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之前一直做数据中心存储设备的维护工作，对PC服务器的接触就是一些简单的使用，没有深入研究过。最近一段时间在处理一些PC服务器的问题，所以对PC服务器也从基本原理和架构上做个梳理，这样对于处理故障和查看日志会方便很多，这个文章也是对近期学习的一个总结，也供朋友们参考。写的不对和欠妥的地方，欢迎批评指正。
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控制器不仅仅是存储系统中的关键部件，在PC服务器中也承担了非常重要的任务，但两者以不同的物理和逻辑形式展现出来。
在 PC 服务器中，存储控制器是一个至关重要的组件，它负责管理硬盘、固态硬盘（SSD）等存储设备与服务器系统之间的数据传输。无论是存储数据的读取、写入，还是组建 RAID 阵列以提升性能或保障数据安全，存储控制器都扮演着极其重要的角色。下面就来聊聊存储控制器（storage controller）的基本概念、类型以及在服务器中的作用。
什么是存储控制器？
存储控制器（Storage Controller）是服务器主板上的一个硬件模块，通常集成在主板的芯片组中（比如 Intel 的 PCH），也可以以独立的扩展卡形式存在,比如DELL PowerEdge的PERC。它的主要任务是：
- 连接存储设备：比如机械硬盘（HDD）、固态硬盘（SSD）等。
- 管理数据传输：将存储设备中的数据传输到服务器的内存或处理器，或者将数据写入存储设备。
- 提供高级功能：支持 RAID 阵列、热插拔、命令队列优化等功能。这个意义上，我们经常称其为阵列卡。
简单来说，存储控制器就像一个控制部件，让存储设备和服务器系统能够对话。
存储控制器的类型
根据支持的存储接口和协议，存储控制器可以分为以下几种常见类型：
1. SATA 控制器
- 全称：Serial ATA Controller（串行 ATA 控制器）。
- 功能：专门管理 SATA 接口的存储设备，如 SATA 硬盘和 SATA SSD。
- 特点：
- 支持 AHCI（Advanced Host Controller Interface）模式，提供 NCQ（本地命令队列）和热插拔等高级功能。
- 通常集成在主板芯片组中，例如 Intel 主板上的 PCH 芯片组。
- 传输速度：常见的是 6Gb/s（SATA III）。
- 适用场景：适用于大多数普通的服务器和桌面 PC，适合单盘或小型存储需求。
2. SAS 控制器
- 全称：Serial Attached SCSI Controller（串行连接 SCSI 控制器）。
- 功能：支持 SAS（Serial Attached SCSI）接口的存储设备，同时向后兼容 SATA 设备。
- 特点：
- 使用 SCSI 协议，支持更复杂的功能，如多设备管理和高并发。
- 传输速度更高（常见 12Gb/s 或 24Gb/s），支持更长的电缆长度。
- 通常以独立扩展卡形式存在（比如 LSI/Broadcom 的 HBA 卡或 RAID 卡），但一些高端服务器主板可能板载 SAS 控制器。
- 适用场景：适用于企业级服务器，尤其是在需要连接大量硬盘或组建复杂 RAID 阵列时。
3. RAID 控制器
- 功能：RAID 控制器是一种特殊的存储控制器，支持组建 RAID 阵列（如 RAID 0、1、5 等）。
- 特点：
- 可以是 SATA 或 SAS 控制器的“增强版”，通过硬件或固件支持 RAID 功能。
- 提供数据冗余（防止数据丢失）和性能提升（通过并行读写）。
- 分为硬件 RAID（独立 RAID 卡）和软件 RAID（通过操作系统实现）。
- 适用场景：需要高可靠性或高性能的存储系统，比如数据库服务器。
存储控制器的工作模式
存储控制器可以配置为不同的工作模式，以满足不同的需求。以下是常见的模式：
- 适用于 SATA 控制器，提供 NCQ（优化读写效率）和热插拔功能。
- 适合单盘或不需要 RAID 的场景，尤其是 SSD，能充分发挥其性能。
这里说明一下的是，对于DELL EMC的高端存储中的一些管理控制台使用的PC服务器，比如VPLEX的控制台，VMAX的控制台。Isilon的Gen4和5中的boot device，都是工作在这个模式的。
可以通过BIOS中来配置和查看AHCI，另外在系统boot的时候也可以看到AHCI的启动log。
- 启用 RAID 功能，支持多盘组成阵列。
- 适合需要数据冗余或性能提升的场景，但可能需要重新安装系统以切换模式。
- 兼容性好，但功能有限，性能较低。
- 特别老的设备才有，现在已经很少使用了。
- 专为 SAS 磁盘设计，支持更复杂的企业级存储需求。
存储控制器在服务器中的作用
存储控制器在 PC 服务器中扮演着不可或缺的角色，以下是它的几个主要作用：
- 通过 NCQ 优化数据读写顺序，减少机械硬盘的寻道时间。
- 对于 SSD，支持 TRIM 命令，延长寿命并保持性能。
- 通过 RAID 功能（比如 RAID 1 镜像或 RAID 5 奇偶校验），防止硬盘故障导致数据丢失。
- SAS 控制器可以连接更多设备（支持多达数百个硬盘），适合大规模存储需求。
- 支持热插拔，允许在服务器运行时更换硬盘，减少停机时间。
- SAS 控制器可以同时连接 SAS 和 SATA 设备，灵活性更高。
- 在高端服务器中，存储控制器可以配合背板（Backplane）使用，简化布线和管理。
五、如何选择存储控制器？
选择存储控制器时，可以根据以下几个因素考虑：
- 存储设备类型：
- 如果只使用 SATA 硬盘或 SSD，主板自带的 SATA 控制器就够用。
- 如果需要使用 SAS 硬盘，必须有 SAS 控制器（板载或扩展卡）。
- 性能需求：
- 对于高性能需求（比如数据库或虚拟化），可以选择支持 RAID 的控制器，或者使用高速 SAS 控制器。
- 数据安全：
- 如果数据安全是首要考虑，建议选择支持 RAID 的控制器，组建 RAID 1 或 RAID 5 阵列。
- 扩展性：
- 如果需要连接大量硬盘，SAS 控制器是更好的选择。
写在最后
存储控制器是 PC 服务器中连接存储设备与系统的核心组件。SATA 控制器适合普通需求，提供良好的性能和兼容性；SAS 控制器则面向企业级应用，支持更复杂的存储需求；而 RAID 控制器则为数据安全和性能提供保障。
我们不是做产品设计的，我们更多对这些知识的了解是用来做故障排查和分析的。通过了解这些知识，然后阅读log，看BIOS的配置都会有极大帮助。
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