隨著數(shù)字化革命的推進(jìn)，對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量、可靠性和存取速度上都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。外存儲(chǔ)設(shè)備成為多媒體、CAD、數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用不可避免的瓶頸。雖然SLED(Single Large Expensive Disk)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和讀寫速度上有較大幅度的提高，但是與CPU以及內(nèi)存的發(fā)展速度相比較，其性能的提高卻顯得很有限。從PC機(jī)磁盤技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的RAID(廉價(jià)冗余磁盤陣列)提供了另一個(gè)解決方案。和SLED相比，其存儲(chǔ)速度，數(shù)據(jù)可靠性，低功耗和可擴(kuò)展性等都有很大的優(yōu)勢(shì)，因而已經(jīng)成為目前高速、大容量、關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案的主流。而正是由于RAID的諸多優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)界在這十幾年中開(kāi)發(fā)出了一系列可應(yīng)用于RAID的存儲(chǔ)設(shè)備接口。本文按照技術(shù)的發(fā)展順序，對(duì)各種RAID應(yīng)用存儲(chǔ)設(shè)備接口作了綜合性的介紹。最后，作者分析了現(xiàn)在用戶挑選RAID存儲(chǔ)設(shè)備中存在的誤區(qū)。
1 存儲(chǔ)設(shè)備接口
1.1 并行SCSI和SCSI2
　　并行SCSI(SCSI1)標(biāo)準(zhǔn)是在1986年建立的。時(shí)至今日，一些高端服務(wù)器和工作站所采用的存儲(chǔ)設(shè)備接口多數(shù)仍然使用的是SCSI。它支持最多可達(dá)7個(gè)8位設(shè)備，最大傳輸速度可以達(dá)到5MB/s。誕生于1992年的SCSI2實(shí)際上在并行SCSI基礎(chǔ)上進(jìn)行了改善，目前的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)有兩種，F(xiàn)ast(傳輸峰值速度為10MB/s)和Wide(20MB/s)。雖然它可以進(jìn)行32位的傳輸，但到目前只用16位進(jìn)行傳輸。它支持同步傳輸模式，差分信號(hào)，命令隊(duì)列和奇偶校驗(yàn)。與SCSI1相比較，它的接頭也要小的多。圖1為其邏輯框圖。

　　從圖1可見(jiàn)，構(gòu)成一個(gè)并行SCSI系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是SCSI接口適配卡、數(shù)據(jù)線，采用菊花鏈模式連接的驅(qū)動(dòng)器以及端接器(并行SCSI總線要求在總線兩端有端接器)。
　　在此類系統(tǒng)中，要求每個(gè)組成設(shè)備(包括接口卡和磁盤驅(qū)動(dòng)等)都有一個(gè)0～7的唯一ID。為了提高擴(kuò)展性能，使之可以用于規(guī)模更大的系統(tǒng)，SCSI2的LUN支持使之能允許多個(gè)邏輯或虛擬設(shè)備共享一個(gè)物理ID號(hào)，而每個(gè)邏輯或虛擬設(shè)備則通過(guò)一個(gè)唯一的子地址來(lái)標(biāo)識(shí)。
　　雖然此類SCSI存儲(chǔ)設(shè)備多用于單一主機(jī)的訪問(wèn)，但采用一定的設(shè)置技巧，它也可以被用于集群系統(tǒng)中。
　　由于傳輸過(guò)程中不可避免地存在著噪聲和信號(hào)衰減，使并行SCSI總線的傳輸距離不可能太長(zhǎng)，通常來(lái)說(shuō)它只能用于傳輸距離小于3m的應(yīng)用。為了提高傳輸距離，業(yè)界在系統(tǒng)中引入高電壓信號(hào)差分(HVD)以增大抗干擾能力，從而使總線的傳輸距離可以進(jìn)一步擴(kuò)展至25m左右，但是差分信號(hào)的引入使接口的引腳數(shù)目增大了一倍。
　　由于并行SCSI總線應(yīng)用的廣泛性，在一定時(shí)期內(nèi)其不可能被完全淘汰。而新一代的存儲(chǔ)設(shè)備接口為了提供對(duì)這些SCSI設(shè)備的后向兼容，一般都提供了和SCSI總線進(jìn)行轉(zhuǎn)換的接口橋。
