在第一章我们简单的介绍过SCSI的内容，本节我们将更加详细的介绍一下SCSI的相关内容。即使NVMe协议大行其道的时代，SCSI依然是目前应用最广泛的协议，它被广泛的应用服务器、个人电脑和企业级存储系统当中。
最早的SCSI协议是一套包含硬件协议和软件协议的标准，在美国国家标准文档《American National Standard for Information Systems -Small Computer System Interface》详细的描述了SCSI的硬件规格（如接口的尺寸和引脚数量等）、电器特性和命令格式。如下图是该标准对接口尺寸等相关内容的描述。
SCSI的全称是Small Computer System Interface，也就是小型计算机系统接口，它定义了计算机主机与外围设备的连接方式。这里的外围设备包括硬盘、光盘和磁盘阵列等很多种类型的设备。
需要注意的是，在一个SCSI总线上可以同时连接多个外围设备，如下图是一个示例。SCSI协议采用的是客户端服务端（Client-Server）架构，也就是常说的CS架构。其中提供服务的为服务端，比如硬盘、打印机或者光驱等，在SCSI中称为目标器（Target）。使用服务的为客户端，比如主机，在SCSI中称为启动器（Initiator）。
需要注意的是，上述目标器中可能包含多个子设备，称为逻辑单元（Logical Unit），每个逻辑设备都有一个编号称为逻辑单元号（Logical Unit Number，简称LUN）。
最早的SCSI是并行总线，也就是Parallel SCSI，图中的多个插口的数据线就是并行SCSI的数据线。如下图是第一版SCSI差分信号的数据线定义，可以看到一共有50根线，其中数据线有16根，用于传输8位数据。除了数据线外，还有一些控制信号线，这些信号线用于寻址等操作。
同时可以看出，通过这个50条数据线可以实现主机与多个外围设备的连接。虽然主机可以通过一个SCSI数据线连接多个设备，但是在同一时间只能实现与一个设备之间数据的传输。原因很简单，因为并行SCSI总线是铜线，通过电压信号来传输数据的，多个设备同时传输数据必然导致相互之间的干扰。
基于上述原因，SCSI需要解决两个问题，一个是寻址的问题，也就是在传输数据之前需要找到目的设备；另外一个是建立连接的问题，建立连接后才能实现数据传输，同时也实现了对其它设备的排它操作。
为了能过实现上述目的，SCSI协议将总线划分为8种不同的状态，分别是：总线空置阶段（BUS FREE phase）、仲裁阶段（ARBITRATION phase）、选择阶段（SELECTION phase）、重选阶段（RESELECTION phase）、命令阶段（COMMAND phase）、数据阶段（DATA phase）和状态阶段（STATUS phase）和消息阶段（MESSAGE phase）。可以看出对于SCSI来说，数据传输只是其8种状态中的一种。
SCSI总线的状态总是在这8种状态之间进行切换，从状态名称可以看出，如果想要建立主机与某个设备的连接，必需要经过仲裁和选择的过程。如果想用SCSI进行数据的传输，必需处于数据传输阶段才可以。我们可以通过下面这张状态转换图描述不同状态的切换。本图包含两种场景，一种是没有仲裁阶段的，另外一种是有仲裁阶段的。
上述状态中，总线空置阶段很好理解，就是总线现在是空闲状态，没有任何任务。仲裁阶段则是获取总线使用权的过程，只有获取使用权后才能后续操作（可选）。选择阶段和重新选择阶段则是建立启动器和目标器连接的过程，这个连接是指电气信号的连接。后面命令阶段、数据阶段、状态阶段和消息阶段统称为信息传输阶段，它们有一个共同的特点就是通过数据总线传输数据或者控制信息。那么SCSI是如何实现状态之间的转换的呢？
SCSI就是通过控制信号线来实现状态转移的。首先我们来看一下SCSI主要的控制总线的作用。这里我们并不会介绍每个信号线的功能，只是介绍一下几个主要的信号线的功能。
1）BSY（Busy）信号，表示总线处于繁忙状态，也就是已经有设备占用了总线。
2）SEL（Select）信号，用于启动器选择目标器端，或者目标器重新选择启动器。
3）C/D（Control/Data）信号，控制或数据信号，用于指示数据总线传输的是控制信息还是数据。
4）I/O（Input/Output）信号，用于指示数据总线上数据的移动方向，分别为起动器端向目标器端移动，或者目标器端向启动器端移动。
5）REQ（Request）信号， 用于指示有信息传输请求。
6）ACK（Acknowledge）信号，通常与REQ配对使用，用于表示对REQ的应答。
5）DB， 用于传输数据，有8位和16位两种，如果是8位则为D0-D7，如果是16位则为D0-D15。除了用于数据传输外，DB数据线还有另外一个非常重要的作用就是用于SCSI设备标示自己是否要进行总线操作。
可能有人会问，既然一个主机可以连接多个SCSI设备，那么如何标示每一个SCSI设备呢？在SCSI中是通过SCSI ID来确定设备的。在SCSI域中的每个设备都有一个ID，包含主机。同时SCSI还通过ID的大小表示优先级。另外需要说明的是，一个SCSI域中SCSI设备的数量也就是数据线的数量，如果是8位数据线，那么做多支持8个SCSI设备（含主机），如果是16位数据线，则最多支持16个SCSI设备。
好了，有了前面的准备知识，我们看看SCSI是如何工作的吧。首先系统起来的时候是总线空置阶段，这个不必过多解释。需要知道的是，总线空置阶段控制信号线BSY和SEL都为“假”。
仲裁阶段
