Une question fréquemment posée est :
``Linux supporte un grand nombre de cartes différentes ; quel adaptateur hôte SCSI dois-je acheter'' ?
La réponse dépend des performances que vous en attendez, de la carte-mère, et des périphériques SCSI que vous projetez de raccorder à votre machine.
Le facteur de performance le plus important (en terme de vitesse et de réponse interactive pendant les E/S SCSI) est le type de transfert utilisé.
Une carte d'E/S pure polled utilisera la CPU pour la totalité de la gestion SCSI, y compris REQ/ACK.
Même une CPU rapide sera moins performante pour gérer la séquence REQ/ACK qu'une simple machine à états finis, et donnera des taux de transferts d'environ 150 Ko/s sur une machine rapide, et peut-être 60 Ko/s sur une machine lente (à travers le système de fichiers).
Le pilote devra également rester à l'intérieur d'une boucle aussi longtemps que le bus SCSI sera occupé, occupant ainsi près de 100% d'utilisation de la CPU et provoquant une très mauvaise réactivité pendant les E/S SCSI. Les CD-ROM lents qui ne font pas de déconnexion/reconnexion tuent littéralement toute interactivité avec ces cartes.
Déconseillé.
Le cartes qui utilisent des E/S interlocked polled sont essentiellement similaires aux cartes pure polled, mais les signaux REQ/ACK SCSI sont transmis au bus du PC. Hormis ces signaux, toute la gestion SCSI reste dévolue à la CPU.
Des taux de transfert de 500-600 Ko/s par le système de fichier sont possibles sur ces cartes.
De même qu'avec les cartes à scrutation seule, le pilote doit rester à l'intérieur d'une boucle serrée tant que le bus SCSI est occupé, l'occupation de la CPU dépendant ainsi des taux de transfert des périphériques et de la déconnexion/reconnexion. Elle peut varier entre 25% pour les CD simple vitesse qui gèrent correctement la déconnexion/reconnexion, et 100% pour les lecteurs plus rapides ou les CD-ROM défectueux qui ne peuvent pas se déconnecter/reconnecter.
Sur mon 486-66, avec une T128, j'utilise 90% de mon temps CPU pour arriver à un taux de transfert de 547 Ko/s sur un disque capable de 1080 Ko/s en crête.
Quelquefois acceptable pour les unités de bandes et les CD-ROM lents quand le prix est un critère essentiel.
Les cartes qui utilisent les E/S à scrutation par FIFO (First In, First Out) mettent un petit tampon (typiquement 8 Ko) entre la CPU et le bus SCSI, et implémentent souvent un certain niveau d'intelligence. En conséquence, la CPU n'est bloquée que le temps d'envoyer les données à vitesse maximale vers la FIFO et de gérer le reste de la gestion des interruptions pour les conditions de FIFO vide, déconnexion/reconnexion, etc.
Le taux de transfert devrait être suffisant pour gérer la plupart des périphériques SCSI, et on a pu mesurer jusqu'à 4 Mo/s en utilisant des commandes SCSI brutes pour lire directement des blocs de 64 Ko sur un Seagate Barcuda avec une Adaptec 1520.
L'utilisation de la CPU dépend du taux de transfert des périphériques, les plus rapides générant plus d'interruptions ce qui demande plus de temps CPU. Bien que ce dernier puisse atteindre 75% avec des périphériques rapides, le système reste en général utilisable. Ces cartes fournissent d'excellentes performances en interactif avec des périphériques défectueux qui ne se déconnectent/reconnectent pas (comme les CD-ROM de bas de gamme).
Recommandé pour les utilisateurs aux finances limitées.
Les pilotes de cartes qui utilisent le DMA esclave programment le contrôleur DMA du PC pour un canal quand ils font un transfert de données, puis rendent le contrôle au CPU.
Les taux de transfert de pointe sont en général handicapés par le médiocre contrôleur DMA des PC, une carte 8-bits ayant même eu des problèmes à dépasser 140-150 Ko/s avec une certaine carte-mère.