1.2 SCSI3
　　SCSI3進(jìn)一步在SCSI2的功能上進(jìn)行了完善，力圖使之有更好的兼容性以拓展其應(yīng)用空間。和SCSI2相比較，SCSI3支持Ultra SCSI和光纖通道，SCAM支持(一種即插即用的系統(tǒng)自動(dòng)配置協(xié)議)。它支持SCA(Single Connector Attachment)接口，SCA2接口(也就是有熱插拔功能的SCA接口)和VHDCI(Very High Density Cable Interface)接口。
1.3 Ultra SCSI(Fast 20)
　　Ultra SCSI在實(shí)現(xiàn)SCSI3協(xié)議的基礎(chǔ)上將總線的傳輸帶寬增至40MB/s。為了達(dá)到更高的傳輸速度，Ultra SCSI采用了新的信號(hào)和時(shí)鐘技術(shù)。為了最大程度的兼容已在應(yīng)用領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的SCSI2設(shè)備，Ultra SCSI的設(shè)計(jì)使之能和SCSI2設(shè)備一塊使用，但這種混合使用是以峰值速度下降為總線上所掛最慢設(shè)備的傳輸速度為代價(jià)的。
1.4 Ultra2 SCSI
　　Ultra2 SCSI是在Ultra SCSI基礎(chǔ)上邁出的很自然又很重要的一步。它采用LVD(低電平差分信號(hào))技術(shù)以及其它的一些改良將總線傳輸速度進(jìn)一步提高至80MB/s。同時(shí)，Ultra2 SCSI每個(gè)通道支持多達(dá)16個(gè)設(shè)備，傳輸距離可達(dá)12m。同時(shí)，由于它是在并行SCSI的技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的，使之有很好的后向兼容性，價(jià)格相對(duì)也比較便宜，因此成為目前解決新一代大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)IO瓶頸的很有競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)方案，并且也得到了許多存儲(chǔ)設(shè)備生產(chǎn)廠家的大力支持。
1.5 SSA(Serial Storage Architecture)
　　為了替代那些陳舊而且慢速的并行SCSI總線接口， IBM牽頭聯(lián)合多個(gè)制造商建立了一個(gè)新的開(kāi)放式存儲(chǔ)接口標(biāo)準(zhǔn)SSA(ANSI X3T0.1)。SSA的關(guān)鍵技術(shù)是所謂的“空間復(fù)用技術(shù)”，這一技術(shù)允許傳輸在總線上并發(fā)進(jìn)行從而增大傳輸帶寬。和并行SCSI的鏈接模式相比，SSA采用了不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其基本構(gòu)成框架可如圖2所示。每個(gè)SSA環(huán)可以支持多達(dá)127個(gè)設(shè)備，傳輸長(zhǎng)度可達(dá)到15m。

　　在圖2中，SSA控制卡可以同時(shí)控制兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸環(huán)路，而每個(gè)環(huán)路上峰值傳輸速度可以達(dá)到80MB/s。
　　圖2的每一環(huán)路事實(shí)上是一個(gè)雙環(huán)結(jié)構(gòu)，傳輸指令在這個(gè)環(huán)路上挨個(gè)傳遞直到到達(dá)目的存儲(chǔ)器。由于SSA的“空間復(fù)用”技術(shù)，各個(gè)存儲(chǔ)器之間可以以最多為20MB/s的速度進(jìn)行相互備份，從而依靠這種復(fù)用達(dá)到傳輸速度總和的增長(zhǎng)。但是采用這種技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)需要從存儲(chǔ)設(shè)備中讀或?qū)憰r(shí)，其速度卻只能達(dá)到20MB/s，低于Ultra SCSI和Ultra2 SCSI。因而這種系統(tǒng)主要應(yīng)用于集群環(huán)境。
