SAS硬盘基础 作者：毛泽安工号：04739课程目的： 通过对此胶片的学习，使员工对SAS技术及SAS硬盘有一个具体深入的了解，对SAS硬盘的前景和应用有更进一步的认识。主要内容一、浅谈SAS硬盘二、SAS硬盘的性能指标二、SAS硬盘的可靠性及其应用1、简述SAS技术2、SAS与其它接口技术的区别3、SAS硬盘的发展现状和前景一、浅谈SAS硬盘1、简述SAS技术 SAS是新一代的SCSI技术，和现在流行的SerialATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，提供与串行ATA(SerialATA)硬盘的兼容性。 SAS接口的相互连接基于以下三种传输协议： SSP: Serial SCSI Protocol; STP: Serial ATA Tunneled Protocol; SMP: Serial Manager Protocol SAS硬盘接口（双端口） SAS硬盘是双端口设备，可以通过双端口连接线缆同时与两SAS Controller相连接。SAS硬盘的接口定义如下： 第一端口： 第二端口 SI GND S8 GND S2 RP+ S9 RS+ S3 RP- S10 RS- S4 GND S11 GND S5 TP+ S12 TS+ S6 TP- S13 TS- S7 GND S14 GNDP1、P2、P3：3.3V；P7、P8、P9：5V；P13、P14、P15、12V；P4、P5、P6、P10、P12：GND；P11：驱动状态指示灯，表示硬盘状态；其中P3、P7、P13预充电。SAS硬盘示图： SAS SATA性能 全双工 半双工 3.0Gb/Sec 1.5Gb/Sec（一代） 3.0Gb/Sec（二代）连接 传输距离6m外部线缆 传输距离1m的内部线缆端口 双端口 单端口 用扩展器实现点对点连接 点对点连接 SAS用到了4根数据线， SATA用两根数据线，一收一发 一对收发，是全双工模式传输模式 通过SCSI报文传输 通过SATA隧道协议（STP）传输驱动控制 双主机控制磁盘 单主机控制磁盘 2、SAS与其它接口技术的区别 SAS扩展技术：通常SAS Controller只能出8对串行差分信号线，最多也只能对8个硬盘进行管理，要想实现对更多磁盘的管理，就需要采用扩展技术，主要是通过扩展芯片（PM8387）来实现，PM8387最多可扩展36对SAS差分信号，并且能过多级扩展。SAS接口信号的点对点连接SAS硬盘窄端口、宽端口 SAS硬盘是双端口的，即端口包括两个PHY，出两个SAS接口，能同时与两个硬盘控制器相连，两个磁盘控制器能同时对一个SAS硬盘进行管理操作，也可以作为冗余备份，现在的存储产品主要实现后者的功能，提高可靠性。 SCSI 1)性能：传输速率达到了每秒320 MB/秒； 2)兼容性：与现有的Ultra2 SCSI、Ultra160 SCSI电缆连接兼容，并可同时安装于一条总线上，而不影响性能 ，最多支持15个设备； 3)可靠性：通过提高检纠错能力增强了产品的可靠性。并且具有监控接口性能和最高可靠传输速率的能力。 SCSI硬盘的机械部件为高工作负载而设计，能满足企业对硬盘随机存取的高要求，SCSI硬盘比IDE/ATA硬盘更适合随机IO频繁的应用。 FC 光纤通道可以采用铜轴电缆和光导纤维作为连接设备。 1)可扩展性：最多可连接126个设备； 2)性能：低CPU占用率；支持热插拔，在主机系统运行时就可安装或拆除光纤通道硬盘；高带宽，在适宜的环境下，光纤通道是现有产品中速度较快的； 3)传输：连接距离大，连接距离远远超出其它同类产品，光纤传输能达到10KM，而其它产品的电缆传输距离只有10几米左右。 四种硬盘接口 3、SAS硬盘的发展现状和前景 作为并行连接SCSI的后继技术，串行连接SCSI（SAS）专为满足高性能企业需求而设计，并实现与串行ATA（SATA）的互操作，为企业用户带来前所未有的灵活性和成本节约。 第一代SAS的数据吞吐能力达到3Gbps，为了紧跟不断增长的微处理器速度和越来越高级的应用需求，其后续几代速度将逐级加大直至12Gbps。窄端口（一个端口只有一个PHY器件）允许单路串行链接，而宽端口（一个端口包括多个PHY器件）则支持多路链接，获得面向8路SAS或SATA目标的合计带宽，将总带宽提高到24Gbps。