先进的企业级性能催化下一代SAS系统

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引言

当存储器0EM和集成厂商在引进并采用基于sas的系统时，都会希望能够提供流量管理和安全领域所需的光纤通道及企业级特性。为满足这些需求，在即将推出的SAS2.0规范中引入了端对端分区的概念。根据定义，SAS协议在指定的域中支持最多16384个设备(启动器、目标器、扩展器和/或虚拟设备)，然而，在实际应用中，实现如此大的拓扑将困难重重。其实，端对端分区提供了以较少的逻辑电路管理较大的物理拓扑的必要机制。即将推出的SAS 2.0规范将分区划分为2个部分：PHY解析分区和地址解析分区。两种方法均采用了相同的访问控制；但分组不同。

在PHY解析分区配置中，能够分区的扩展器中每个PHY分配了一个分区组，属于该PHY(或端口)的所有设备均成为该分区组的一部分。扩展器中的一个授权表包括访问控制许可信息，其中列出了不同分区组中设备之间的会话协议(默认情况下，一个分区组中的所有设备均可相互通信)。PHY解析的分区非常适合于小型拓扑、刀片服务器或集群应用。

地址解析分区提供了PHY解析分区所不具备的一个抽象层。在地址解析配置中，自检测扩展器解析每个设备地址，并形成一个表。该表包括了路由信息和分区授权。通过表中的授权和分区组确定任意两个设备之间能够进行什么级别的通信。通常情况下，地址解析分区用于较大拓扑，或者需要更大规模控制器的应用。

本文通过Maxim的NexSAS系列产品在技术上的突破，讨论了多连接STP/SATA桥以及SAS 2.0分区的发展。

早期设计的合理性和局限性

SAS 1.1技术规范将STP/SATA桥定义为在STP启动器与SATA目标器(HDD)之间起桥梁作用的扩展组件。如果没有STP/SATA桥，SAS将不能够支持串行设备。

一般情况下，SAS 1.1技术规范对STP/SATA桥的功能定义为：在SAS扩展器中，STP/SATA桥可实现SATA驱动到SAS域之间的连接；SAS协议用于建立或切断主机(启动器)与STP/SATA桥之间的连接；连接期间，STP/SATA桥仅将本地SATA协议发送到SATA；扩展器通常在每个PHY中有一个STP/SATA桥，但是只有在连接到SATA设备时才会激活桥。

图1所示为STP/SATA桥结构。与SAS驱动不同，SATA驱动不能识别多主机或多启动器的并发访问。会话期间，STP启动器保持与SATA目标器的迮接。在建立连接期间，任何试图访问相同SATA设备的STP启动器将接收到一条“OPEN_REJECT(STPRESOURCES BUSY)”信息，并且尝试重新连接。这种简单的排除连接机制在指定时间内仅允许设备上激活一个主机，保持了系统的相干性。

完成指定的启动器的所有命令后，启动器应该向STP/SATA桥发送一个特殊的关闭指令(清除连接)，从而解除连接，并允许其它主机访问驱动器/资源。可以想象，第1代扩展器只能支持单一连接，符合SAS 1.1技术规范。

任何新技术的推出都会带来一些意想不到的结果。传统的STP/SATA桥结构也是如此，原始设计在合理性和性能方面都存在一定的局限，比如对于连接的时效性没有明确限制，这意味着一个连接可能是永久建立的；对SATA装置的有效访问必须由启动器发起，当没有主/主通信时，可能得不到保证；实现合理的软件算法对于OEM来说难度较大；现有的STP启动器并不“规范”，它们有时可能不解除连接；如果在扩展器STP/SATA桥和启动器之间存在有效的连接，其它主机则不能完成与该驱动器的任何连接请求，包括诊断等。在性能方面，负载平衡系统中存在着单进程访问SATA硬盘非常慢等诸多缺陷。

新设计克服了传统的性能局限

第1.5代NexSAS扩展器解决了SAS 1.1STP/SATA桥的局限问题。通过升级桥的功能，两个主机可同时对同SATA驱动器发出激活命令，图3所示为支持多连接STP/SATA桥的工作原理。

新型桥设计可以实现智能连接管理，拥有灵活、非独占的断开策略，包括：定时断开(多种模式和范围)；完成任何FIS传输后断开；完成数据FIS传输后断开；互锁操作后断开；根据队列标签/上下文自动召回适当的启动器(主机)等。

另外，新型桥设计支持NcQ和PIO命令。SATA驱动器上允许采用所有32个NCQ命令标签(或根据配置使用少数标签)，可以管理来自于不同主机的NCQ和PIO命令之间的交互。而且标签为透明管理，并从驱动器映射或映射至设备，避免启动器时间标签的编码冲突，不需要特殊的主机软件或固件。

第1.5代NexSAS扩展器全都采用了多连接STP/SATA桥，提高了设计合理性以及系统性能和系统设计的便利性。同样，所有采用两个或多个主机共享SATA硬盘的SAS域均会从中受益。它还能够扩展为需要更多激活连接的产品，并完全符合SAS 1.1规范以及未来的SAS2.0规范。

结语

没有放之四海而皆准的真理，无论是SAS还是其它事物。需要根据应用、连接需求、可扩展性、性能及价格因素的需要，选择合适的解决方案才是工程师和企业持续发展的不竭动力。