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SAS (Serial Attached SCSI) 技术详解
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发表于：07年10月09日 14:31 [转载]
（一）什么是SAS SAS（Serial Attached SCSI）即串行SCSI技术，是一种磁盘连接技术，它综合了并行SCSI和串行连接技术（如FC、SSA、IEEE1394等）的优势，以串行通讯协议为协议基础架构，采用SCSI-3扩展指令集，并兼容SATA设备，是多层次的存储设备连接协议栈。 说到SAS，自然会联想到在存储上广泛使用的另外一种磁盘通道连接技术：FC（光纤通道），这里将2种磁盘通道连接技术做一个简单的对比：。 FC： 优点：基于Fabric Channel环路协议基础上的串行技术，通过给后端磁盘提供带宽2.0Gbit/s或者4.0Gbit/s的FC环路来进行磁盘的连接；FC线缆的连接距离远，比较容易扩展，是目前广泛采用的磁盘通道连接技术之一； 缺点：FC接口速率虽然能到2.0Gbit/s或者4.0Gbit/s，但由于FC磁盘通道工作于环路模式下，一个光纤环路在同一时间只能实现单个磁盘的I\O，导致FC带宽不能被充分利用，并且影响到磁盘并行访问的性能。 SAS:： 优点：SAS具备目前磁盘通道技术里面的最高接口速率，通过采用通道合并技术，SAS支持将多个phy合入一个port，可提供高达几十G的通道带宽，比如常用的4*SAS宽端口，带宽可达12Gbit/s；SAS的交换构架支持多个设备的扩展，一个SAS域理论上最多可接16128个设备，同时SAS设备支持24&7的多线程设计，可满足多任务的应用；SAS设备基于目前存储领域最成熟的SCSI技术，可兼容SATA，这使得SAS通道技术具备广泛的适用范围和良好兼容性。 缺点：由于与SAS通道技术配合的SAS磁盘价格偏高，目前主要应用于企业级场合。 小结：SAS作为磁盘通道技术，在接口带宽、工作性能、可扩展性、组网应用、可靠性等方面，有着突出的优势，尤其适合应用于企业级系统。 （二）SAS的交换构架 要了解SAS的构架，先弄清几个概念： SAS Phy：一个phy即是一个transceiver，每个phy都有一个SAS addresss，和一个唯一的identifier； SAS Port：一个port包含一个或一组phy，每个SAS PORT有一个唯一的SAS地址，同一个Port中的所有phy共用一个address，即一个port只有一个SAS address； SAS device：一个SAS device可以包括一个或多个SAS port，device里的每个phy有一个独立的identifier； 图1 SAS device,SAS port,SAS phy关系示意图End device：是一种SAS device，SAS物理连接的末端设备，例如HBA卡、Disk driver都是end device； Expander device：包括Edge expander device和Fanout expander device Fanout expander device：起中心交换作用，既可以直接连接到end device，也可以连接到edge expander device； Edge expander device：一般用于连接fanout expander device和end device，也可以连接其它的edge expander device，一个edge expander set中只能包含128个SAS address。 图2 SAS Expander拓扑构图 Domain：即整个SAS交换构架，由SAS device和SAS expander device组成，其中Device又区分为Initiator和Target，它们可以直接对接起来，也可以经过Expander进行连接，Expander起到通道交换或者端口扩展的作用，如下图所示：图3 SAS交换构架示意图 每一个SAS initiator port和SAS target port都有一个单独的SAS address，expander device也有自己单独的一个SAS address，SAS的交换比较简单，直接用port的SAS address作为交换路由表的内容，没有任何转换过程，一般的交换方法有如下三种：Routing Method Function Direct RoutingRoutes connection requests to attached devices with the specific SAS address.Subtractive RoutingThe method the expander connection manager uses to route connection requests not resolved using the direct routing method or table routing method.Table RoutingThe method the expander connection manager uses to route connection requests using an expander route table.