Интерфейс малых компьютерных систем ( SCSI , / ˈs kʌ z i / SKUZ -ee ) [1] — набор стандартов для физического соединения и передачи данных между компьютерами и периферийными устройствами , наиболее известный благодаря использованию с устройствами хранения данных, такими как жесткие диски . Дисковый привод . SCSI был представлен в 1980-х годах и получил широкое распространение на серверах и высокопроизводительных рабочих станциях, а новые стандарты SCSI были опубликованы совсем недавно, как SAS-4, в 2017 году.
Стандарты SCSI определяют команды , протоколы, электрические, оптические и логические интерфейсы . Стандарт SCSI определяет наборы команд для конкретных типов периферийных устройств ; наличие «неизвестного» в качестве одного из этих типов означает, что теоретически его можно использовать в качестве интерфейса практически с любым устройством, но стандарт очень прагматичен и ориентирован на коммерческие требования. Первоначальный параллельный SCSI чаще всего использовался для жестких дисков и ленточных накопителей , но он может подключать широкий спектр других устройств, включая сканеры и приводы компакт- дисков , хотя не все контроллеры могут работать со всеми устройствами.
Древний стандарт SCSI, X3.131-1986, обычно называемый SCSI-1, был опубликован техническим комитетом X3T9 Американского национального института стандартов (ANSI) в 1986 году. SCSI-2 был опубликован в августе 1990 года как X3.T9. .2/86-109, с дальнейшими изменениями в 1994 г. и последующим принятием множества интерфейсов. Дальнейшие усовершенствования привели к повышению производительности и поддержке постоянно растущей емкости хранилища данных. [2]
SCSI произошел от «SASI», « Системного интерфейса Shugart Associates », разработанного в начале 1979 года [3] и публично раскрытого в 1981 году. [4] Ларри Баучер считается «отцом» SASI и, в конечном итоге, SCSI из-за его новаторства. сначала работаю в Shugart Associates, а затем в Adaptec . [5]
Контроллер SASI обеспечивал мост между низкоуровневым интерфейсом жесткого диска и главным компьютером, которому необходимо было считывать блоки данных. Платы контроллера SASI обычно имели размер жесткого диска и обычно физически монтировались на шасси накопителя. SASI, который использовался в мини- и ранних микрокомпьютерах, определял интерфейс как использование 50-контактного плоского ленточного разъема, который был принят в качестве разъема SCSI-1. SASI — это полностью совместимое подмножество SCSI-1, поэтому многие, если не все, существовавшие на тот момент контроллеры SASI были совместимы со SCSI-1. [6]
По крайней мере, до февраля 1982 года ANSI разрабатывал спецификацию как «SASI» и «Системный интерфейс Shugart Associates» [7] , однако комитет, документировавший стандарт, не разрешал называть его в честь компании. Почти целый день был посвящен согласованию названия стандарта «Интерфейс малой компьютерной системы», который Баучер намеревался произносить как «сексуальный», но Дал Аллан из ENDL [8] назвал новую аббревиатуру «неясной», и это прижилось. [5]
Ряд компаний, таких как NCR Corporation , Adaptec и Optimem, первыми поддержали SCSI. [7] Считается, что на предприятии NCR в Уичито, штат Канзас, был разработан первый в отрасли чип контроллера SCSI; это сработало с первого раза. [9]
Упоминание «маленькой» ссылки в «интерфейсе малой компьютерной системы» является историческим; с середины 1990-х годов SCSI доступен даже в самых крупных компьютерных системах.
С момента стандартизации в 1986 году SCSI широко использовался в компьютерных линейках Amiga , Atari , Apple Macintosh и Sun Microsystems , а также в серверных системах ПК. Apple начала использовать менее дорогой параллельный ATA (PATA, также известный как IDE ) для своих компьютеров начального уровня с Macintosh Quadra 630 в 1994 году и добавила его в свои настольные компьютеры высокого класса, начиная с Power Macintosh G3 в 1997 году. Apple полностью отказался от встроенного SCSI в пользу IDE и FireWire в (Blue & White) Power Mac G3 в 1999 году, при этом по-прежнему предлагая хост-адаптер PCI SCSI в качестве опции для моделей Power Macintosh G4 (AGP Graphics). [10] Sun переключила свой нижний диапазон на Serial ATA (SATA). Commodore включил SCSI в системы Amiga 3000/3000T и был дополнением к предыдущим моделям Amiga 500/2000. Начиная с систем Amiga 600/1200/4000, Commodore перешла на интерфейс IDE. Atari включила SCSI в стандартную комплектацию своих моделей компьютеров Atari MEGA STE , Atari TT и Atari Falcon . SCSI никогда не был популярен в мире недорогих IBM PC из-за более низкой стоимости и адекватной производительности стандарта жестких дисков ATA. Однако диски SCSI и даже RAID-массивы SCSI стали обычным явлением на рабочих станциях ПК для производства видео и аудио.