L'utilisation de la CPU est très raisonnable, légèrement moindre que ce que l'on connait avec des cartes d'E/S à scrutation par FIFO. Ces cartes sont très tolérantes avec les périphériques défectueux qui ne se déconnectent/reconnectent pas, typiquement les CD-ROM bon marché.
Acceptable pour les bandes, les lecteurs de CD-ROM lents, etc.
Ces cartes sont intelligentes. Les pilotes de ces cartes mettent une commande SCSI, la cible et la LUN de destination, et l'endroit où les données doivent arriver dans une structure, et disent à la carte ``Hep, j'ai une commande pour toi''. Le pilote rend la main aux programmes en train de tourner, et finalement la carte SCSI revient et dit que c'est fait.
L'intelligence se situant dans le logiciel embarqué et non au niveau du pilote, ce dernier supporte en général plus de caractéristiques : transferts synchrones, tagged queuing, etc.
Avec les patches de clustered read/write (lectures/écritures regroupées), le taux de transfert de pointe en passant par le système de fichiers approche les 100% en écriture et 75 % en lecture.
L'utilisation de la CPU est minimale, indépendante de la charge d'E/S, avec une mesure de 5% pendant l'accès à un CD-ROM double vitesse sur une Adaptec 1540 et de 20% pendant un transfert à 1,2 Mo/s sur un disque SCSI.
Recommandé dans tous les cas où l'argent n'est pas un facteur crucial, où la carte-mère n'est pas défectueuse (certaines cartes-mères ne fonctionnent pas avec les bus-masters), et des applications où le temps d'obtention des données est plus important que le débit (le temps de traitement dû au bus master peut atteindre 3-4 ms par commande).
La deuxième caractéristique la plus importante en matière de performance est le support du scatter/gather. Le temps d'exécution d'une commande SCSI est significatif : il se compte en millisecondes. Les bus master intelligentes comme l'Adaptec 1540 peuvent prendre 3-4 ms pour traiter une commande SCSI avant même que la cible soit atteinte. Sur les périphériques non bufferisés, ce temps de traitement est toujours suffisant pour laisser passer une révolution, donnant ainsi un taux de transfert de 60 Ko/s (avec un disque à 3600 t/m) par bloc transféré à la fois. Afin de maximiser les performances, il faut donc minimiser le nombre de commandes SCSI nécessaires au transfert d'une certaine quantité de données en en transférant plus par commande. En raison de la conception du buffer cache de Linux, des blocs contigus sur disque ne le sont pas en mémoire. Les patches read/write en cluster permettent à 4 Ko de rester contigus. La quantité maximale de données qui peuvent être transférés par commande SCSI sera donc 1 Ko * nombre de régions de scatter/gather sans patches read/write en cluster, 4 Ko * régions avec. Nous avons expérimentalement déterminé que 64 Ko était une quantité raisonnable de données transférables par une seule commande, ce qui signifie 64 tampons de scatter/gather avec les patches de read/writes en cluster, et 16 sans. Le passage de 16 Ko à 64 Ko par transfert nous a permis de constater une amélioration allant de 50% pour l'écriture et la lecture à travers le système de fichiers, à 75% et 100% respectivement en utilisant une carte Adaptec 1540.
Un grand nombre d'adaptateurs hôtes intelligents, comme l'Ultrastor, la WD7000, les Adaptec 1540 et 1740, et la Buslogic ont utilisé une interface similaire à une boîte aux lettres, où les commandes SCSI sont exécutées en mettant une structure de commande SCSI à un endroit précis (la boîte aux lettres), en avertissant la carte (par exemple par un flag de courrier envoyé), et en attendant la réponse (arrivée du courrier). Avec cette interface de programmation de haut niveau, les utilisateurs peuvent souvent mettre leur carte à jour avec une nouvelle révision pour bénéficier de nouvelles caractéristiques, comme le SCSI FAST + WIDE, sans changer de logiciel. Les pilotes tendent vers plus de simplicité, peuvent implémenter un jeu de caractéristiques plus étendues et sont plus stables.
