SAS想要取代谁？（SAS挺进中端存储系统之二）

以现在的眼光来看，FC并不太适合磁盘阵列（存储系统）内部的存储互连。没错，串行技术、交换架构、高效的FCP协议和长达10公里的连接距离，FC的上述优势直到今天也不过时。然而，作为磁盘阵列内部存储互连的FC，却是个大打折扣的“缩水版”。

我们知道，复杂带来的高成本是FC最大的问题。以FC技术的复杂性，要在硬盘驱动器层面上实现对交换架构的支持，代价是非常高昂的，而磁盘阵列的内部连接也用不上10公里这么“夸张”的参数。因此，硬盘驱动器的所谓“FC”，其实是FC-AL（Fibre Channel Arbitrated Loop，光纤通道仲裁环路），经铜缆（机箱之间才是光纤）连接成一个环路，通过相对完善的仲裁机制共享带宽。一个仲裁环理论上可以连接127个设备，但受制于带宽，容纳的磁盘驱动器通常不到这个数字的一半。

FC的三种拓扑结构：交换式网络（Fabric，左）、仲裁环路（Arbitrated Loop，右）和点对点（下）

然后，一个个的仲裁环，再通过环路交换机联结在一起，组成一个半交换的架构。当然，这个架构比起并行SCSI的总线架构是强多了，但也正体现出缔造时“先解燃眉之急”的思路。降低成本的初衷是好的，但在中端磁盘阵列都动辄装备数百台硬盘驱动器的今天，这种半交换架构导致系统的复杂性大为增加，而且性能瓶颈俯拾皆是。

其中最明显的问题就是带宽严重不足。目前主流的FC硬盘驱动器，顺序传输率平均（且不说最大）在80MB/s上下，一个4Gb/s的环路（硬盘驱动器最早也要2009年才能支持8Gb/s FC）连接5个就用满了，但在实际设计时，也只有高端磁盘阵列才会如此慷慨……因此，眼下的中端磁盘阵列，在带宽型应用上都没有太突出的表现——至少，瓶颈不在硬盘的机械结构上！

FC磁盘阵列后端连接示例，每个FC-AL驱动器环路至少连着32个硬盘驱动器（共享4Gb/s带宽，合400MB/s）

FC-AL面临的另一个挑战是因分层存储理念普及而大行其道的SATA硬盘驱动器。作为中端磁盘阵列，必须拥有能够在同一系统中混合使用高性能硬盘驱动器（如FC/SAS/SCSI）和大容量硬盘驱动器（如SATA/PATA）的能力。问题是FC-AL和SATA在软硬件上均不兼容，无论是给大容量硬盘驱动器换上FC-AL接口，还是通过FC-SATA转换器件，都进一步提高了系统的复杂性和成本。

在这种大背景下，随着SAS技术的不断成熟，至少在中端磁盘阵列的层面上，变革的时机已经到来。

大约7年前，为了给带宽很难继续提升的并行SCSI缔造一个合适的接班人，Compaq（现HP）、IBM、LSI Logic、Maxtor和Seagate（如今是一家）带头开始发展被称为Serial Attached SCSI（串行连接SCSI，即SAS）的技术。这种技术继承了并行SCSI的指令集，却又利用了SATA的成果，软硬件都天然兼容后者，且通过将并行SCSI时代就有的Expander（扩展器）重新塑造成一个类似交换机的角色，由SATA的点对点架构升级为能够容纳上万个端口（一个设备可以拥有多个端口，如Expander）的全交换网络，同时还借鉴了FC-AL的双端口概念，以提高驱动器的可用性。由于兼具并行SCSI、SATA和FC-AL三者的优点，SAS可谓驱动器接口技术的集大成者。

虽然标准制定方一再宣称SAS是为了取代并行SCSI，但明眼人不难看出，绝大多数服务器内部并不需要这么强大的存储互连功能，否则并行SCSI早就被淘汰了。从双端口到较大量的设备连接能力，FC-AL都能提供，为什么服务器市场还是SCSI的天下呢？显然不仅仅是成本的问题。

从设计目标上来看，SAS有足够的能力取代FC-AL（不是交换式FC！），甚至能够以更低的成本做得更好。不过，SAS的发起者们多数在基于FC-AL驱动器的市场上也有着相当稳固的地位，加之纸面上的指标在变为现实之前不具备说服力，所以，从服务器市场替代并行SCSI开始是一个比较稳妥的做法。

得益于吸收SATA的成功元素，SAS的青春期很快来临。从2006年起，新推出的服务器全面采用SAS技术，SAS硬盘驱动器的供应状况亦逐渐改善。到了2007年，不少低端磁盘阵列也开始支持SAS，而在以前，它们只能使用容量大、价格便宜但却性能平平的SATA硬盘驱动器——在这个级别的产品上，混用FC-AL和SATA是不划算的。可以说，SAS技术的应用，间接提升了低端磁盘阵列的品质，为后者胜任一些更具挑战性的任务提供了可能。

即使不考虑和SATA混用的问题，FC也无法在低端磁盘阵列中与SAS抗衡。表面看来，目前SAS的接口速率是3Gb/s，略低于FC的4Gb/s。但是，SAS技术支持4路并联，这意味着一个4路宽端口的传输带宽可以达到12Gb/s——FC升级到8Gb/s都赶不上。所以，SAS有足够的资格作为磁盘柜之间的接口。至于磁盘柜的内部，FC-AL的带宽更是要分给环路上的几个硬盘驱动器共享，就算2009年支持8Gb/s的FC硬盘驱动器如期推出，还是无法与每个硬盘驱动器独享3Gb/s带宽的SAS相比。

SAS技术天生支持4路同步并联的宽链接，单向总带宽12Gb/s（合1200MB/s，SAS 2.0更将高达24Gb/s）

长期以来，“FC”的前缀已经成为硬盘驱动器可靠性的象征，然而这不能构成拒绝接受SAS的理由。其实，以前的并行SCSI硬盘驱动器，就有着与FC-AL硬盘驱动器完全相同的机械组件，但是不像FC-AL那样具备双端口功能，所以整体上的可靠性略逊一筹。如今，SAS硬盘驱动器不仅机械组件与FC-AL硬盘驱动器完全相同，在双端口等接口功能上也毫不逊色，区别仅在于控制器接口和驱动器微码，因此，两者的可靠性处于同一水平。

在低端磁盘阵列上证明了能力之后，将中端磁盘阵列设定为SAS的下一个目标并不过份。那么，是不是有了足够的互连带宽和具备企业级可靠性的硬盘驱动器，SAS就可以进军中端存储系统了呢？