Последние физические версии SCSI— Serial Attached SCSI (SAS), SCSI-over- Fibre Channel Protocol (FCP) и USB Attached SCSI (UAS)—отходят от традиционной параллельной шины SCSI и выполняют передачу данных через последовательную связь с использованием точки -точечные ссылки. Хотя большая часть документации SCSI говорит о параллельном интерфейсе, все современные разработки используют последовательные интерфейсы. Последовательные интерфейсы имеют ряд преимуществ перед параллельным SCSI, включая более высокие скорости передачи данных, упрощенную кабельную разводку, большую дальность действия, улучшенную изоляцию неисправностей и возможность полнодуплексного режима . Основной причиной перехода к последовательным интерфейсам является проблема перекоса тактовой частоты высокоскоростных параллельных интерфейсов, что делает более быстрые варианты параллельного SCSI восприимчивыми к проблемам, вызванным подключением кабелей и терминированием. [11]
Нефизический iSCSI сохраняет базовую парадигму SCSI , особенно набор команд, практически без изменений благодаря внедрению SCSI-3 поверх TCP/IP . Таким образом, iSCSI использует логические соединения вместо физических каналов и может работать поверх любой сети, поддерживающей IP. Фактические физические каналы реализуются на нижних уровнях сети независимо от iSCSI. Преимущественно используется Ethernet , который также имеет последовательный характер.
SCSI популярен на высокопроизводительных рабочих станциях, серверах и устройствах хранения данных. Почти во всех подсистемах RAID на серверах на протяжении десятилетий использовались жесткие диски SCSI (первоначально Parallel SCSI, временный Fibre Channel, недавно SAS), хотя ряд производителей предлагают подсистемы RAID на базе SATA в качестве более дешевого варианта. Более того, SAS обеспечивает совместимость с устройствами SATA, создавая гораздо более широкий спектр возможностей для подсистем RAID вместе с наличием дисков SAS ближнего действия (NL-SAS). Вместо SCSI современные настольные компьютеры и ноутбуки обычно используют интерфейсы SATA для внутренних жестких дисков, при этом NVMe поверх PCIe набирает популярность, поскольку SATA может стать узким местом современных твердотельных накопителей .
SCSI доступен в различных интерфейсах. Первым был параллельный интерфейс SCSI (также называемый параллельным интерфейсом SCSI или SPI), в котором используется схема параллельной шины . С 2005 года SPI постепенно был заменен на Serial Attached SCSI (SAS), который использует последовательную конструкцию, но сохраняет другие аспекты технологии. Многие другие интерфейсы, которые не опираются на полные стандарты SCSI, по-прежнему реализуют командный протокол SCSI; другие полностью отказываются от физической реализации, сохраняя при этом архитектурную модель SCSI . iSCSI , например, использует TCP/IP в качестве транспортного механизма, который чаще всего передается по Gigabit Ethernet или по более быстрым сетевым каналам.
Интерфейсы SCSI часто включались в компьютеры различных производителей для использования под управлением операционных систем Microsoft Windows , классических Mac OS , Unix , Amiga и Linux , реализованных либо на материнской плате , либо с помощью подключаемых адаптеров. С появлением дисков SAS и SATA поддержка параллельного SCSI на материнских платах была прекращена. [12]
Первоначально параллельный интерфейс SCSI (SPI) был единственным интерфейсом, использующим протокол SCSI. Его стандартизация началась в 1986 году с несимметричной 8-битной шины , обеспечивающей скорость передачи до 5 МБ/с, и превратилась в низковольтную дифференциальную 16-битную шину со скоростью до 320 МБ/с. Последний стандарт SPI-5 2003 года также определял скорость 640 МБ/с, но реализовать ее не удалось.
Спецификации параллельного SCSI включают несколько режимов синхронной передачи данных по параллельному кабелю и асинхронный режим. Асинхронный режим — это классический протокол запроса/подтверждения, который позволяет системам с медленной шиной или простым системам также использовать устройства SCSI. Более быстрые синхронные режимы используются чаще.
Внутренние параллельные кабели SCSI обычно представляют собой ленты с двумя или более 50-, 68- или 80-контактными разъемами. Внешние кабели обычно экранированы (но могут и не быть) с 50- или 68-контактными разъемами на каждом конце, в зависимости от конкретной поддерживаемой ширины шины SCSI. 80-контактное устройство с одним разъемом (SCA) обычно используется для устройств с возможностью горячей замены.