理论上，每个&Edge Expander Set&可以支持128个port，每个SAS Domain可以有128 个&Edge Expander Set&，这样每个SAS Domain中最多可以有128 x 128 = 16384 个port。当然，这并不是说每个SAS Domain可以连接16384 个磁盘和SAS适配器，因为&Fanout Expander&与&Edge Expander&相连接时，会占用一部分port。如果128 个&Edge Expander&全部连接到&Fanout Expander&，内部互联至少要占用256个port。也就是说，一个SAS域理论上可以连接16384 - 256 = 16128个SAS End Device。对比光纤环路126 个device的上限，16128 这个数字仍然是非常可观。 （三）SAS宽端口技术 SAS port可根据使用情况不同，分为窄端口和宽端口，窄端口是指只包含一个SAS phy的端口，宽端口包含N个SAS phy，这些phy共用一个SAS地址，N的取值一般在2～8之间。图4 SAS port示意图 一个宽端口和对端端口建立wide link，通过将几个物理链接捆绑起来，提供一个更高带宽的SAS通路，目前普遍使用到的4*SAS宽端口带宽可达12Gbps。 宽端口在使用中，一般有两种方式： a) 一个N-wide port和另一个N-wide port直接连接，N个phy同时连接建立一个N-wide link，比如常用的两个4*SAS宽端口通过线缆直接对接； b) 一个N-wide port接到多个narrow port或者M-wide port，分别建立起多条连接，比如一个4*SAS的端口，可以分别接到4个窄端口，也可以接到2个2*SAS的宽端口，还可以接到2个窄端口和一个2*SAS宽端口。 SAS在IX3000产品中的应用 在H3C公司自主开发的新一代中端存储系统IX3000中，完全支持SAS技术标准，同时支持SAS和SATA II硬盘，对硬盘种类的识别和硬盘速率的检测完全是自动地。如下图所示，在IX3000 SCU里，IO处理器通过1个8*SAS的宽端口，接到SAS fanout expander模块，fanout expander对外又提供3路4*SAS的宽端口（下面的图中只画出1路），用以挂接IX3000 DEU磁盘柜。SCU为双主控，对外最多可提供6个4*SAS宽端口。DEU就是SAS edge expander的功能，同样采用双控模式，下面挂接16个SATA/SAS磁盘，对外各提供两个4*SAS宽端口，一个接到SCU，一个用以扩展下级的DEU，具体的组网请参见下图：图5 SAS在IX3000产品中的应用 按照上述的组网方式，SCU的双主控里任何一个控制模块都能访问到下面挂接的所有磁盘，其中一个主控板故障的情况下，可保证业务不中断；同样，DEU采用双控模式，采用上述组网，对下面挂接的每个磁盘的访问都提供了两条可用的通道，在其一个expander故障的情况下，仍能保证磁盘正常访问，从而实现较高的可靠性。 每个SCU控制器可以对外提供3个x4 SAS磁盘柜端口，每一个SAS端口下面可以级连7个DEU，因此系统最大可以连接21个DEU，配备以高性能的15000RPM SAS硬盘，完全可以满足各种高可靠性、高性能的存储应用需求。
[责任编辑：DOIT]
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Dual-Port物理規格設計
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SATA和SAS物理規格上的最大差異
Dual-Port可以說是SAS獨有的特徵，這個設計實際上只有兩種主要作用：
1.防呆設計
2.提供容錯
防呆設計的作用，其實很簡單，就是防止SATA HBA插到SAS Storage，因為SATA的protocol並沒有辦法兼容SAS protocol，下面是一張SATA的引腳圖：&