D'autres adaptateurs intelligents, comme la famille NCR53c7/8xx et les circuits Adaptec AIC-7770/7870 (y compris les cartes 274x, 284x et 2940), utilisent une interface de programmation de haut niveau. Il se peut que cette option se révèle plus rapide car le traitement peut être déplacé du processeur de la carte vers une CPU rapide, permettre une meilleur flexibilité dans l'implémentation de certaines caractéristiques (comme le mode cible pour des périphériques arbitraires), et ces cartes peuvent êtres fabriquées pour moins cher (ce dont les consommateurs bénéficient dans certains cas, comme les NCR). Par contre, les pilotes tendent à devenir plus complexes, et doivent être modifiés pour profiter des caractéristiques spécifiques aux nouveaux circuits.
Il faut ensuite prendre en considération le type de bus et faire un choix entre ISA, EISA, VESA et PCI. Les publicités vantent fréquemment des bandes passantes ridicules, fondées sur des pointes de taux de transferts, et sur la fiction, ce qui n'est pas très utile. J'ai préféré mettre en avant des chiffres réalistes provenant de performances mesurées avec divers périphériques.
La bande passante dépasse légèrement 5 Mo/s pour les périphériques à bus-mastering. Avec un bus ISA, l'arbitrage entre bus masters est réalisé par le vénérable contrôleur 8237 qui donne des temps d'acquisition de bus assez élevés. Les pilotes d'interruptions sont à trois états et edge-triggered (déclenchés par le front du signal), ce qui veut dire que les interruptions ne peuvent être partagées. L'ISA est en général non bufferisé, et le bus hôte/mémoire est donc bloqué chaque fois qu'un transfert se produit. Aucun mécanisme n'est fourni permettant d'éviter l'engorgement du bus.
La bande passante est d'environ 30 Mo/s. Certains systèmes VESA dépassent les caractéristiques du bus, se rendant ainsi incompatibles avec certaines cartes, et ce fait est donc à prendre en compte avant d'acquérir du matériel sans garantie. Le VESA n'est en général pas bufferisé, et le bus hôte/mémoire est donc bloqué chaque fois qu'un transfert se produit.
La bande passante tourne autour de 30 Mo/s, les opérations de bus-mastering étant en général plus rapides que sur VESA. Certains systèmes EISA peuvent bufferiser le bus, permettant des transferts en mode rafale et minimisant l'impact sur les performances de la CPU. Les pilotes d'interruption peuvent être soit trois-états edge-triggered, soit activés par niveau, à collecteur ouvert, permettant ainsi le partage d'interruptions avec les pilotes qui le supportent. L'EISA allouant un espace d'adressage séparé pour chaque carte, il est en général moins sensible aux conflits de ressources que l'ISA ou le VESA.
La bande passante tourne autour de 60 Mo/s. La plupart des systèmes PCI implémentent des tampons de write posting sur le bridge hôte, permettant ainsi des vitesses différentes des deux côtés et donc un impact minimal sur les performances bus/CPU. Les drivers d'interruptions PCI sont à collecteur ouvert et activés par niveau, autorisant ainsi le partage d'interruptions avec les pilotes qui le supportent. Des mécanismes empêchent l'engorgement du bus, et empêchent également tant le maître que l'esclave de suspendre une opération de bus-mastering.
PCI fournissant un mécanisme de plug-and-play avec des registres de configuration modifiables sur chaque carte, dans un espace d'adressage séparé, un système PCI correctement implémenté est donc plug-and-play.
PCI est extrêmement strict quant à la longueur de trace, la charge, les spécification mécaniques, etc, et devrait devenir plus fiable que VESA ou ISA.
Pour résumer, PCI est le meilleur bus PC, bien qu'il ait des inconvénients. Il n'est pas encore parvenu à maturité, et bien que la plupart des fabricants aient aplani les difficultés, il reste toujours des stocks de vieux matériel PCI bogué et de BIOS défectueux. C'est pourquoi je recommande _fermement_ une garantie de retour sur le matériel. Même si les dernières cartes-mères sont vraiment plug-and-play, celles qui sont plus anciennes peuvent demander quelques réglages par cavaliers et par logiciel (par exemple pour les assignations d'interruptions) de la part de l'utilisateur. Et, bien que la plupart des utilisateurs aient résolu leurs problèmes avec PCI, cela a en général pris du temps et c'est pour cette raison que je ne peux pas recommander l'achat d'un système PCI s'il est crucial de disposer rapidement d'un système opérationnel.
