主机总线适配器 (HBA)

什么是主机总线适配器 (HBA)?

主机总线适配器 (HBA) 是一种集成电路适配器或电路板，用于将作为主机的系统（可能是服务器）连接到内存或网络设备。HBA 还提供输入/输出 (I/O) 处理功能，以减轻主机 CPU 在数据存储和检索期间的负担，从而提高主机的整体效率。

虽然 HBA 本身通常被称为 HBA 卡，但它也可以与相关的磁盘子系统一起被称为磁盘通道。HBA 的速度、端口数、系统接口和支持的连接技术是常见特性。虽然 HBA 卡可以采用不同的外形尺寸，例如用于刀片式计算机系统的 mezzanine 板，但它们通常插入到主机的 PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) 端口中。

虽然“HBA”一词可能指代多种连接，但它最常与内存过程相关，包括串行高级技术附件 (SATA)、光纤通道 (FC)、小型计算机系统接口和串行连接 SCSI (SAS)。

光纤通道主机总线适配器

在基于光纤通道的存储系统（n Fiber Chanel-based storage space system）中，光纤通道 HBA 能够促进设备之间的通信和信息交换。FC HBA 可以连接多个存储设备，将主机连接到交换机或存储单元，或者同时连接多个用作应用程序服务器和内存系统的服务器。HBA 在 SAN 管理软件中被识别为连接端口。

FC HBA 的供应商通常会随着 FC 网络技术数据速度的不断提高而更新其型号。1997 年，光纤通道产品首次上市。此后，FC HBA 的增长速度大大加快。FC HBA 最初提供 1 吉比特/秒 (Gbps) 的数据速率；然而，随着每个后续版本的发布，吞吐量不断提高。

• 每秒两吉比特 (Gen 2)
• 每秒四吉比特 (Gen 3)
• 每秒八吉比特 (Gen 4)
• 每秒十六吉比特 (Gen 5)
• 每秒三十二吉比特 (Gen 6)
• 每秒六十四吉比特 (Gen 7)

通过利用并发 FC 线，分解总共四个 32 吉比特/秒 FC 通道，Gen 6 FC (32 吉比特/秒) 可以配置为仅使用一个 128 吉比特/秒 连接提供 128 吉比特/秒 的吞吐量。根据 FC 路线图，预计到 2024 年，单通道 FC 速率将超过 128 吉比特/秒，因此四通道系统可能会过时或以更高的速度运行。

当 FC HBA 公司升级到最新版本的 FC 设备时，它们通常会为其产品增加额外功能。在数据库环境中，用于防止线路污染的数据完整性措施已得到改进。为了提高模拟服务器的数量，其他增强功能包括对虚拟化的更广泛支持。

FC HBA 的特点包括效率、稳定性、安全性、电源容量、服务器虚拟化兼容性以及单窗管理软件的可用性。

SCSI HBA 和适配器

并行 SCSI，一种曾经很普遍的数据传输技术，现在已被速度更快的 SAS 大部分取代，这通常与 SCSI HBA 相关。根据美国国家标准协会的 SCSI I/O 互连标准集，SCSI HBA 或 SCSI 适配器能够实现主机与外部设备或文件系统之间的通信和数据传输。

通常，附加 HBA 卡会响应维护和任务管理要求，启动、传输并从目标设备（如存储驱动器或阵列）收集响应。

通过共享总线连接并行 SCSI 设备。320 兆比特/秒是并行 SCSI 的最高可能速度。当新设备连接到共享总线时，速度通常会下降，因为共享总线被认为太慢，无法满足现代计算机系统的需求。由于它们被认为是过时技术，许多公司已停止生产并行 SCSI HBA。

SAS 和 SATA 的 HBA

为了克服传统并行 SCSI 的缺点并提供更高的数据传输速度，SAS 应运而生。SAS 使用与并行 SCSI 相同的指令集，但以另一种方式传输数据。点对点串行数据传输协议称为 SAS。

SAS HBA 是一种特殊的 SCSI HBA，通常用于将主机连接到数据存储设备，例如磁带机、DVD、固态驱动器或光盘堆栈。支持 SATA 或 SAS 接口的存储设备可以连接到单端口或双端口 SAS HBA。如今，SAS HBA 在许多情况下实际上作为 SAS/SATA 系统提供。