仲裁阶段是获取SCSI总线使用权的阶段。需要注意的是，仲裁阶段对于SCSI来说并非必须的，这个我们在前文状态转换图中也看到了。仲裁阶段主要在多启动器场景或者需要重新连接的场景。由于同一时刻只能有一对设备传输数据，对于多启动器场景，由于可能存在两个以上启动器同时访问设备的情况，就需要通过仲裁来确定谁可以使用总线。重新连接的场景我们在介绍重新连接阶段是会详细介绍。
SCSI设备在总线空置阶段等待一个延迟就可以进行仲裁申请了。此时该SCSI设备将BSY信号线和其ID对于的DB线位置设置为“真”。假设这个SCSI设备的ID为5，可以用下图表示此时SCSI总线各个信号线的状态（其中红色的表示“真”）。
由于可能有另外一个设备同时进行仲裁申请，比如ID为7的设备也在进行仲裁申请。此时DB7也会是“真”。
对于ID为5的设备，其申请仲裁后过一个延时后需要检查DB上的所有除DB5外的信号线是否有“真”的情况，此时发现DB7为“真”，由于ID7优先级高，所以本设备不再申请仲裁。当然，如果没有其它设备申请，或者优先级比它低，那么此时本设备就获取了总线的使用权。
选择阶段
获得仲裁胜利后，该设备会把BSY和SEL同时设置为“真”，经过一个延时后进入选择阶段。假设此时该设备想连接ID为0的设备，该设备会将自己ID对应的数据线（DB5）和目标设备对应的数据线（DB0）设置为“真”。过一个延时后将BSY设置为“假”。
SCSI域中的其它设备都会检测数据总线上信号状态，如果发现目的ID与自己匹配，则可以认定自己为目标设备，此时该设备就会将BSY信号重新设置为“真”，并将SEL设置为“假”，此时完成选择的过程。
重新选择阶段
在主机与存储设备（启动器与目标器）交互期间，可能存储系统需要处理某些费时的任务，这个时候如果一直占着总线将影响主机与其它设备通信。因此，对于这种情况通常会先放弃总线，让SCSI总线处于总线空置状态。
当存储系统准备后，需要重新建立与主机的连接，这个过程就是重新选择阶段。重新选择阶段与选择阶段类似，差异在于选择阶段的发起者是启动器，而重新选择阶段的发起者通常是目标器。
信息传输阶段
完成连接建立后，两个SCSI设备就可以通信了，此时也就是所谓的信息传输阶段，具体而言细分为命令阶段、数据阶段、状态阶段和消息阶段。前文我们说过SCSI协议基于CS架构，其中服务端（目标器）是提供服务，比如硬盘是提供存储服务的。因此，启动器与目标器的交互大致是：
启动器（主机）：我想从X位置读数据。
目标器（硬盘）：好的，我发给你
那么在SCSI中是如何描述“我想从X位置读数据”这个请求或者命令的呢？SCSI的命令称为命令描述块（Command Descriptor Block， 简称CDB），其格式大致如下图所示，其中第一个字节为操作码（Operation Code），后面若干字节为命令相关的参数，最后是一个控制码。
这里的操作码就是SCSI支持的操作，比如读数据、写数据、测试单元是否就绪、查询目标器基本信息和报告LUN列表等等。如下表是SCSI支持的最基本的命令。
命令 | 操作码 | 描述 |
READ | 0x08 | 从设备读取数据 |
WRITE | 0x0A | 向设备写入数据 |
TEST UNIT READY | 0x00 | 向设备查询其是否已经准备好传输数据 |
INQUIRY | 0x12 | 返回设备的基本信息 |
从上图中我们可以看出，SCSI的命令长度是不确定的。您可能有一个疑问，那目标器接收到命令后是怎么知道命令长度的呢？这要从其操作码的格式说起了，CDB的操作码其实分为两部分，如图所示的5到7位存储的称为组码（Group Code），而0到4字节存储的是具体的命令码（Command Code）。
比如组码如果为0则表示相应的CDB长度为6个字节，如果组码为1则表示相应的CBD长度为10字节。以常见的读命令为例，其CDB的格式如下图所示，可以看到其组码为0，表示CDB长度为6个自己，命令码为8，表示读命令。
接下来就是读命令的具体参数，其中逻辑单元号表示目标器中具体的逻辑单元，逻辑块地址（Logical Block Address，简称LBA）则表示打算读取数据在逻辑单元中的偏移地址，传输长度则表示具体想读取多少数据。我们将前文存储设备图放大，下图右侧是放大后的图，其中逻辑单元被抽象为一个线性空间。如下图所示，通过LUN、LBA和长度可以唯一定位一块数据。
当目标器解析到读请求后，总线进入数据传输阶段或者状态阶段。如果目标器可以找到具体的数据，则进入数据传输阶段，数据从目标器传输到启动器。如果目标器内部发生了错误，此时目标器需要通过状态通知启动器具体错误的原因，此时进入状态阶段。
CDB的最后一个字节称为控制（Control）字节，控制字节的格式如下图右侧所示。具体包括厂商特有的信息、保留字段、Flag（旗标）和Link（链接）。链接和旗标是配合使用的，链接用于连续多个命令的场景，设置为1时表示启动器期望当前命令成功后自动链接到下一个命令。旗标只有在链接为1的时候有效，当链接为0时，该值也必须为0。旗标主要用于启动器通知目标器应该发送的消息的类型，如果设置为0，则表示要求目标器发送一个LINKED COMMAND COMPLETE状态消息，否则表示要求目标器发送一个LINKED COMMAND COMPLETE with Flag状态消息。最后说一句，这两个字段其实在工程实践中基本上不用。
本节我们简要介绍了并行SCSI是如何基于铜缆进行工作的，并对SCSI命令（CDB）的格式进行了介绍。这些内容是学习后续块存储协议的基础，希望大家能过本节的学习能过对SCSI协议有一个整体的认识。
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