存储篇(2)

最新推荐文章于 2023-12-08 10:17:30 发布

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#操作系统

本文详细介绍了SCSI与ATA两种主流磁盘接口技术的特点与工作机制，包括它们的寻址机制、传输层协议及磁盘控制器的作用。此外，还深入探讨了SCSI总线的仲裁、选择阶段以及数据传输过程。

磁盘接口技术

用于ATA指令系统的IDE接口
用于ATA指令系统的SATA接口
用于SCSI指令系统的并行SCSI接口
用于SCSI指令系统的串行SCSI接口
用于SCSI指令系统的IBM专用串行SCSI接口
用于SCSI指令系统并承载FabreChannel协议的串行FC接口

scsi和ata是目前现行的两大主机和外设通信的协议规范，它们有各自的物理接口定义。对于ata协议对应就是ide接口，scsi协议对应的是scsi接口。scsi接口可以有8个到16个scsi设备接入到一个scsi通道上，一般接入的机器必须拥有scsi控制卡。scsi控制卡上一个相当于cpu的芯片，它对scsi设备进行控制，能处理大部分的工作，减少cpu的负担。

scsi协议

对于一个完整的数据传输协议，必然是能够跨越osi7层协议。

链路层，scsi协议中利用crc校验码来检验每个指令和数据帧的完整性。
网络层，一条scsi总线上最多允许接入16个设备，其中scsi控制器占用一个节点，scsi id恒为7，在这16个id中，7具有最高的优先级，当7需要发起传输，其他id需要让出总线的使用权。有总线的地方就会涉及到总线仲裁。一般普通主板不会有scsi控制器，要想接入scsi磁盘，需要加入scsi卡，scsi卡一边接入主机pci总线，另一端用一个scsi控制器接入scsi总线，卡上有主机的cpu，通过执行rom中的代码控制整个scsi卡的工作，scsi卡将scsi总线上的所有设备经过pci总线传递给内存中的scsi卡的驱动程序，这样cpu就会知道scsi总线上的所有设备。当scsi卡不止一个scsi控制器，则是一个多通道的scsi卡。

scsi寻址机制和几个阶段

(1) 空闲阶段
总线一开始处于一种空闲状态，没有节点发起通信，总线空闲时，bsy和sel这两条控制信号线的状态都是false。
(2) 仲裁阶段
节点通过8条或者16条数据总线上提升主机对应的那条线的电位申请总线的使用权，提升主机id对应线路电位同时提升bsy电位，但多个节点发起仲裁，其根据总线上的信号情况，如果非高优先级则撤销自身信号，如果某节点仲裁获胜，则获取总线的使用权，然后将sel信号线提升电位。scsi总线的寻址方式按控制器-通道-scsi id-lun id来寻址。
(3) 选择阶段仲裁阶段完成后，获胜节点会将bsy和sel信号线置位，然后将8到16条数据总线上对应主机id的线路和目标id线路电位提升，这样目的节点可以感知到自己线路有信号，做好接受准备。 (一般从总线上一个硬盘复制数据到另外一个硬盘的过程是cpu将数据发送给控制器，控制器再复制到内存，经过cpu运算后再次发送给控制器，控制器再写入另外一块硬盘。因为对于硬盘而已，本身没有文件这个概念，所以必须返回到操作系统层面才可以感知)

scsi传输层

scsi传输层是提供端到端的保障机制，这个是保障通信双方。
发送方获取总线仲裁后，会发送一个scsi command写的命令帧，其中包含了lun以及lba地址段，接收端接受后，就知道对方准备发送数据，接收方准备好后，向发起方发送一个xfer_rdy帧，表示准备好，随机可以发送。
发送方收到xfer_RDY帧后，立即发送数据，每发送一帧，接收方就回应一个xfer_rdy，最后接收方发送一个resonse帧表示这条scsi命令执行完毕。

磁盘控制器

磁盘的接口包括物理接口，就是磁盘要接入磁盘控制器所需要的接口，除了物理接口规范外，还定义一套指令系统，指令集定义怎么向磁盘发送数据和读取数据以及控制其他行为，比如SCSI和ATA指令。指令的内容是由运行在操作系统内核的驱动程序生产，而物理的连接则是磁盘控制器负责的，磁盘控制器负责底层总线初始化，仲裁等过程以及指令传输过程，指令传输状态机，重传，ack确认等，将这些太过底层的机制过滤后，向驱动程序提供一个简洁的接口。

磁盘驱动器

磁盘控制器和磁盘驱动器是两个不同的东西，对于cpu而言，其操作控制器就可以，cpu通过运行磁盘控制器的驱动程序，生产指令发送给磁盘控制器，磁盘控制器收到这些cdb后，会做一定程度的翻译映射工作，生成最底层磁盘可接受的纯scsi指令，然后通过底层的物理操作，总线仲裁，编码，再在线缆上将指令传递给对应的磁盘。

磁盘控制器的驱动程序

机器刚通电，还没有载入操作系统，那么操作系统是如何载入呢，所以在系统bios中存放初始化系统所需要的基本代码，bios初始化中有一步就是去执行磁盘控制器的ooptional rom，该rom包含了该控制器最原始，可在主bios下执行的驱动程序，主bios去载入并执行rom，从而加载了驱动程序，并可以与控制器交互。最后bios通过驱动程序使得cpu可以发送对应的读指令，提取磁盘0磁道第一个扇区的代码并载入到内存中，从而加载os。