從Host Connector這部分可以看到，他有一個sideband去將signal connector和power connector去間隔開來，在右邊圖部分有一個SATA Connector模型包含了大4pins的12v電源接頭，我想這大家都知道，這是為了早期去保持相容性而設計的。接下來我們來看看SAS Connector的引腳圖部分：
可以看到SAS Drive Connector部分，與SATA Drive Connector相比，他多出了一部分的backside，這個backside作用於第二條的secondary link，也就是說在SAS Connector下，包含兩個signal connector和一個power connector，兩個signal conntecor作為一個是primary和secondary，由於多出了一個backside導致SATA HBA或著SATA Controller on Motherboard 無法連接在SAS Port上，保證了某些情況下SATA cable不會誤接在SAS Drive Connector上。我們以一張SAS HDD和SATA HDD的Connector比較圖來示意其差異部分，如下：
而以下我們從兩張圖來說明一些問題，下面是SAS protocol基本示意圖：
來看看SATA protocol的示意圖：
已經知道SAS的Drive Connector設計以致SATA HBA無法連接，前面說過這樣做目的之一為了防呆，但是為什麼要防呆呢？？基於這個理由，稍微探究一下為何要這樣做！其實從上面兩張協定圖框起來的link layer，可以發現差異，SAS多了STP協定，STP全名為Serial ATA Tunneling Protocol，STP協定最大目的就是為了讓SAS兼容SATA裝置，而在SATA protocol根本不需要這種自我矛盾的協定，另外包括SMP(針對Expander部分)和SSP(針對SAS部分)這兩種協定，這兩個協定也是跟SATA完全不合，因此，從這邊已經可以決定了SATA HBA是完全無法連接在SAS HDD。
對於Dual-Port設計的第二個目的-提供容錯，這是Dual-Port設計最大的目的，前面有提到，SAS Drive Connector中的backside拉出的引線作為secondary link，這兩個link表示著SAS HDD被賦予了兩個＂實體連接＂，這樣的做法，我們用以下的圖來表示其應用性：
這是一個典型的Dual-Port應用模型，可以得知當一張SAS HBA故障的時候，並不會導致該SAS HDD無法正常使用，而是透過另一張SAS HBA來確保SAS HDD的資料安全性，可以理解到Dual-Port設計確實提供的某種程度的容錯以及可性用的增強，不過很多情況下，Dual-Port設計並沒有得到太大的實務應用。不少backplane單純只有Single-Port設計，並沒有Dual-Port設計，以至於這樣的功能形同虛設。
什麼連接到這裡
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本人通过网上教程自学SAS，遇到几个问题，弄了好久也没明白，在这请教高人指点。
1. 关于引用外部数据的。
& & 例如 在D盘建立名为&txt.txt&的EXCEL文件（已经上传到帖子附件了），在SAS中通过以下程序调用：
& && && && && &
& && && && && &infile 'D:\txt.txt';
& && && && && &input TIME FARE TRAFFIC;
& && && && && &RUN;& && &&&
& && &&&但总是提示 ERROR:物理文件不存在，D:\txt.txt.
& && &&&这段代码是按照SAS教程写得，而且好多教程都是这么写得，但就是不对，很想知道到底是哪错了？
载入中......
10:29:13 上传
很明显SAS将txt.txt当做txt文件处理了，最好用proc import将excel文件导入SAS DATASET。
对SAS和统计方面感兴趣的朋友，请加SAS学习和认证讨论群：。欢迎在群上讨论!
tj0412ymy 发表于
很明显SAS将txt.txt当做txt文件处理了，最好用proc import将excel文件导入SAS DATASET。我试过用文本文件导入，但结果一样还是那个错误提示。
“用proc import将excel文件导入SAS DATASET ” 是什么意思，调用 import 过程，还只直接手动导入？
excel文件咋会是txt扩展名的呢，加xls或xlsx(excel 2007时加)
& & infile 'D:\txt.txt.xls';
& & input TIME FARE TRAFFIC;
从数据到结论过程关键的是人不是软件......