Fibre Channel может использоваться для транспортировки информационных блоков SCSI, как это определено протоколом Fibre Channel для SCSI (FCP). Эти соединения допускают горячую замену и обычно реализуются с помощью оптоволокна.
В последовательном подключенном SCSI (SAS) используется модифицированный кабель данных и питания Serial ATA .
iSCSI (Internet Small Computer System Interface) обычно использует разъемы и кабели Ethernet в качестве физического транспорта, но может работать через любой физический транспорт, способный передавать IP .
Протокол SCSI RDMA (SRP) — это протокол, определяющий способ передачи команд SCSI через надежное соединение RDMA. Этот протокол может работать через любой физический транспорт с поддержкой RDMA, например InfiniBand или Ethernet при использовании RoCE или iWARP .
USB Attached SCSI позволяет устройствам SCSI использовать универсальную последовательную шину .
Интерфейс автоматизации/диска — транспортный протокол (ADT) используется для подключения съемных носителей, таких как ленточные накопители, к контроллерам библиотек (устройств автоматизации), в которых они установлены. Стандарт ADI определяет использование RS-422 для физических соединений. Стандарт ADT-2 второго поколения определяет iADT, использование протокола ADT через соединения IP (Интернет-протокол), например, через Ethernet . Интерфейс автоматизации/привода — стандарты команд (ADC, ADC-2 и ADC-3) определяют команды SCSI для этих установок.
В дополнение к множеству различных аппаратных реализаций стандарты SCSI также включают обширный набор определений команд. Архитектура команд SCSI изначально была определена для параллельных шин SCSI, но с минимальными изменениями была перенесена для использования с iSCSI и последовательным SCSI. Другие технологии, использующие набор команд SCSI, включают пакетный интерфейс ATA , класс USB Mass Storage и FireWire SBP-2 .
В терминологии SCSI связь происходит между инициатором и целью . Инициатор отправляет команду цели, которая затем отвечает. Команды SCSI передаются в блоке дескриптора команд ( CDB ). CDB состоит из однобайтового кода операции, за которым следуют пять или более байтов, содержащих параметры, специфичные для команды.
В конце последовательности команд цель возвращает байт кода состояния , например 00h для успеха, 02h для ошибки (так называемое условие проверки ) или 08h для занятости. Когда цель возвращает условие проверки в ответ на команду, инициатор обычно затем выдает команду SCSI Request Sense, чтобы получить квалификатор кода ключа ( KCQ ) от цели. Последовательность проверки условия и запроса включает в себя специальный протокол SCSI, называемый условием условной лояльности .
Существует четыре категории команд SCSI: N (без данных), W (запись данных от инициатора к цели), R (чтение данных) и B (двунаправленный). Всего существует около 60 различных команд SCSI , наиболее часто используемые из которых:
Каждому устройству на шине SCSI присваивается уникальный идентификационный номер или идентификатор SCSI. Устройства могут включать в себя несколько логических устройств, адресация которых осуществляется по номеру логического устройства (LUN). Простые устройства имеют только один LUN, более сложные устройства могут иметь несколько LUN.
Устройство хранения данных с «прямым доступом» (т.е. типа диска) состоит из ряда логических блоков, адресованных по адресу логического блока ( LBA ). Типичный LBA соответствует 512 байтам памяти. Использование LBA со временем развивалось, поэтому для чтения и записи данных предусмотрены четыре различных варианта команд. Команды Read(6) и Write(6) содержат 21-битный адрес LBA. Команды Read(10), Read(12), Read Long, Write(10), Write(12) и Write Long содержат 32-битный адрес LBA, а также различные другие параметры параметров.
Емкость устройства «последовательного доступа» (т.е. ленточного типа) не указана, поскольку она зависит, среди прочего, от длины ленты, которая не идентифицируется машиночитаемым способом. Операции чтения и записи на устройстве последовательного доступа начинаются с текущей позиции ленты, а не с определенного LBA. Размер блока на устройствах последовательного доступа может быть фиксированным или переменным, в зависимости от конкретного устройства. Ленточные устройства, такие как полудюймовая 9-дорожечная лента , DDS (ленты 4 мм, физически аналогичные DAT ), Exabyte и т. д., поддерживают переменные размеры блоков.
На параллельной шине SCSI устройство (например, хост-адаптер, дисковод) идентифицируется по «идентификатору SCSI», который представляет собой число в диапазоне 0–7 на узкой шине и в диапазоне 0–15 на широкой шине. . В более ранних моделях физическая перемычка или переключатель управляет SCSI-идентификатором инициатора ( хост-адаптера ). На современных хост-адаптерах (примерно с 1997 года) при выполнении ввода-вывода на адаптер устанавливается идентификатор SCSI; например, адаптер часто содержит программу дополнительного ПЗУ (SCSI BIOS), которая запускается при загрузке компьютера, и эта программа имеет меню, позволяющие оператору выбирать идентификатор SCSI хост-адаптера. В качестве альтернативы хост-адаптер может поставляться с программным обеспечением, которое необходимо установить на хост-компьютере для настройки идентификатора SCSI. Традиционный идентификатор SCSI для хост-адаптера равен 7, поскольку этот идентификатор имеет наивысший приоритет во время арбитража шины (даже на 16-битной шине).
