用. IDE 并不適合作磁盤陣列的界面, 一是其總線太短, 最長只有 18吋; 二是一條總線只能接兩個裝置, 而且同時只有一個裝置能工作, 又難于在控制卡上安裝兩個以上的接口; 三是沒有熱插拔的功能, 不能帶電
維護, 一旦硬盤故障, 必須停機; 四是本身沒有智能, 必須由主機 CPU 插手管理, 影
響主機的整體性能; 五是 IDE 根本無法承受高速的數據傳輸. 如果 IDE 磁盤陣列要做得和 SCSI 磁
盤陣列類似的功能, 其成本會比 SCSI 高很多. 要做 IDE RAID, 不能做成插卡的方式, 應該做成獨立
的RAID, 內部多個 IDE 和硬盤相接, 外部的 IDE 接口 (或使用 SCSI 接口, 或高速 USB, 或 1394)只用于傳輸, 和主機連接.
IDE 的 ATA 66 可能己是規格的盡頭, 聽說會有 100MB 的規格, 但相信不會再有進一步的規格, 相對于 SCSI 和光纖通道的快速發展, IDE 的生存之道是便宜. 1996年時, 我們預估 IDE 會在2000年淘汰, 也許是看得太遠, 沒想到 1394 會碰到這么多挫折, 以致失準, 但相信也是兩三年的事, 1394 及USB 的新規格會使 IDE 失去其生存之道.
二. 軟件磁盤陣列及硬件磁盤陣列
市面上有很多魚目混珠的東西. 我們所說的磁盤陣列是硬件磁盤陣列, 分別的方式很簡單, 控制
卡上有CPU 及內存的就是硬件磁盤陣列卡. 以前 32-位PCI 總線的磁盤陣列卡所用的 CPU 主要是486/586 或 i960, 現在64-位PCI總線的磁盤陣列卡甚至使用 PowerPC, StrongArm 或其他小型機 CPU,
內存一般可用 4MB到512MB, 其性能非常強大. 主機和硬件磁盤陣列大體上只有下令命和通訊的關系, 所有的 I./O 及磁盤陣列的運算都由控制卡自己完成, 不占 CPU 的時間. 磁盤陣列的運算非常耗時, 每一筆數據的讀出都要做 XOR, 讀入則必須要完成一個讀出-修改-寫入循環(Read-Modify-Write), 更費時. 沒有專用的 CPU 和XOR 處理器以及足夠的內存, 難于應付其工作量, 而 I/O控制器, 內存控制器, DMA 控制器及卓越的總線控制, 使磁盤陣列產生整體的高性能. 由些可知, 為甚么磁盤陣列需要高檔的 CPU 和大容量的內存.
軟件磁盤陣列則是一組程序, 其所有的功能都必須依賴主機的CPU執行, 控制卡只是作為 I/O
的接口界面，和 RAID 甚至沒有必然的關系. 最明顯的例子莫過于現在市面上的所謂 IDE 磁盤陣列卡, 在控制卡上有兩個接口, 可接四個硬盤以做 RAID 0 或 RAID1. 其實這種接法是錯的, 因為一個接口
的兩個硬盤同時只有一個能工作, 兩個接口可得到兩個盤同時工作的好處, 但對四個盤而言, 郄把RAID 0 的性能拉下來了; 若四個盤做的是 RAID 1, 則有時差的問題而會使數據不一致. 如果只能接
兩個硬盤, 稱為 RAID 1 是錯誤的，因為 RAID 1 是 RAID 0 + 鏡像, 兩個盤只能做傳統的硬盤鏡像, 不是RAID 1. 這類控制卡上完全沒有 CPU 及內存, 所有 RAID 的功能都要在主機的 CPU 及內存上運行, 占用了系統的資源, 拉下主機的性能. 你不要看它把 RAID 的程序及相關的設置程序都燒在控制
卡上的晶片(EPROM)里, 就以為是硬件 RAID, 其實不管用甚么方式, 這些程序必須有 CPU 及內存才能運行, 這樣你就知道是怎么回事了. 對于這種產品及軟件 RAID, 如果利用自己主機上的硬盤控制卡及操作系統所提供的軟件RAID, 花一毛錢就能做得到, 不必要花一千多塊錢去買一片這樣的卡.
大部份操作系統都內含 RAID 軟件, 只是軟件 RAID 吃 CPU 時間, 尤其 RAID 5 跑下來, 系統性能可能要去掉三分之一以上, 所謂的 IDE 陣列卡不敢用 RAID 5, 原因也在此.
