301 Fortsetzung der Tabelle: 6-Byte-Befehle Code Befehl Funktion 0Ah Send Daten senden 0Ah Write Daten schreiben 0Bh Seek Suchen eines logischen Blocks 0Bh Slew and Print Vorschub und drucken 0Fh Read Reverse Rückwärts lesen 10h Synchronize Buffer Datenzwischenspeicher synchronisieren 10h Write Filemarks Dateikennung schreiben 11h Space Auf Lücke positionieren 11h Read Usage Counter Nutzungszähler lesen 12h Inquiry Identifikationsparameter abfragen 13h Verify Überprüfen 14h Recover Buffered Data Zwischengespeicherte Daten zurückholen 15h Mode Select Betriebsart einstellen 16h Reserve Reservieren 16h Reserve Unit LUN für andere Initiatoren sperren 17h Release Unit LUN für andere Initiatoren freigeben 18h Copy Kopieren 19h Erase Löschen 1Ah Mode Sense Geräteparameter zum Initiator senden 1Bh Load/Unload Laden/Entladen 1Bh Scan Abtasten, scannen 1Bh Start/Stop Unit Gerät für weitere Kommandos sperren oder freigeben 1Bh Stop Print Drucken beenden 1Ch Receive Diagnostic Selbsttest-Ergebnisse empfangen Results 1Dh Send Diagnostics Selbsttest durchführen 1Eh Prevent/ Wechsel des Datenträgers verhindern oder Allow Medium Removal erlauben Der SCSI-Bus Teil 3 · SCSI-Bus und Weiterentwicklungen 302 Fortsetzung der Tabelle: 10-Byte-Befehle Code Befehl Funktion 24h Set Window Fensterbereich festlegen 25h Get Window Fensterdaten lesen 25h Read Capacity Kapazität ermitteln (Festplatten) 25h Read CD-ROM CD-ROM-Kapazität lesen Capacity 28h Get Message Meldung holen 28h Read Extended Daten lesen (erweiterte Adresse) 29h Read Generation Maximale Adresse abfragen 2Ah Send Message Meldung senden 2Ah Send Daten senden 2Ah Write Extended Daten schreiben (erweiterte Adresse) 2Bh Locate Positionieren 2Bh Position to Element Auf Element positionieren 2Bh Seek Extended Suchen eines logischen Blocks (erweiterte Adresse) 2Ch Erase Löschen 2Dh Read Updated Block Aktualisierten Block schreiben 2Eh Write and Verify Daten schreiben und prüfen 2Fh Verify Gesendete Daten prüfen 30h Search Data High Nach höheren Daten suchen 31h Object Position Objekt positionieren 31h Search Data Equal Nach gleichen Daten suchen 32h Search Data Low Nach niedrigen Daten suchen 33h Set Limits Begrenzung festlegen 34h Get Data Buffer Zustand des Datenzwischenspeichers lesen Status 34h Pre Fetch Vorab lesen 34h Read Position Position lesen 35h Synchronize Cache Datenzwischenspeicher mit Daten überprüfen 303 Fortsetzung der Tabelle: 10-Byte-Befehle Code Befehl Funktion 36h Lock/Unlock Cache Datenzwischenspeicher sperren/freigeben 37h Read Defect Data Defekt-Liste lesen 38h Medium Scan Datenträger abtasten 39h Compare Daten vergleichen 3Ah Copy and Verify Daten kopieren und überprüfen 3Bh Write Buffer Überprüfen des Datenzwischenspeichers, Daten schreiben 3Ch Read Buffer Überprüfen des Datenzwischenspeichers, Daten lesen 3Dh Update Block Block aktualisieren 3Eh Read Long Block lesen 3Fh Write Long Block schreiben 40h Change Definition Definition ändern 42h Write Same Wiederholtes schreiben 42h Read Sub Channel Unterkanal lesen 43h Read TOC Inhaltsverzeichnis lesen 44h Read Header Kopf lesen 45h Play Audio Audio wiedergeben 47h Play Audio MSF Audio wiedergeben (MSF) 48h Play Audio Audio wiedergeben nach Spurindex Track Index 49h Play Audio Relative Audio relativ zum Start wiedergeben 4Bh Pause Resume Pause/Wiederaufnahme 4Ch Log Select Aufzeichnung auswählen 4Dh Log Sense Aufzeichnung lesen 55h Mode Select Betriebsparameter einstellen 5Ah Mode Sense Betriebsparameter ermitteln Der SCSI-Bus Teil 3 · SCSI-Bus und Weiterentwicklungen 