Идентификатор SCSI устройства в дисковом массиве, имеющем заднюю панель, задается либо перемычками, либо слотом в корпусе, в который установлено устройство, в зависимости от модели корпуса. В последнем случае каждый слот на задней панели корпуса передает на диск управляющие сигналы для выбора уникального идентификатора SCSI. Корпус SCSI без задней панели часто имеет переключатель для каждого диска, позволяющий выбрать идентификатор SCSI диска. В корпусе имеются разъемы, которые необходимо подключить к приводу там, где обычно располагаются перемычки; переключатель эмулирует необходимые перемычки. Хотя стандарта, обеспечивающего эту работу, не существует, разработчики накопителей обычно устанавливают свои перемычки в единообразном формате, который соответствует способу реализации этих переключателей.
Установка для загрузочного (или первого) жесткого диска SCSI ID 0 является общепринятой рекомендацией ИТ-сообщества. SCSI ID 2 обычно зарезервирован для дисковода гибких дисков, а SCSI ID 3 обычно предназначен для привода CD-ROM. [13]
Обратите внимание, что целевое устройство SCSI (которое можно назвать «физическим устройством») иногда делится на более мелкие «логические устройства». Например, высокопроизводительная дисковая подсистема может представлять собой одно устройство SCSI, но содержать десятки отдельных дисковых накопителей, каждый из которых является логической единицей. Кроме того, массив RAID может представлять собой одно устройство SCSI, но может содержать множество логических блоков, каждый из которых представляет собой «виртуальный» диск — чередующийся набор или зеркальный набор, созданный из частей реальных дисков. Идентификатор SCSI, WWN и т. д. в этом случае идентифицирует всю подсистему, а второй номер, номер логического устройства (LUN), идентифицирует дисковое устройство (реальное или виртуальное) в подсистеме.
Довольно распространено, хотя и неправильно, называть логическую единицу «LUN». [14] Соответственно, фактический LUN может называться «номер LUN» или «идентификатор LUN». [15]
В современных транспортных протоколах SCSI существует автоматизированный процесс «обнаружения» идентификаторов. Инициатор SSA (обычно главный компьютер через «хост-адаптер») «проходит по циклу», чтобы определить, какие устройства подключены, а затем назначает каждому из них 7-битное значение «счетчика переходов». Fibre Channel — инициаторы арбитражного цикла (FC-AL) используют LIP (протокол инициализации цикла) для запроса каждого порта устройства на предмет его WWN ( всемирного имени ). Для iSCSI из-за неограниченной области действия (IP) сети этот процесс довольно сложен. Эти процессы обнаружения происходят во время включения питания/инициализации, а также в случае последующего изменения топологии шины, например, при добавлении дополнительного устройства.
SCSI имеет механизм идентификации CTL (номер канала, целевого или физического устройства, номер логического устройства) для каждого адаптера главной шины или механизм идентификации HCTL (HBA, Channel, PUN, LUN). Один хост-адаптер может иметь более одного канала. [16]
Хотя все контроллеры SCSI могут работать с устройствами хранения данных с чтением/записью, т. е. дисками и лентами, некоторые из них не будут работать с устройствами других типов; старые контроллеры, вероятно, будут более ограничены, [17] иногда из-за программного обеспечения драйверов, и по мере развития SCSI добавлялось больше типов устройств. Даже компакт-диски поддерживаются не всеми контроллерами. Тип устройства — это 5-битное поле, сообщаемое командой запроса SCSI; Определенные типы периферийных устройств SCSI включают, помимо многих разновидностей устройств хранения, принтер, сканер, устройство связи, а также универсальный тип «процессора» для устройств, не перечисленных иначе.
В более крупных серверах SCSI устройства дисковых накопителей размещаются в интеллектуальном корпусе, поддерживающем службы SCSI Enclosure Services (SES) . Инициатор может взаимодействовать с корпусом, используя специализированный набор команд SCSI для доступа к питанию, охлаждению и другим характеристикам, не связанным с данными.
В 1979 году Компания разработала первый контроллер, использующий интерфейс SASI... совместно с Shugart Associates.
Команда lun используется для создания и управления лунами[...]
Если идентификатор LUN не указан, автоматически выбирается наименьшее число [...].