此類控制卡以性能及價格便宜為訴求. 對于性能, 兩個 IDE 通道各接一塊硬盤和一個 ultra wide 或 ultra2 SCSI 通道接兩塊硬盤, 在32-位 PCI 總線上性能是差別不太的, 但如接四個硬盤或以上, SCSI 的性能, 尤其是 ultra2, 一下子就上去了, IDE 絕對沒辦法比. 至于價格, 一片兩個接口及一個Flash ROM 的 IDE 卡竟然賣一千多塊錢, 也真夠嚇人的, 比 ultra2 SCSI 貴太多了. 其實對一個 RAID 系統來講, 價錢不在控制卡而在硬盤, IDE 的硬盤勝在便宜. 在四五年前, SCSI 硬盤只比 IDE 硬盤貴約 20%, 這兩年來郄差價在一倍甚至以上, 不知是甚么原因. SCSI 硬盤的相同型號及容量, 不論是
68-針, 80-針熱插拔, 或是光纖通道, 出廠價都是一樣的.
三. 市場名牌
在國內的市場上主要有三家美國公司的磁盤陣列卡, 依名氣排是 Mylex, AMI, DPT, 依性能排是DPT, My
lex, AMI. Mylex 很早就做磁盤陣列卡, 早期很多服務器廠商采用它的產品, 進入中國也最早, 所以名氣較大. 但 Mylex 去年7月給IBM買了, 這對其用戶非常不利. IBM 買 Mylex 應該是其服務器產品的策略, 絕不會是要在市場上賣磁盤陣列卡. 試問 IBM 何曾賣過卡? IBM 何曾開放得可以讓用
戶在市場上隨便就買到其服務器上的主要配件? Mylex 的產品還能在市場上玩多久, 我們不得而知, 但由此可想而知, Mylex 的用戶己經是標準的孤兒了.
AMI 磁盤陣列卡約三年前才在中國市場出現, 因為有幾家大服器廠商在用, 所以服務器的集成商及
用戶也跟著用起來. 在大家的印象之中, AMI 是做主板 BIOS 的, 其實 AMI 也做磁盤陣列卡及外接式的控制器, 同時還生產高檔的服務器主板. AMI 在國內的市場占有率并不高, 使用起來略嫌麻煩, 隨著其香港代理商撤了在北京的辦事處, 其市場更不如前, 就看以后接手的代理商的作為.
DPT 的產品早期曾在中國市場上銷售, 后因其代理商的關系, 最近三四年未出現在市場. 1999年初和OApro 公司簽約, 以 OApro 在國內的公司華藝科技代理銷售其磁盤陣列卡產品, 因為進入中國較遲, 所以名氣排未. 但華藝科技在市場上的努力, 己使 DPT 磁盤陣列卡的高性能和兼容性得到服務器廠商如 Intel，聯想等的認可, 同時被很多服務器經銷商使用在 IBM, HP, Compaq, 富士通, Acer 等系統上; 很多 Interne的ISP/ICP 也使用 DPT 的產品. DPT 的 OEM 用戶以 SUN 的量最大, Compaq Alpha 上使用的也是 DPT 卡. 其產品在兼容性上緊跟 Intel, 因為 Intel 是服務器主板的主要供應商, 使用 Intel 主板的
服務器用 DPT 磁盤陣列卡不會有兼容性的問題. DPT 去年底給 Adaptec 買了, 和 IBM 買 Mylex 不一樣, Adaptec 是在市場上賣 SCSI 控制卡的公司, 收購 DPT 使其擁有高檔的磁盤陣列卡及市場; 對DPT 的客戶而言, 可以得到Adaptec 的市場及技術的支援. .
就產品而言, Mylex 的磁盤陣列卡雖然每一檔次的產品性能都遜于 DPT, 但總體而言, 產品是不錯的. 不知道為甚么市場上還有很多 Mylex 的wide SCSI(每秒20MB)磁盤陣列卡在賣, wide SCSI 的產品
己淘汰多年了, 但卻用來以低價沖擊市場. 反正不管是 wide SCSI, ultra wide SCSI, ultra2 SCSI 或是ultra 160 SCSI 用的都是 68-針的接口, 用戶不懂, 也看不出來. 現在市場上尚未看到 Mylex 的 ultra 160 的產品, 不知還會不會有. 不過這是明日黃花, 不提也罷.
去年初, 華藝科技帶入中國市場的 DPT 產品是 SmartRAID V系列, 是市場上最早的ultra2 SCSI 及光纖通道磁盤陣列卡; 去年底領先業界推出 SmartRAID VI 系列磁盤陣列卡, 是 ultra 160 的產品及一款性能更強的光纖通道磁盤陣列卡, 除低階產品外, 此系列全部是 64-位 PCI 總線的產品, 內附 32MB或64MB DPT的ECC EDO高速快取內存, 可作 16-位的校驗. DPT 的產品都是模塊式的設計, 以附加接口卡的方式升級接口, SCSI 磁盤陣列卡, 可升級光纖通道接口卡, 反之亦然, 在一塊磁盤陣列卡上同時具有 SCSI及光纖通道的接口, 所謂擁有現在, 掌握未來, 是投資的最好保障. 而低階的產品和 ultra2 的價格是一樣的, 用戶可以便宜的價格得到 ultra 160 的性能. 有興趣的人可在www.adaptec查看產品資料, 或在華藝科技的中文網頁www.oapro 上查取中文資料.
