2018/04/27

存储极客 | 瓜哥图解SAS RAID

冬瓜哥

✎✎✎“存储极客”栏目再次与大家见面啦！在这里，只有一位大咖名叫“存储”，它的粉丝我们称为“存储极客”！

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在《瓜哥图解存储协议》篇中，瓜哥图文并茂的介绍了各类存储系统使用的协议和接口。本篇，瓜哥将为大家讲解存储中高大上的RAS RAID。

四、各类存储系统控制器/HBA一览

通信是双方的，上文中大家看到的只是硬盘/外设一侧的接口形态，所有设备必须被接入到IO通道控制器上，比如IDE需要接入到IDE控制器，SATA盘需要接入到SATA控制器，SAS接入到SAS控制器，SCSI、PCIE等各自也都有各自的控制器。这些IO通道控制器在后端通过各自的连接器将1个、2个或者多个设备通过各自不同的总线方式挂接上，在前端则通过PCIE或者内部私有总线与系统IO桥相连，IO桥在通过更高速的总线连接到CPU。所以这类控制器又被称为总线适配器，如果将这类IO控制器做成一张板，插到PCIE槽上与IO桥相连，则称之为Host Bus Adapter，HBA。当然，PCIE控制器是直接集成到CPU里的，PCIE设备是直接连接到CPU而不需要HBA，最多用个连接器转接板将CPU上的PCIE IO管脚连接到外部连接器或者插槽上。

1.SATA、IDE、PCIE、emmc、ufs这些协议的接口控制器，由于太过常用，一般都被集成到系统IO桥芯片中了。不需要转接到PCIE外扩出HBA来。

2.SCSI HBA：

3.FC HBA

4.SAS HBA

5.以太网HBA

6.Infiniband HBA

IB体系习惯把HBA叫做HCA（Host Channel Adapter）

五、带RAID功能的HBA被称为RAID卡

在HBA上增加或者增强对应资源，比如嵌入式CPU、板载DRAM、硬加速计算逻辑等，便可实现各种RAID了，此时HBA上报给OS的并不是其下挂的物理资源，而是经过RAID虚拟化之后逻辑资源。由于提升了并发性，增加了Write Back模式的缓存并加以电池或者超级电容保护，这些逻辑资源拥有更高的速度、更好的时延和更好的可靠性。

1. SCSI RAID卡

2. SATA RAID卡

3.SAS RAID卡

六、SAS/SATA硬盘、HBA、接入到服务器中的方式

下图是最早期的SCSI硬盘的接入方式，由于采用总线结构，背板可以做成无源背板，而且走线十分方便，大部分导线被焊接到背板的PCB上，只留一个链接器连接到SCSI HBA/RAID卡即可。由于SCSI底层接口已经被淘汰，不多描述。

1.SAS卡直连无源背板形式。该形式下，SAS卡（不管是HBA还是带RAID功能的HBA）采用x4的线缆直接连接到背板上的连接器，背板上每4个硬盘接口被导入到一个x4的连接器上从而直接连接到SAS卡。也就是说，如果有16块盘，那么背板需要出4个x4连接器，分别连接到SAS卡一侧的一个x4连接器上，前提是SAS卡必须支持对应数量的直连设备。目前Adaptec的12Gb SAS HBA可以单芯片最大直连16个SAS设备，为接入密度最大的产品。

2.SAS卡连接带Expander的有源背板形式。有些型号的SAS卡最大只能直连8个设备，而有些服务器比如Dell R910，其前面板有12个硬盘槽位。此时，只能靠SAS Expander（简称EXP）了。12个槽位先连接到EXP

3.SAS卡连接Expander子板再连接无源背板的形式。有些时候服务器厂商不想为了增加一个Expander而再制作一款背板，而是想利用现有的无源背板，比如支持16盘位的无源背板，再加上一小块子板，将Expander放在这个子板上，再将这个子板与SAS HBA及背板分别连接起来。下图是Dell R730服务器的硬盘连接部分的俯视图。可以看到那块黄色的子卡，其背面有一块SAS Expander芯片，北向采用4个x4接口连接到SAS HBA，南向采用连接器与无源背板相连。