二、SAS硬盘的性能指标 以下我们以希捷的SAS硬盘为例，来介绍SAS硬盘的一些基 本性能指标。 SAS硬盘（ST3146854SS）的内部基本特性： 硬盘容量 146.8GBytes 读写磁头数 8 个 磁道字节数 471,916Byte 盘面字节数 18,351MByte 盘面磁道数 50,864Track 每英寸磁道数 85,000TPI 内部速率 685-1,142Mbits/sec 硬盘转速 15,000rpm 平均潜伏时间 2.0msec希捷各类型硬盘的指标希捷各类型硬盘的指标三、 SAS硬盘的可靠性及其应用1、SAS硬盘的可靠性分析2、SAS硬盘的广泛应用 硬盘的可靠性主要从两个方面来说：一方面是指SAS硬盘的出错率（Error Rate）,另一方面是指硬盘的可靠性和服务寿命（基于希捷的SAS硬盘可靠性）。 1)不可恢复性错误 不可恢复性错误是指从SAS硬盘介子中恢复数据失败。不可恢复性错误只能在读操作中存在，但不是由读操作引起的，而是由于磁头/介质或写操作的问题引起。由同一种原因引起的多个不可恢复性数据错误看作是一个错误。 2)可恢复性错误 可恢复性错误是指SAS硬盘能自动检测并和修正错误的数据，而不需要用户干涉。1、SAS硬盘的可靠性分析 3)寻道(Seek)错误 寻道错误是指SAS硬盘驱动器驱动磁头到指定的磁道时出错。当最初寻道出错时，硬盘会自动启动修复程序进行修正，如果程序修正失败，则被认定为硬件错误。SAS硬盘的寻道错误指标要求小于10个错误/10*8Seek。 4)接口错误 接口错误是指SAS接口的接收器在获得由外部连接传送的数据时出错。这种错误一般被认定为是磁盘运行不一致、代码非法、同步数据丢失或循环冗余校验码出错。 可靠性和服务寿命 1)年故障率（AFR） SAS硬盘工作环境：上电工作8,760hours/peryear;平均拆卸250次/peryear；工作在正常电压范围；保证足够的冷却条件不适硬盘工作温度超标。在上述工作条件下，硬盘的年故障率不能超过0.62%。当硬盘短期工作在规定范围以外时，不会影响硬盘的AFR性能。 2)预防维护 SAS硬盘不需要任何的预防维护程序。 3)硬盘热插拔 工作条件：当SAS硬盘上电或热插拔时，在与外部接口通信之前硬盘首先运行自检程序，只有自检成功后，硬盘开始发送重新链接信号，与其连接的设备必须相应重新链接信号，然后才能开始通信。要是链接失败了，硬盘会每秒发起一个重新链接信号，此信号在SAS硬盘的两个端口portA/portB之中随机输出。如果SAS硬盘自检失败，就不会有重新链接信号。 注意：只有SAS硬盘电动机完全停止后，才能移动硬盘或改动操作平面（其它硬盘也是如此）。 可靠性和服务寿命 4)自我监控分析、报告技术(SMART) 自我监控分析、报告技术（Self-Monitoring Ananysis Reporting Technology）可以分析SAS硬盘失败原因，并给出足够的失败告警。 告警条件：磁盘内每种特性都有一个失败历史计数器，发现一个不可接受错误时，计数器加1，发现一个可接受错误时，计数器减1，当计数器满时，才会告警。 可靠性和服务寿命 5)温度监控器 告警条件：SAS硬盘通过内部的温度传感器来监控硬盘的温度，当温度超过了硬盘所能承受的极限值（不同型号的SAS硬盘有所不同）或者超过用户的指定值时，就会产生告警信号，并同时保存自我监控分析、报告的数据，最终通过硬盘接口发送告警信号给其他设备。 监控周期：温度检测在硬盘上电时刻以及上电后每隔10分钟操作一次。 可靠性和服务寿命 6）硬盘自检（DST） 工作条件： SAS硬盘开始自检时要求电动机稳定匀速旋转、磁头运行在磁道上、磁盘驱动器能够从磁盘正确的读取配置表格信息。满足上述条件后，硬盘自检程序才能正常检测。 下列情况为自检诊断失败： 寻道错误，并且修正无效； 磁道跟踪器出错，并且修正无效； 磁盘读出错，并且修正无效； 磁盘写出错，并且修正无效。 注意：可恢复性错误不会产生诊断失败告警。可靠性和服务寿命 7)产品质量保证书 每一厂家的硬盘都会有相应的产品质量保证书。质量保障条件：以希捷的SAS硬盘为例，其产品质量保证书保证任何一款产品在正常使用下，由于材料、工艺或配件不匹配引起的产品功能失效，厂家包换，但退货时要保证原有的包装，否则厂家不予接受。 以上七个方面的可靠性保证