　　雙環(huán)結(jié)構(gòu)使其有良好的容錯(cuò)性能(這類似于通信中的自愈環(huán)的概念)。比如說(shuō)圖2中的磁盤3由于故障不能正常工作，如果磁盤2和4想進(jìn)行傳輸，則此時(shí)傳輸就不能通過(guò)3來(lái)進(jìn)行。在這種情況下，系統(tǒng)將檢測(cè)到此故障而將磁盤2和4的路由改至經(jīng)過(guò)控制卡。當(dāng)環(huán)中的某一段磁盤出現(xiàn)故障，比如上圖中的3和5同時(shí)出現(xiàn)故障，SSA會(huì)標(biāo)志3、4、5不可用，從而形成一個(gè)新的單環(huán)結(jié)構(gòu)。
1.6 光纖通道仲裁環(huán)(FC－AL)
　　光纖通道是又一種開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)，是由ANSI和OSI定義的，它是一種串行的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，支持許多重要的高層協(xié)議，如IP、ATM、IEEE902、HIPPI(High Performance Parallel Interface)、SCSI等。FC并沒(méi)有它自己的指令集，而僅僅是用來(lái)實(shí)現(xiàn)在各個(gè)FC設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)。同時(shí)，F(xiàn)C并不如它的名字所說(shuō)局限于用光纖作為其傳輸介質(zhì)，事實(shí)上它允許采用廉價(jià)的銅纜(比如雙絞線或者同軸線)按照協(xié)議規(guī)范來(lái)傳輸(當(dāng)然此時(shí)傳輸?shù)氖请娦盘?hào))?？傊?，它是一種規(guī)范而非實(shí)現(xiàn)的定義。
　　FC的諸多優(yōu)點(diǎn)是有目共睹的。它可以有高達(dá)100MB/s的傳輸速度，可以支持多達(dá)16兆個(gè)設(shè)備，傳輸距離可大于一萬(wàn)米。對(duì)多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的支持使它有很好的靈活性，應(yīng)用范圍廣闊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(串行纜線，沒(méi)有端結(jié)器，能夠自動(dòng)分配ID)，內(nèi)置的校驗(yàn)算法使之格外可靠，而對(duì)眾多協(xié)議的支持使它的集成尤為容易。
　　FC支持的數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度是可變的，從0字節(jié)到2048字節(jié)。這使它特別適用于象數(shù)據(jù)庫(kù)那樣IO塊較小的應(yīng)用。同時(shí)由于它所引入的額外數(shù)據(jù)并不多，使之也能很好地用于象視頻這樣的場(chǎng)合。
　　FC支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，仲裁環(huán)結(jié)構(gòu)和交換式結(jié)構(gòu)。當(dāng)用FC來(lái)架構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，一般采用的是仲裁環(huán)式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。因此這里有必要了解一下仲裁環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　　仲裁環(huán)(AL)結(jié)構(gòu)如圖3所示，它最多可以菊花鏈的方式支持達(dá)127個(gè)端口。在這種結(jié)構(gòu)下，數(shù)據(jù)在這條鏈上從一個(gè)設(shè)備傳送到下一個(gè)相鄰設(shè)備。AL上的每個(gè)端口被標(biāo)識(shí)為NL端口，在一個(gè)鏈中同一時(shí)刻只能有兩個(gè)當(dāng)前活動(dòng)端口，而其它的端口只是為中繼器簡(jiǎn)單地將信號(hào)傳送到下一個(gè)端口。這就是說(shuō)100MB/s的傳輸速度實(shí)際上為環(huán)上的所有設(shè)備所共享的。和令牌環(huán)一樣，環(huán)上的所有端口檢測(cè)經(jīng)過(guò)自己的所有消息，留取屬于自己的部分，然后將所有不屬于自己的消息傳遞給下一個(gè)端口。

　　FC－AL的RAID控制卡一般采用單端口控制卡或雙端口控制卡的形式。前者提供了一條光纖通道，而后者采用雙通道的形式來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。圖4、圖5依次給出了單端口和雙端口控制卡掛接磁盤存儲(chǔ)器的基本框圖。