Pour la plupart des périphériques SCSI lents, comme les disques d'un headrate de 2 Mo/s ou moins, les CD-ROM ou les bandes, il n'y aura que peu de différences de performances entre les différents bus PC. En ce qui concerne les disques rapides actuels (les unités de plusieurs giga-octets ont en général une headrate de 4-5 Mo/s, et au moins une compagnie dispose d'une unité à têtes parallèles en alpha-test avec un headrate de 14 Mo/s), les performances se trouveront nettement améliorées par des contrôleurs sur des bus rapides, un utilisateur notant une amélioration d'un facteur de 2,5X en passant d'une carte Adaptec 1542 ISA à une NCR53c810 PCI.
A l'exception de situations où le write-posting PCI ou un mécanisme de bufferisation similaire est employé, tous les bus seront inaccessibles quand l'un d'entre eux sera occupé. Donc, bien que la saturation du bus n'interfère pas avec la performance SCSI, elle aura un impact négatif sur la performance interactive. Par exemple, avec un disque SCSI à 4 Mo/s sur un bus ISA, vous aurez perdu 80% de votre bande passante, et vous ne pourriez transférer des images qu'à 6 Mo/s sur un système ISA/VESA ; et un impact similaire serait ressenti dans la plupart des cas sur les processus en arrière-plan.
Il faut noter que le fait d'avoir plus de 16 Mo de mémoire n'empêche pas d'utiliser une carte SCSI bus-mastering ISA. Au contraire de nombre de systèmes d'exploitation mal conçus, Linux utilise un double tampon pour la DMA avec un contrôleur ISA vers une zone de mémoire située au-dessus de 16 Mo. Les performances au cours de ces transferts ne diminuent que de 1,5%, ce qui est très peu sensible.
Enfin, les différences de prix entre les bus masters fournies avec diverses interfaces sont souvent minimales.
A la suite de tout ceci, certains bus auront votre préférence.
EISA ISA VESA PCI
PCI EISA VESA ISA
Comme je l'ai déjà souligné, l'impact sur les performances sera essentiellement déterminé par le choix entre bus mastering et les autres modes de transfert, et le type de bus sera bien moins important au moment d'acquérir un contrôleur SCSI.
Si vous mettez plusieurs périphériques sur votre bus SCSI, vous voudrez peut-être que l'adaptateur/pilote que vous envisagez supporte plus d'une commande en suspens (outstanding command) à la fois. Ce point est très important si vous mélangez des périphériques de différentes vitesses, comme un lecteur de bande et un disque dur. Si le pilote Linux ne supporte qu'une commande en attente à la fois, l'accès au disque peut être bloqué pendant qu'une bande est en train de se rembobiner, par exemple. Avec deux disques durs, le problème passera inaperçu, bien que la vitesse totale de transfert approche plus la moyenne que la somme des vitesses individuelles.
Au cours du temps, SCSI a évolué, de nouvelles révisions du standard offrant de meilleures vitesses de transfert, de meilleures méthodes pour accélérer la capacité de transfert, des commandes standardisées pour de nouveaux périphériques et de nouvelles commandes pour les périphériques déjà supportés.
Les niveaux de révision ne signifient pas grand-chose par eux-même. A part des différences mineures comme SCSI-II ne permettant pas l'option ``single initiator'' de SCSI-I, la norme SCSI est compatible avec les versions antérieures, les nouvelles caractéristiques étant présentées an tant qu'options. La décision d'appeler un adaptateur SCSI, SCSI-II ou SCSI-III relève presque entièrement du marketing.
