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                  NVME:关于非易失性存储器Express的5个重要事实

                  来源:机房360 作者:Harris编译 更新时间:2018/9/25 6:48:32

                  摘要:NVMe协议通过PCIe总线将SSD硬盘连接到服务器,并提供更快的性能。NVMe技术已成为当今存储基础设施的关键参与者。NVMe协议标准由NVM Express公司监管,NVM Express公司是一个由100多个组织组成的联盟,这些组织有兴趣开发更快的协议以提高非易失性存储器的性能。

                        NVMe协议通过PCIe总线将SSD硬盘连接到服务器,并提供更快的性能。NVMe技术已成为当今存储基础设施的关键参与者。NVMe协议标准由NVM Express公司监管,NVM Express公司是一个由100多个组织组成的联盟,这些组织有兴趣开发更快的协议以提高非易失性存储器的性能。
                    
                    NVMe是非易失性存储器Express的简称,NVMe是一种?#26500;?#24577;硬盘(SSD)速度更快的协议,并?#20197;?#20225;业用户?#24615;?#26469;越受欢迎。
                    
                    了解NVMe的最简单方法可能是类比。想象一下,你?#31456;?#20102;一辆比普通汽车快15倍的跑车。普通汽车不会超过100英里/小时,但跑车可以达到每小时1500英里。
                    
                    唯一的问题是,在?#23548;?#30340;道路上有着25英里/小时的速度限制,很难快速行驶。如果不想在?#23548;?#30340;道路上浪费时间,可能会开始寻找更快的替代方案。
                    
                    这种情况有点像制造商在推出基于闪存的SSD之后的存储行业的情况。闪存技术比硬盘驱动器中的机械磁盘快许多倍(速度快多少取决于所使用的设备),但早期驱动器使用与硬盘驱动器相同的SATA或SAS连接连接到系统和网络。虽然这些接口对于机械硬盘可提供的性能类型来说已经足够了,但它们却为SSD硬盘造成了瓶颈。对于企业大数据分析?#25512;?#20182;数据密集型工作负载来说,这尤其是一个问题。
                    
                    这些性能问题促使人们寻找将SSD硬盘连接到服务器的更好方法,而这正是NVMe的用武之地。
                    
                    1.什么是NVMe?
                    
                    NVMe协议标准由NVM Express公司监管,NVM Express公司是一个由100多个组织组成的联盟,这些组织有兴趣开发更快的协议以提高非易失性存储器的性能。该组织由13名发起厂商组成,其中包括Cavium、思科、DellEMC、Facebook、英特尔、美光、Microsemi、微软、NetApp、三星、希捷、东芝内存和西部数据。
                    
                    NVMe的官方定义将其描述为“一系列标准和信息的开放式集合,以充分?#25925;?#20174;移动设备到数据中心的各种类型计算环境中非易失性存储器的优势。NVMe从一开始就设计为提供高带宽和低延迟当前和未来NVM技术的存储访问。”
                    
                    NVMe是一种接口规范,用于通过PCI Express总线将存储连接到服务器。通俗地说,这是SSD硬盘与主机系统通信的更快捷方式。它有助于?#33322;?#24403;快速闪存通过最初为HDD硬盘设计的SAS或SATA连接连接到系统时发生的瓶颈。
                    
                    英特尔750系列是采用NVMe技术的众多固态硬盘之一。
                    
                    2.NVMe速度比SATA或SAS快得多
                    
                    NVMe控制器以几种不同的方式加速性能。一种是使用PCIe总线,它将存储直接连接到系统CPU。这种直接连接消除了SATA所需的一些步骤,提高了整体性能。
                    
                    此外,NVMeSSD硬盘大规模实现并行性以显著提高吞吐量。当数据从存储器传输到服务器主机时,它会进入一行或一个队?#23567;?#20256;统SATA连接只能支持一个队列,一次只能有32个数据串联。再回到汽车的比喻,就像一条可以在路上行驶32辆车的车道。
                    