304 Fortsetzung der Tabelle: 12-Byte-Befehle Code Befehl Funktion A5h Move Medium Datenträger bewegen A5h Play Audio Audio wiedergeben A6h Exchange Medium Datenträger wechseln A8h Get Message Meldung holen A8h Read Lesen A9h Play Track Relative Wiedergeben relativ zum Start AAh Send Message Meldung senden AAh Write Daten schreiben ACh Erase Daten löschen AEh Write and Verify Daten schreiben und überprüfen AFh Verify Daten überprüfen B0h Search Data High Nach höheren Daten suchen B1h Search Data Equal Nach gleichen Daten suchen B2h Search Data Low Nach niedrigen Daten suchen B3h Set Limits Begrenzung festlegen B5h Send Volume Tag Datenträgerkennung senden B7h Read Defect Data Fehlerdaten lesen B8h Read Element Status Zustand lesen Tabelle 5.16: Die SCSI-Befehlscodes im Überblick 5.11 RAID-Systeme Nicht für den heimischen PC, sondern für die professionelle Anwendung in Fileservern, wie sie in Netzwerkumgebungen zum Einsatz kommen, sind RAID- Systeme vorgesehen. Die Bezeichnung RAID steht für den Begriff Redundant Array of Independent Disks. Oftmals wird auch die Kurzbezeichnung Disk Array verwen- det, was bereits signalisiert, dass es sich dabei um ein System handelt, welches sich aus mehreren Festplatten zusammensetzt. Von der Gesamtkapazität eines RAID- Systems wird ein Teil für die Speicherung redundanter Daten verwendet, wodurch erreicht werden kann, dass die Daten beim Ausfall einer Festplatte wieder her zu stellen sind. RAID-Systeme kommen insbesondere bei Datenbanken zum Einsatz oder allgemein Anwendungen, bei denen eine hohe Verfügbarkeit des Datenbestan- des gewährleistet sein muss. 305 RAID-Systeme werden üblicherweise mit SCSI-Geräten aufgebaut, wobei seit eini- ger Zeit auch SSA- und Fibre-Channel-Devices (ab Kapitel 5.13) zum Einsatz kom- men, die man jedoch auch zu den SCSI-Geräten rechnen kann, da sie ebenfalls in der SCSI-Spezifikation (SAM, siehe Bild 5.4) definiert sind. Daneben gibt es auch RAID-Lösungen, die auf EIDE basieren, wie etwa Fasttrack der Firma Promise, wobei diese Realisierungen jedoch nicht die bei SCSI übliche Funktionalität aufweisen (können) und nur die RAID-Level 0 und 1 unterstützen, welche im folgenden noch genau erläutert werden. Wenn eine der Festplatten im RAID-System ausfällt, meldet das System diesen Umstand zunächst mit einem optischen und/oder akustischen Signal, wobei übli- cherweise auch eine Meldung für das Netzwerk generiert wird. Ab diesem Zeit- punkt ist Gefahr im Verzug, denn das System läuft nunmehr ohne Fehlertoleranz. Gleichwohl arbeitet das System weiter, und es können Daten gelesen und geschrie- ben werden, doch eine zweite Festplatte darf nun nicht mehr ausfallen. Man wird es sicher nicht zu diesem Fall kommen lassen und schleunigst die defekte Festplat- te austauschen, was gegebenenfalls auch im laufenden Betrieb erfolgen kann. Ob dies möglich ist, hängt vom elektrischen Aufbau des RAID-Systems ab. Bild 5.35: Oben der übliche 50-polige SCSI-Anschluss und darunter ein SCA-Connector Demnach kommen für ein RAID-System üblicherweise nicht Standard-SCSI-Host- adapter zum Einsatz, sondern es erfordert einiges mehr an Eigenintelligenz (Multi- Host-Fähigkeit) eines RAID-Systems, und falls es das Hot Plugging oder Hot Swapping unterstützt, wovon man bei einer explizit als RAID-System bezeichneten Anlage ausgehen kann, können die Festplatten auch während des laufenden Betriebs aus- getauscht werden. Die Festplatten, bei denen es sich vorwiegend um SCA-Festplatten handelt (siehe auch Wide-SCSI), werden hierfür in speziellen