dyes0506 发表于
excel文件咋会是txt扩展名的呢，加xls或xlsx(excel 2007时加)
& & infile 'D:\txt.txt.xls';很感谢你的回复，按照你的代码，我又运行了，但是还是那个提示啊。
我怀疑是你的 电脑没有显示扩展名 实际上你的文件名字应该是 txt.txt.xls
yanan9256 发表于
我怀疑是你的 电脑没有显示扩展名 实际上你的文件名字应该是 txt.txt.xls
猜测你猜对了 确实是扩展名的问题 把扩展名显示出来后 txt的文件通过这个代码可以录入了 但是excel的文件还是录入不了...
dmjluwy 发表于
你猜对了 确实是扩展名的问题 把扩展名显示出来后 txt的文件通过这个代码可以录入了 但是excel的文件还是 ...infile&&maybe fit with raw dat txt bat sas这种类型的文件
xls can use import
excel是用import的
libname test &c:\sample.xls&;
这样就可以直接跟exccel里的表交互了。
【注意：一定要有SAS/ACCESS模块注册】
从数据到结论过程关键的是人不是软件......
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《大话存储Ⅱ――存储系统架构与底层原理极限剖析》第9章天翻地覆――FC协议的巨大力量，话说FC协议横空出世，在江湖上引起了轩然大波，各门派纷纷邀请FC协议来参与存储磁盘阵列的制造，用FC协议实现盘阵与主机的连接。以前并行SCSI的时代已经结束，终于可以将那又宽又短的电缆彻底抛弃，取而代之的是细长的光纤。然而，FC的出现并没有终结这场革命，SAS的二次革命又要到来！本节为大家介绍SAS物理层。
9.4.1& SAS物理层
适用于存储系统的网络不只FC一个，同档次的网络传输系统还有一个叫做SAS的，全称为Serial Attached SCSI，即串行SCSI。FCP也属于串行SCSI，SAS只是一个名称，不要太较真。SAS是于2001年被Compaq、IBM、LSI Logic、Maxtor和Seagate联合提上日程的。大家都知道，现在普遍用于PC的SATA硬盘，也是从2001年之后才逐渐崭露头角的。的确，当时几大厂家在开发串行ATA时就考虑到：为何不将SCSI一同纳入开发范围呢？于是SAS便悄悄的被开发了。正是由于这种因缘关系，今天普遍用于PC服务器和小型机的本地硬盘的SAS磁盘的接口形状与SATA盘是相同的，只是比SATA盘多了一个数据接口，像FC磁盘一样用来连接两路控制器。第二数据接口位于第一数据接口靠背的位置，需要翻过来才能看到，如图9-25所示。
图9-25& SAS和SATA接口的区别
SAS网络与FC有一个本质区别，即SAS为全交换式架构，不像FC一样有Fabric和FCAL两种架构。如果让一个控制器（Initiator）和多块磁盘作为网络节点直接连接到SAS网络中的话，那么控制器和所有磁盘之间都是全双工线速无阻塞交换的，控制器可以直接向任何一块磁盘收发数据；同样，磁盘也可以在任何时刻直接向控制器发送数据。这一切过程都是没有冲突的，也不需要像FCAL那样的仲裁机制，而且每个节点都独享传输带宽，系统整体带宽=节点数量×每个节点享有的带宽。