SAS 带宽从 3 吉比特/秒增加到 6 吉比特/秒，最终达到 12 吉比特/秒。除了新功能外，SAS 的每一次迭代还包括在更长的电缆长度上传输设备的能力。允许的 SAS 速度、数据传输速率、端口数、PCIe 连接类型和电池寿命是区分 SAS HBA 型号的因素。

Dell、HPE 和 IBM 等供应商销售可以容纳 SAS SAN 结构并允许直接连接到配备 SAS HBA 的工作站的起始存储阵列。这消除了对网络路由器的需求。虽然 FC SAN 提供比 SAS 环境更高的效率和更多的配置选项，但 SAS HBA 通常比 FC HBA 便宜。

尽管交换式 SAS 不如计算机和存储阵列之间的直接连接流行，但 SAS HBA 可以连接到 SAS 交换机，以促进多台服务器和外部存储之间的连接。

其他类型的网络适配器

与 HBA 一样，多种适配器可以将计算机的操作系统连接到网络或存储设备。

• 网络接口卡 (NIC)：通过以太网，NIC 能够实现服务器和网络设备之间的通信和数据传输。以太网适配器和网络适配器是它的其他名称。
• SCSI (Internet SCSI) 适配器：iSCSI 适配器，通常称为 iSCSI HBA 或 iSCSI NIC，能够卸载 TCP/IP 和 iSCSI 操作以提高效率，同时实现跨 TCP/IP 和以太网网络的 SAN 通信。
• 融合网络适配器 (CNA)：CNA 通过结合 TCP/IP 以太网 NIC 和 FC HBA 的功能，能够实现局域网和 FC SAN 流量。
• 主机通道适配器 (HCA)：当服务器用于应用程序托管和存储设施时，HCA，有时称为 InfiniBand 适配器，能够实现服务器和存储之间通过无缝 InfiniBand 网络进行低延迟的数据传输。它还可以用作服务器到服务器的连接。高效率计算、统计分析、云数据中心存储以及大量在线和交易应用程序是一些使用场景的示例。
• RoCE NIC 支持远程直接内存访问。为了提高单向以太网连接的速度，RoCE NIC，有时称为带 RoCE 的 NIC，能够直接在多个服务器的应用程序存储之间传输数据，而无需涉及中央处理单元。它经常用于存储和媒体分发系统，以及大量交易，因为它允许比以太网 NIC 更快的数据传输。

HBA 行业的供应商

在 HBA 行业，**QLogic 和 Emulex** 被广泛认为是领导者。QLogic 提供存储网络设备，包括用于刀片式和传统服务器的光纤通道 HBA、FC 交换机、FC 可堆叠交换机、iSCSI HBA 和单窗管理软件。Emulex 提供各种 FC HBA，以及用于网络和存储的以太网适配器、用于实时数据包捕获以提供网络可见性的设备，以及用于更新和管理本地和远程 HBA 和 NIC 的 OneCommand Manager 软件。

HBA 供应商在虚拟化方面面临挑战

虚拟化是现代 HBA 必须处理的一个挑战，尤其是在虚拟化服务器环境中进行查看时。由于虚拟化使得抽象化多个应用程序成为可能，因此为 HBA 引入了一定程度的复杂性。应用程序与计算机服务器之间的连接不再是独立的。一台服务器通常可能有五个或更多应用程序共享一个 HBA。

此外，Laliberte 指出，由于虚拟化提供的移动选项，应用程序实际上可以从主机迁移到 PC，这使得确定哪些应用程序需要存储变得更加困难。

在当今的虚拟化系统中，一个或两个 HBA 可能用于将多个虚拟机 (VM) 加载到一台物理计算机上。以前，HBA 和应用程序本身将通过管理工具在一对一（即，一个应用程序到一个主机）的架构中物理连接。然而，现在多个应用程序可以连接到给定的 HBA 卡，这使得管理环境变得复杂。我们应该使用什么方法来定位应用程序？通过使用 N_Port ID Virtualization，FC 环境中的 HBA 可以为每个 VM 分配独立的、多个逻辑端口，当它们在服务器之间移动时，可以轻松识别它们。