Einbaurahmen untergebracht und sie müssen desselben Typs sein, was in der Praxis bedeutet, dass man sich eine oder auch gleich mehrere »Notfallfestplatten« auf Vorrat besorgen sollte, denn im Fall der Fälle ist die benötigte Festplatte mit ziemlicher Sicherheit nicht mehr erhältlich. Die verschiedenen Realisierungen von RAID-Systemen (siehe folgende Kapitel) ba- sieren auf Untersuchungen, die bereits im Jahre 1987 an der University of California in Berkeley durchgeführt wurden. Allgemein gilt für RAID-Systeme, dass die Mean Time Between Failure (MTBF) der gleichen Zeitspanne wie für ein Festplattenlauf- werk entspricht, allerdings dann dividiert durch die Anzahl der im Disk Array vorhandenen Festplatten. Der SCSI-Bus Teil 3 · SCSI-Bus und Weiterentwicklungen 306 Bild 5.36: Ein RAID-Controller, wie hier ein Typ der Firma DTP, verwendet einen Intel-960-RISC- Prozessor und übliche SIMMs (rechts) als Cache-Speicher Entsprechende RAID-Controller (ab ca. 1.000 DM bis typisch 3.000 DM) werden von Firmen wie Distributed Processing Technology (DTP), Mylex, Symbios Logic, Adaptec und GDT (firmiert auch unter Intelligent Computer Peripherals, ICP) angeboten. Diese Controller arbeiten üblicherweise mit einem eigenen RISC-Prozessor (z.B. Intel 960) und besitzen einen On-Board-Speicher, der – je nach Modell – eine un- terschiedliche Kapazität aufweisen kann und mitunter auf bis zu 64 Mbyte aufzu- rüsten ist. Dieser Speicher übernimmt die wichtige Aufgabe eines Cache-Speichers, was für eine adäquate RAID-Leistung von immanenter Bedeutung ist, denn die Daten für die einzelnen Festplatten müssen entsprechend aufbereitet und zwischen- gespeichert werden. Der On-Board-Prozessor benötigt außerdem eine ganz beträcht- liche Rechenleistung, wobei die Parity-Berechnung hier den größten Anteil der Leistung beansprucht. Bild 5.37: Die Boot-Anzeige mit einem RAID-System der Firma GDT 307 Es existieren unterschiedliche logische Aufbauten von RAID-Systemen, die so ge- nannten RAID-Level, anhand derer ein RAID-System üblicherweise qualifiziert wird. Gleichwohl können bestimmte RAID-Level-Konfigurationen mit handelsüblichen Hostadaptern und mehreren Festplatten realisiert werden. Netzwerkbetriebssysteme wie etwa Novell ab der Version 3.x oder auch Windows NT unterstützen einige der RAID-Level (per Software), ohne dabei natürlich die Features (Ausfallsicherheit, Hot Plugging, interne Cache-Speicher) aufzuweisen, die ein Hardware-RAID-System beherrscht. Unabhängig davon, welcher der RAID-Level zum Einsatz kommt, erscheint das Disk- Array-System üblicherweise als ein einziges logisches Laufwerk, was bedeutet, dass weder die Programme noch der Anwender etwas von der speziellen Funktionalität des Systems bemerken wird. Bild 5.38: RAID-Systeme, die die Level 0, 3 und 5 beherrschen, in verschiedenen Ausführungen Der SCSI-Bus Teil 3 · SCSI-Bus und Weiterentwicklungen 308 5.11.1 RAID Level 0 Der RAID Level 0 – Disk Striping – ist im eigentlichen Sinne gar kein RAID-Verfah- ren, denn die Daten werden ohne Redundanz über die vorhandenen Festplatten verteilt. Diese Aufzeichnung in »Datenstreifen« wird als Disk Striping bezeichnet. Die Fehlertoleranz wird dabei nicht erhöht, es ist lediglich ein schnellerer Datenzu- griff möglich, da auf alle Festplatten gleichzeitig zugegriffen werden kann. Die Daten werden hierfür in Segmentgröße sequentiell über die Festplatten ver- teilt, wodurch die Gefahr von Datenverlusten gegenüber der Verwendung einer einzigen Festplatte erhöht wird, denn die Wahrscheinlichkeit, dass beispielsweise