Comparaison des caractéristiques des pilotes (les circuits supportés sont listés entre parenthèses)
Pilote Mode de transfert Commandes simultanées SG >1
total/LUN Limite
aha152x FIFO(8k) Polled 1s/1s 255s
(AIC6260,
AIC6360)
aha1542 Busmastering DMA 8s/1s 16 O
aha1740 Busmastering DMA 32s 16
aha274x Busmastering DMA 4s/1s 255s O
buslogic Busmastering DMA O 64s, 8196h
eata dma Busmastering DMA 64s/16s 64s O
fdomain FIFO(8k) Polled 1s 64s
TMC1800 sauf TMC18c30
TMC18c30, avec 2k FIFO
TMC18c50,
TMC36c70
in2000* FIFO(2k) Polled 1s 255s
g NCR5380 Pure Polled 16s/2s 255s O
(NCR5380,
NCR53c80,
NCR5381,
NCR53c400)
gsi8* Slave DMA 16s/2s 255s
(NCR5380)
PAS16 Pure Polled ou 16s/2s 255s O
(NCR5380) Interlocked Polled
(ne marche pas sur certains systèmes)
seagate Interlocked Polled 1s 255s N
wd7000 Busmastering DMA 8s 1
t128 Interlocked Polled 16s 255s O
(NCR5380)
ultrastor Busmastering DMA O
53c7,8xx Busmastering DMA 1s/1s 255s O
(NCR53c810)
Notes :
Carte Pilote Bus Prix ($) Notes
Adaptec AIC-6260 aha152x ISA circuit, pas carte
Adaptec AIC-6360 aha152x VLB circuit, pas carte
(Utilisé dans la plupart
des cartes VESA/ISA
multi-IO avec SCSI,
les cartes-mères Zenon)
Adaptec 1520 aha152x ISA
Adaptec 1522 aha152x ISA $80 1520 avec FDC
Adaptec 1510 aha152x ISA 1520 sans ROM,
pas d'autodétection.
Adaptec 1540C aha1542 ISA
Adaptec 1542C aha1542 ISA 1540C avec FDC
Adaptec 1540CF aha1542 ISA FAST SCSI-II
Adaptec 1542CF aha1542 ISA $200 1540CF avec FDC
Adaptec 1740 aha1740 EISA n'est plus produite
Adaptec 1742 aha1740 EISA idem, 1740
avec FDC
Adaptec 2740 aha274x EISA
Adaptec 2742 aha274x EISA avec FDC
Adaptec 2840 aha274x VLB
Adaptec 2842 aha274x VLB avec FDC
Always IN2000 in2000 ISA
Buslogic 445S aha1542, VLB $250 FAST SCSI-II, terminaison
buslogic active, avec FDC
Buslogic 747S aha1542 EISA FAST SCSI-II, terminaison
buslogic active, avec FDC
Buslogic 946S buslogic PCI FAST SCSI-II, terminaison
active.
DPT PM2011 eata dma ISA FAST SCSI-II
DPT PM2012A eata dma EISA FAST SCSI-II
DPT PM2012B eata dma EISA FAST SCSI-II
DPT PM2021 eata dma ISA $245 FAST SCSI-II
DPT PM2022 eata dma EISA $449 FAST SCSI-II
terminaison active
DPT PM2024 eata dma PCI $395 FAST SCSI-II
terminaison active
DPT PM2122 eata dma EISA $595 FAST SCSI-II
terminaison active
DPT PM2124 eata dma PCI $595 FAST SCSI-II
terminaison active
DPT PM2322 eata dma EISA FAST SCSI-II
terminaison active
DPT PM3021 eata dma ISA $1595 FAST SCSI-II
multichannel
raid/simm sockets
terminaison active
DPT PM3122 eata dma EISA $1795 FAST SCSI-II
multichannel/raid
terminaison active
DPT PM3222 eata dma EISA $1795 FAST SCSI-II
multichannel
raid/simm sockets
terminaison active
DPT PM3224 eata dma PCI $1995 FAST SCSI-II
multichannel
raid/simm sockets
terminaison active
DPT DTC 3 aha1542 EISA Devrait marcher, mais en
raison de restrictions
concernant la diffusion
de la documentation,
le matériel DTC n'est
pas supporté
DTC 3292 aha1542 EISA 3290 avec FDC
DTC 3292 aha1542 EISA 3290 avec FDC
Future Domain 1680 fdomain ISA FDC
Future Domain 3260 fdomain PCI
NCR53c810 (cartes 53c7,8xx PCI $70 circuit, pas carte.
