Что такое контроллер хранения данных?

Контроллер хранения данных является одной из главных конструктивных составляющих во всех системах, предназначенных для серверов и комплексов вычисления. Данный компонент считается "мозгом" множества технических средств, которые нуждаются в обеспечении надежности хранения информации на разных носителях. Это же устройство помогает обеспечить быстрый доступ к требуемым данным по заданным заранее алгоритмам.

Принципы построения систем хранения данных

Прежде, чем разобраться в контроллерами устройств хранения, важно разобраться с функционалом, принципами работы и особенностями самих систем управления и автоматизации такого типа. Упрощенно они обозначаются специальной аббревиатурой СХД. Любая система хранения данных в обязательном порядке включает контроллер, но помимо него в аппаратной структуре присутствует целая цепочка и других компонентов. Построение схемы учитывает физическое расположение накопителей, а также уровни взаимодействия между каждым из каскадов. При таком подходе контроллеры систем хранения располагаются внутри системных блоков или стоек. Помимо этого разработчики обязательно учитывают уровни сигнальной передачи, протоколы доступа сети и доступность для конечных пользователей. При общем рассмотрении СХД состоит из 5-ти компонентов:

• накопители;
• бэкплейна и контроллер диска;
• контроллер СХД;
• адаптер сети;
• пользователь.

Каждый из перечисленных блоков выполняет определенный функционал и является полноценной независимой от других единицей. Помимо этого любой из них может быть модернизирован и видоизменен с течением времени. Но в сумме важна общая производительность всей системы. Рассмотрим подробнее.

Контроллеры в СХД

Контроллер хранения данных по праву считается более сложным компонентом в сравнении с накопителями, так как их функциями становятся связка последних между собой, организация путей ввода и вывода сигналов и данных, контролирование режимов записи и чтения информации, реализация уровней доступов, а также защита. HBA являются лишь одним из вариантов разновидности прибора, который обеспечивает видимость всех накопителей в рамках одной системы. Они же позволяют обратиться к каждому из последних устройств по отдельности. С помощью этих плат пользователи уровня администратора получают возможность подключить дополнительное число SAS-накопителей, выполнить организацию аппаратного RAID и подстраховать систему от непредвиденных ситуаций отрицательного характера. Встречаются и вариации с наименованием Triple-Mode, которые ранее часто использовались для одновременного подключения нескольких видов накопителей для формирования более гибкой схемы: SAS, SATA, NVMe.

Бэкпейны и экспандеры

Аппаратный контроллер хранения данных взаимодействует с специальной платой в виде разветвителя с разными видами разъемов, которая называется бэкплейном. Такой подход дает возможность организации работы технических средств в одной коробке. Дополнительно изделия помогают решить проблему недостаточного количества слотов. Схемы этого формата часто используются в крупных дата-центрах. Помимо этого необходимо использование экспандера, который представляет собой чип для установки на бэкплейн. Это позволяет разгрузить основное устройство и упорядочить передачу данных при передаче сигналов в виде единиц и нулей.

Используемые контроллеры

На основании вышесказанного становится очевидно, что функциональность экспандеров ограничена всего лишь несколькими командами. Поэтому для решения большого числа задач и требуется контроллер системы хранения. Именно он является полноценным управляющим узлом всей системы в целом. Поэтому при построении любого массива на диске техническое средство становится ключевой единицей. Перечислим функции:

• создание дискового пула;
• организация проходящего трафика;
• контролирование пропускной способности;
• расчет сумм для контроля;
• выполнение служебных операций внутреннего формата;
• и др.

Но следует учитывать, что только одного контроллера для организации СХД недостаточно. Поэтому в нее входит сразу несколько таких узлов, взаимодействующих между собой и обладающих определенной степенью совместимости по техническим характеристикам и параметрам. RAID тоже именуют часто контроллером, который тоже считается управляющим элементом. В данном случае представляет собой адаптер, обеспечивающий создание защищенного массива из нескольких уровней накопителей. То есть RAID-запись позволяет в автоматическом режиме выполнить сохранение данных на все диски, подключенные параллельным образом. Это дает возможность функционирования независимо друг от друга. При возникновении поломки или неисправности у одного, остальные продолжат работать. А вот контроллер хранения данных можно уже назвать обособленной составляющей единой инфраструктуры сервера, к которой могут обращаться внешние клиенты. Поэтому такое техсредство можно обозначить как отдельный компьютер, внутри которого содержатся материнская плата с микропроцессором, оперативная память, специальные платы расширения, интерфейсы и программное обеспечение для организации связи с "железом". Управляющее ПО позволяет создавать массивы типа RAID, поэтому использование такого вида контроллера уже не будет прямой необходимостью. Таким образом структура значительно упрощается, а расходы минимизируются. Системный контроллер устройств хранения - часть базовой комплектации любого современного сервера.

Системы с несколькими единицами

Сегодня для решения разного круга задач и в разных сферах применения используются СХД разного уровня сложности. Поэтому существуют примеры с двухконтроллерными и многоконтроллерными режимами. Это существенно расширяет возможности по производительности и повышает отказоустойчивость аппаратуры. Особенно эффективны решения для промышленных отраслей при технологических процессах, где в случае отказа одного из узлов важно продолжение работы в резервных режимах. Параллельно на производстве в такие моменты выполняется ремонт или замена неисправных деталей или узлов. ПРичем вариант с выделенными корпусами здесь необязательно. То есть иногда бывает достаточно на материнских платах дублирующего контроллера хранения данных.