eine von vier Festplatten ausfällt, ist größer als der Ausfall einer einzigen Festplat- te. Generell bietet RAID 0 im Vergleich mit allen anderen RAID-Levels die höchste Performance und Effizienz bei der Datenspeicherung. Bild 5.39: RAID-Level 0 arbeitet ohne Redundanz, dafür aber sehr schnell 5.11.2 RAID Level 1 Beim RAID-Level 1 werden Spiegelplatten (mirror = Spiegel) verwendet, und aus diesem Grund ist RAID-1 auch unter der Bezeichnung Disk Mirroring bekannt. Die einfachste Ausführung besteht aus einem Adapter und zwei Festplatten. Die Daten werden immer gleichzeitig auf diesen beiden Platten gespeichert. Fällt eine aus, läuft das System weiter, da die Daten noch auf der zweiten vorhanden sind. Beim Ausfall des Adapters versagen natürlich beide Festplatten, und aus die- sem Grund wird RAID-1 in einigen Fällen auch mit zwei Adaptern verwendet, was dann als Duplexing bezeichnet wird. Die gesamte Scheibleistung bei RAID-1 ist nicht wesentlich schlechter als bei der Verwendung einer einzigen Festplatte, allerdings kann die Leseleistung demgegen- über verbessert werden, weil die Daten derjenigen Festplatte verwendet werden, auf der sie zuerst gefunden wurden. 309 Außerdem kann das System möglicherweise für den Multitaskingbetrieb konfigu- riert werden, so dass quasi zwei Lesevorgänge gleichzeitig stattfinden können. RAID-Level-1 ist relativ einfach ohne speziellere Geräte zu konfigurieren, und ein Netzwerkbetriebssystem wie etwa Novell 3.12 unterstützt das Mirroring bereits stan- dardmäßig. RAID-1 bietet in einer Multitasking-Konfiguration die beste Performance aller RAID- Systeme. Der Nachteil ist höchstens in den höheren Kosten für die Verdoppelung der Festplattenkapazität zu sehen, da die Daten exakt dupliziert werden müssen. Bild 5.40: Der RAID-Level 1 benötigt zur Datenspiegelung die doppelte Anzahl von Festplatten 5.11.3 RAID Level 2 Beim RAID Level 2 – Disk Striping mit ECC – werden mehrere Festplatten des Disk Arrays zur Verarbeitung von ECC-Daten (Error Correction Codes) eingesetzt. Eine typische Konfiguration sind dabei fünf Festplatten für die Daten und drei für die Fehlerkorrekturinformationen. Die Daten werden während des Schreibens auf die Platten verteilt (Disk Striping, prinzipiell wie beim RAID-Level 0), was hier allerdings nicht sektorweise, sondern Bit für Bit (Interleaving) erfolgt. Für jedes Datenbyte wird gleichzeitig der Fehler- korrektur-Code (Hamming-Code) auf alle drei Prüffestplatten geschrieben. Die Datenübertragungsrate ist dabei sehr hoch, weil die Daten parallel verarbeitet wer- den können. Der SCSI-Bus Teil 3 · SCSI-Bus und Weiterentwicklungen 310 Beim RAID-Level-2 dürfen sogar maximal zwei Festplatten ausfallen, ohne dass es zu einem Datenverlust kommt. Auf Grund seiner Komplexität hat sich dieser Level allerdings nicht in der Praxis durchgesetzt. Außerdem verwenden moderne Fest- platten eigene Fehlerkorrektur-Codes, und durch die zusätzlichen Hamming-Codes, für die schließlich typischerweise drei eigene Festplatten benötigt werden, er- scheint RAID-Level 2 auch als überdimensioniert. Bild 5.41: Der RAID-Level 2 stellt sich als zu komplex und auch als überdimensioniert dar 5.11.4 RAID-Level 3 RAID-3 – Parallele Disk Arrays mit Parität – verwendet statt der Fehlerkorrektur- Codes (des Level-2) Paritätsbits, für die explizit nur eine Festplatte nötig ist. Es gibt mindestens zwei Datenlaufwerke, und die Daten werden über die vorhandenen Festplatten Byte für Byte geschrieben. Bild 5.42: Eine Festplatte enthält beim RAID-Level 3 die Paritätsinsformation [...]