de FIC, Chaintech, la carte ne comprend pas
Nextor, Gigabyte, etc. de BIOS, bien que beaucoup
CM avec ce circuit par de cartes mères non
AMI, ASUS, J-Bond, équipées de NCR aient le
etc. Courant dans BIOS SDMS.
les systèmes DEC PCI)
NCR53c815 ( 53c7,8xx PCI $115 NCR53c810 plus
Intel PCISCSIKIT, bios
NCR8150S, etc)
NCR53c825 53c7,8xx PCI Variante WIDE de
NCR53c815. Notez que
le pilote Linux
actuel ne tient
pas compte des
transferts WIDE.
Pro Audio Spectrum 16 pas16 ISA Carte son avec SCSI
Seagate ST01 seagate ISA $20 IOS ne marche qu'avec
certaines unités
Seagate ST02 seagate ISA $40 ST01 avec FDC
Sound Blaster 16 SCSI aha152x ISA Carte son avec SCSI
Western Digital 7000 wd7000 ISA avec FDC
Trantor T128 t128 ISA
Trantor T128F t128 ISA T128 avec FDC et
support des IRQ hautes
Trantor T130B g NCR5380 ISA
Ultrastor 14F ultrastor ISA avec FDC
Ultrastor 24F ultrastor EISA avec FDC
Ultrastor 34F ultrastor VLB
Notes:
La plupart des utilisateurs ISA, EISA et VESA seront probablement satisfaits par une carte Buslogic, en raison de ses performances, de caractéristiques comme la terminaison active, et de sa compatibilité avec l'Adaptec 1540. Il existe un grand nombre de modèles disponibles avec des interfaces pour bus EISA, ISA, PCI et VESA, en single ended et différentiel, et en largeurs de bus SCSI de 8 et 16 bits.
Ceux qui possèdent des systèmes PCI devraient songer aux cartes à base de NCR53c810. Ce sont des contrôleurs SCSI bus-mastering, disponibles pour $70 à l'unité (moins cher que l'Adaptec 1520), et encore moins cher pour de plus grandes quantités (j'ai vu $62 pour 20 unités). Non contentes d'être les cartes SCSI les moins chères, les cartes NCR sont aussi plus rapides que les Adaptec 2940 et Buslogic BT-946, et font preuve d'excellentes performances sous Linux (jusqu'à 4 Mo/s à travers le système de fichiers) en dépit d'options d'optimisation désactivées dans le pilote actuel. Les inconvénients de ces cartes par rapport aux Buslogic sont qu'elles ne sont pas compatibles Adaptec 1540, n'ont pas de terminaison active, et à ma connaissance ne sont supportées que par DOS+Windows, OS/2, Windows NT, SCO, NeXTStep et FreeBSD. Le pilote Linux semble actuellement assez stable sur la plupart des systèmes (nous avons déplacé plusieurs giga-octets de données vers des périphériques à base de NCR sans problème), étonnamment rapide (jusqu'à 4 Mo/s à travers le système de fichier) et il s'enrichira de nouvelles fonctionnalités dans le futur. Malheureusement, l'implémentation actuelle du pilote Linux ne supporte pas la déconnexion/reconnexion, ce qui fait qu'il vous sera impossible d'accéder aux disques SCSI pendant le rembobinage ou la retension des bandes SCSI.
Ceux qui désirent une carte SCSI non-PCI pas trop chère trouveront probablement leur bonheur avec une Adaptec 154x B ou 174x A d'occasion ou provenant de surplus, ou avec un quelconque clone Adaptec 1520 (environ $80) s'ils désirent du matériel neuf. Ces cartes offrent un taux de transfert et des performances en interactif corrects pour un prix modeste.
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