                    但NVMe存储支持多达64,000个队列,每个队列有64,000个条目。换句话说,就像从一条车道的公?#38450;?#23637;到64,000车道公路,每条车道可容纳64,000辆车。如下图所示,这对整体性能产生巨大影响。
                    
                    还记得回到汽车的比喻在?#23548;?#30340;道路上的25英里/小时的限速吗?SATA和SAS连接?#19981;?#38480;制速度。对于SATA,理论最大传输速度为6.0Gbps(实际上,最大传输速度要低得多)。这为SATA固态硬盘的速度提供了上限。超过某一点,使用更快的闪存对系统的整体性能没有影响,因为SATA连接会产生瓶颈。
                    
                    对于大多数消费者而言,SATASSD硬盘为他们可能定期执行的任务提供了足够的性能。由于SATA SSD硬盘比NVMe SSD硬盘便宜,大多数消费者固态存储仍然使用SATA接口。
                    
                    但是,企业通常使用比消费者更多的数据,对于他们来说,SATA连接所带来的延迟可能成为一个问题。
                    
                    与SAS相比,NVMe提供了一种快速通过系统移动数据的方法,因此可用于当今最先进的系统。
                    
                    3.只有SSD硬盘在NVMe上运行
                    
                    由于NVMe硬盘驱动器比SATA硬盘快得多,因此将NVMe与硬盘配合使用可能会提高性能。但请记住,NVMe代表Nonvolatile Memory Express,它专门设计用于非易失性存储器,如Nand闪存(尽管它?#37096;?#20197;用于更新?#38382;?#30340;非易失性存储器,如3D XPoint。)
                    
                    当系统从机械硬盘读取数据时,它一次只能读取一个数据。那是因为它必须旋转直到它到达第一段数据的正确物理位置,然后旋转并移动到第二段数据的正确位置,?#26469;?#31867;推。
                    
                    另一方面,闪存?#25512;?#20182;非易失性存储器技术没有移动部件。这意味着系统可以同时自由地?#26377;?#22810;不同位置读取数据。这就是为什么SSD硬盘可以利用NVMe提供的并行性,但HDD硬盘不能。
                    
                    4.PCIe和NVMe是相关的,但它们不是一回事
                    
                    对于许多人来说,NVMe最令人困惑的部分是它与PCIe的关系。一些供应商将他们的SSD硬盘称为NVMe标签,一些供应商使用PCIe标签,有些供应商似乎可以互换使用这些术语。
                    
                    虽然PCIe和NVMe密切相关,但这些术语指的是略有不同的技术。你可以将PCIe视为系统的物理部分。将NVMeSSD硬盘插入服务器时,将通过PCIe插槽连接。
                    
                    相比之下,NVMe是一?#20013;?#35758;,一组允许SSD硬盘使用PCIe总线的硬件和软件标准。从外行的角度来看,你可以将NVMe视为允许存储设备与服务器连接的语言,而PCIe是实际的物理连接。
                    
                    5.NVMe over Fabric将SSD硬盘连接到网络
                    
                    此文的大部分内容?#25216;性?#23558;SSD硬盘直接连接到服务器的标准NVMe上,但NVM Express组织还发布了针对NVMe over Fabric(NVMe-oF)的规范,该规范将用于块存储的非易失性存储器连接到网络。据称,“NVMExpress over Fabrics定义了一种通用架构,支持通过存储网络结构为NVMe块存储协议提供一系列存储网络结构。这包括为存储系?#31216;?#29992;前端接口,扩展到大量NVMe设备和扩展数据中心内的距离,可以访问NVMe设备和NVMe子系统。”
                    
                    大约90%的NVME-oF规范与NVMe规范相同,但是,它确实使用了不同的传输?#25104;?#26426;制。NVME-oF还有两种不同的变体:一种用于RDMA,另一种用于光纤通道。
                    
                    NVMe-oF规范也比NVMe规范要新得多,虽然一些厂商宣布支持该技术,但实际上很少有人销售NVME-oF产品。寻求这项技术在未来几年变得更加普及。
                    
                    编辑:Harris
                    

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