在SAS网络中，每一个物理接口都需要有一套底层编解码器负责对数据进行8/10b编解码。每个物理接口又称为PHY，即Physical的简写。SAS 1.0时代，每个物理接口的编解码速度为3Gb/s，SAS 2.0时代（2010年初才有产品正式宣布），这个速率被提升至6Gb/s。换算一下就可得知，SAS 1.0的每个接口数据带宽为300MB/s，SAS 2.0则翻倍。相比之下，同时代的FC接口物理速率已经普遍为4Gb/s，而且8Gb/s的产品已经上市，SAS慢了一小步，而且还相差2Gb/s。但是SAS的一项设计却比FC走到了前面，即可以将多个PHY捆绑成一个逻辑接口，数据并行地在多个PHY中传输，就像PCI-E一样，每个PHY速率2.5Gb/s，4XPCIE便是4个PHY捆绑。4X的SAS接口，其速率就变成了12Gb/s（SAS 1.0）或者24Gb/s（SAS 2.0）。而目前FC是做不到这一点的。多个PHY经过捆绑之后形成的逻辑端口称为“宽端口”，不捆绑的独立单一PHY称为“窄端口”。宽端口一般用于主机SAS适配器连接SAS接口外置磁盘阵列时使用，因为宽端口可以提供更高的带宽，消除瓶颈，同时，连接使用的线缆也借用了Infiniband网络的设计，如图9-26所示为一个4X宽端口所用的线缆接头实物图。
图9-27所示的是一块主机SAS适配卡的连接示意图。此适配卡有两个SAS通道，每个通道又有4个PHY，其中一个通道用于连接主机箱内部的SAS或者SATA磁盘，通过线缆连接到转接背板上，然后4块磁盘可以以热插拔方式插到背板上对应的接口。另一个通道使用上文所述的4X SAS线缆连接外置SAS接口的磁盘阵列。如果在这块SAS卡上设计有独立的Raid芯片或者直接集成到SAS IO Processor中，那么这块卡就变为了一块可接SAS或者SATA硬盘的Raid卡了。
图9-26& SAS的4X宽端口
图9-27& SAS适配器内部连线示意图
由于SAS和SATA硬盘的接口是相同的，所以自然想到是否SATA硬盘也可以接入SAS网络呢？答案是肯定的。SAS协议利用STP（SATA Tunneling Protocol）来兼容SATA协议，对SATA节点的数据收发，SAS是将数据封装在SAS协议帧中传递的，数据到达SATA节点后，解封装，然后再由SATA节点处理。这一点FC自身是无法做到的，而需要一个SCSI-ATA协议转换器（前文所述的SR1216芯片）以及一个SATA-FC接口转换器（前文所述的SATA-SCA2转换板）来实现。对于物理接口转换器，有一点需要了解，即SATA盘只有一个数据接口，而FC磁盘有两个逻辑数据接口（包含在一个物理SCA2接口中），所以接口转换器又被称为Port Multiplexer，即前端实现两个逻辑接口（对于FC来讲）或者两个物理PHY（对于SAS来讲），而后端连接同一个SATA物理接口，转换器将前端的所有接口都映射到后端的一个接口，并且在前端虚拟出两个物理接口地址以用于前端网络的寻址操作。这种接口转换板又被某些厂家称为“Dongle”。
SAS作为一个交换网络，那么理所当然的就应该有对应的交换媒介，即交换机，或者交换芯片。让我们来看一张PMC-Sierra公司所设计的一款36端口SAS交换芯片（PM8387）的架构，如图9-28所示。
图9-28& SAS交换芯片架构
图中XBAR代表Crossbar，即这款芯片内包含一个基于Crossbar架构的交换矩阵用来在各个PHY之间进行高速交换。XBAR左侧连接了36个PHY，每个PHY前端是8/10b Serdes（串化解串化器），由于数据在芯片内部都是并行传递的，到芯片外部之前都需要经过串化过程和8/10b编码过程，而从芯片外部到内部的数据则执行相反过程。SXL表示SAS Expander Link，其中Expander就表示SAS交换芯片，因为交换芯片可以让众多节点所连接并且通信，所以又叫做Expander，即扩展器。芯片中包含的另一个部件为一个32b的MIPS核心处理器，这个处理器执行Firmware以实现SES、SMP（下文描述）和其他一些外部信号（比如指示灯、Debug接口、监控）处理工作。XBAR右侧为各种信号总线和接口。XBAR中的Arbiter，即仲裁器，负责协调各个PHY之间发起的通信并控制Crossbar将数据交换到正确的目的。这里不要被其名称所误导，SAS不使用仲裁共享方式，具体数据收发方式后文描述。
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