... Fehler statistisch unabhängig voneinander auftreten, was in der Praxis jedoch häufig nicht der Fall ist, wenn man an Ereignisse wie Feuer oder Blitzschlag denkt Auch aus diesen Gründen ist ein Backup der wichtigen Daten, die dann an einem geschütztem Ort aufbewahrt werden, wichtig > RAID-Level 0 bietet zwar die höchste Performance, jedoch keinerlei Fehlerschutzmechanismen > RAID-Level 1 kommt in Umgebungen... IEEE P1394-Standard wird auch mit der Bezeichnung Firewire gleichgesetzt Genau genommen ist Firewire jedoch lediglich eine mögliche Implementierung, die diesem Standard gehorcht Allerdings ist Firewire zur Zeit die einzig interessante IEEE-1394-Realisierung, die Chancen hat, auch eine Bedeutung im PC- Segment zu erlangen Der IEEE-Standard 1394 stammt ursprünglich aus dem Jahre 1987, initiiert von der... Höchstmaß an Ausfallsicherheit benötigen RAID-Level 6 verwendet Mehrfach-Parity, wodurch die Daten auch nach Ausfall zweier Festplatten wiederhergestellt werden können Gegenüber dem verwandten Level-5 wird jedoch die Schreibleistung verringert RAID-10 stellt sich prinzipiell als eine Kombination aus RAID 0 und RAID 5 dar Hierfür werden zwei 5er-Arrays zusammengeschaltet und über die Daten aller Festplatten... Peripheriebussysteme (IEEE-1394, USB, SSA, Fibre Channel) einsetzte Auch wenn diese vier Systeme hier in einem Atemzug genannt werden, sind sie von ihrem vorgesehenen Einsatzzweck und der Leistung her jedoch recht unterschiedlich, wie in den jeweiligen Kapiteln beschrieben Einen Überblick gibt zunächst die folgende Tabelle: Interface Transferrate (Mbyte/s) max Kabellänge zwischen Einheiten max Geräteanzahl... auch USB-Unterstützung ausgestattet 5.13.1 Topologie und Architektur Der Standard umfasst sowohl Definitionen für eine Backplane- als auch für eine Kabelverbindung von IEEE-1394-Einheiten, wobei für den PC- Markt die kabelorientierte Verbindung eher von Bedeutung ist, während die Backplane-Version in Industriesystemen ihre Anwendung findet Zur Zeit sind drei Datenübertragungsraten spezifiziert: 100, 200... Mbit/s Das langsamste aktive Gerät am Bus bestimmt dabei die maximal mögliche Rate, Die 1394 Trade Association arbeitet aber bereits an der Festlegung einer definierten Setup-Funktion, damit der Busmaster (PCI-Firewire-Hostadapter) Geräte unterschiedlicher Auslegung erkennen und mit passenden Datenraten betreiben kann Firewire verwendet eine 64-Bit-breite Adressierung und hält sich an das Controlund Status-Register-Management... (6-Bit-Node-) oder 1023 (10-Bit-Node-) Knoten innerhalb des Gesamtsystems ermöglichen, wobei sie generell als Memory-Mapped-Devices angesprochen werden Bild 5.45: Der mögliche Aufbau eines Firewire-Systems; ein PC mit einem Firewire-Hostadapter dient als Busmaster und verfügt über mehrere Ports zum Aufbau verschiedener Gerätestränge Die Verkabelung zwischen den Geräten wird nicht in einer Schleife ausgeführt, . lesen Tabelle 5.16: Die SCSI-Befehlscodes im Überblick 5.11 RAID-Systeme Nicht für den heimischen PC, sondern für die professionelle Anwendung in Fileservern, wie sie in Netzwerkumgebungen zum Einsatz. eini- ger Zeit auch SSA- und Fibre-Channel-Devices (ab Kapitel 5.13) zum Einsatz kom- men, die man jedoch auch zu den SCSI-Geräten rechnen kann, da sie ebenfalls in der SCSI-Spezifikation (SAM, siehe. auch RAID-Lösungen, die auf EIDE basieren, wie etwa Fasttrack der Firma Promise, wobei diese Realisierungen jedoch nicht die bei SCSI übliche Funktionalität aufweisen (können) und nur die RAID-Level 0 und 1