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                  NVME:關于非易失性存儲器Express的5個重要事實

                  來源:機房360 作者:Harris編譯 更新時間:2018/9/25 6:48:32

                  摘要:NVMe協議通過PCIe總線將SSD硬盤連接到服務器,并提供更快的性能。NVMe技術已成為當今存儲基礎設施的關鍵參與者。NVMe協議標準由NVM Express公司監管,NVM Express公司是一個由100多個組織組成的聯盟,這些組織有興趣開發更快的協議以提高非易失性存儲器的性能。

                        NVMe協議通過PCIe總線將SSD硬盤連接到服務器,并提供更快的性能。NVMe技術已成為當今存儲基礎設施的關鍵參與者。NVMe協議標準由NVM Express公司監管,NVM Express公司是一個由100多個組織組成的聯盟,這些組織有興趣開發更快的協議以提高非易失性存儲器的性能。
                    
                    NVMe是非易失性存儲器Express的簡稱,NVMe是一種使固態硬盤(SSD)速度更快的協議,并且在企業用戶中越來越受歡迎。
                    
                    了解NVMe的最簡單方法可能是類比。想象一下,你剛買了一輛比普通汽車快15倍的跑車。普通汽車不會超過100英里/小時,但跑車可以達到每小時1500英里。
                    
                    唯一的問題是,在擁擠的道路上有著25英里/小時的速度限制,很難快速行駛。如果不想在擁擠的道路上浪費時間,可能會開始尋找更快的替代方案。
                    
                    這種情況有點像制造商在推出基于閃存的SSD之后的存儲行業的情況。閃存技術比硬盤驅動器中的機械磁盤快許多倍(速度快多少取決于所使用的設備),但早期驅動器使用與硬盤驅動器相同的SATA或SAS連接連接到系統和網絡。雖然這些接口對于機械硬盤可提供的性能類型來說已經足夠了,但它們卻為SSD硬盤造成了瓶頸。對于企業大數據分析和其他數據密集型工作負載來說,這尤其是一個問題。
                    
                    這些性能問題促使人們尋找將SSD硬盤連接到服務器的更好方法,而這正是NVMe的用武之地。
                    
                    1.什么是NVMe?
                    
                    NVMe協議標準由NVM Express公司監管,NVM Express公司是一個由100多個組織組成的聯盟,這些組織有興趣開發更快的協議以提高非易失性存儲器的性能。該組織由13名發起廠商組成,其中包括Cavium、思科、DellEMC、Facebook、英特爾、美光、Microsemi、微軟、NetApp、三星、希捷、東芝內存和西部數據。
                    
                    NVMe的官方定義將其描述為“一系列標準和信息的開放式集合,以充分展示從移動設備到數據中心的各種類型計算環境中非易失性存儲器的優勢。NVMe從一開始就設計為提供高帶寬和低延遲當前和未來NVM技術的存儲訪問。”
                    
                    NVMe是一種接口規范,用于通過PCI Express總線將存儲連接到服務器。通俗地說,這是SSD硬盤與主機系統通信的更快捷方式。它有助于緩解當快速閃存通過最初為HDD硬盤設計的SAS或SATA連接連接到系統時發生的瓶頸。
                    
                    英特爾750系列是采用NVMe技術的眾多固態硬盤之一。
                    
                    2.NVMe速度比SATA或SAS快得多
                    
                    NVMe控制器以幾種不同的方式加速性能。一種是使用PCIe總線,它將存儲直接連接到系統CPU。這種直接連接消除了SATA所需的一些步驟,提高了整體性能。
                    
                    此外,NVMeSSD硬盤大規模實現并行性以顯著提高吞吐量。當數據從存儲器傳輸到服務器主機時,它會進入一行或一個隊列。傳統SATA連接只能支持一個隊列,一次只能有32個數據串聯。再回到汽車的比喻,就像一條可以在路上行駛32輛車的車道。
                    
                    但NVMe存儲支持多達64,000個隊列,每個隊列有64,000個條目。換句話說,就像從一條車道的公路擴展到64,000車道公路,每條車道可容納64,000輛車。如下圖所示,這對整體性能產生巨大影響。
                    
                    還記得回到汽車的比喻在擁擠的道路上的25英里/小時的限速嗎?SATA和SAS連接也會限制速度。對于SATA,理論最大傳輸速度為6.0Gbps(實際上,最大傳輸速度要低得多)。這為SATA固態硬盤的速度提供了上限。超過某一點,使用更快的閃存對系統的整體性能沒有影響,因為SATA連接會產生瓶頸。
                    
                    對于大多數消費者而言,SATASSD硬盤為他們可能定期執行的任務提供了足夠的性能。由于SATA SSD硬盤比NVMe SSD硬盤便宜,大多數消費者固態存儲仍然使用SATA接口。
                    
                    但是,企業通常使用比消費者更多的數據,對于他們來說,SATA連接所帶來的延遲可能成為一個問題。
                    
                    與SAS相比,NVMe提供了一種快速通過系統移動數據的方法,因此可用于當今最先進的系統。
                    
                    3.只有SSD硬盤在NVMe上運行
                    
                    由于NVMe硬盤驅動器比SATA硬盤快得多,因此將NVMe與硬盤配合使用可能會提高性能。但請記住,NVMe代表Nonvolatile Memory Express,它專門設計用于非易失性存儲器,如Nand閃存(盡管它也可以用于更新形式的非易失性存儲器,如3D XPoint。)
                    
                    當系統從機械硬盤讀取數據時,它一次只能讀取一個數據。那是因為它必須旋轉直到它到達第一段數據的正確物理位置,然后旋轉并移動到第二段數據的正確位置,依此類推。
                    
                    另一方面,閃存和其他非易失性存儲器技術沒有移動部件。這意味著系統可以同時自由地從許多不同位置讀取數據。這就是為什么SSD硬盤可以利用NVMe提供的并行性,但HDD硬盤不能。
                    
                    4.PCIe和NVMe是相關的,但它們不是一回事
                    
                    對于許多人來說,NVMe最令人困惑的部分是它與PCIe的關系。一些供應商將他們的SSD硬盤稱為NVMe標簽,一些供應商使用PCIe標簽,有些供應商似乎可以互換使用這些術語。
                    
                    雖然PCIe和NVMe密切相關,但這些術語指的是略有不同的技術。你可以將PCIe視為系統的物理部分。將NVMeSSD硬盤插入服務器時,將通過PCIe插槽連接。
                    
                    相比之下,NVMe是一種協議,一組允許SSD硬盤使用PCIe總線的硬件和軟件標準。從外行的角度來看,你可以將NVMe視為允許存儲設備與服務器連接的語言,而PCIe是實際的物理連接。
                    
                    5.NVMe over Fabric將SSD硬盤連接到網絡
                    
                    此文的大部分內容都集中在將SSD硬盤直接連接到服務器的標準NVMe上,但NVM Express組織還發布了針對NVMe over Fabric(NVMe-oF)的規范,該規范將用于塊存儲的非易失性存儲器連接到網絡。據稱,“NVMExpress over Fabrics定義了一種通用架構,支持通過存儲網絡結構為NVMe塊存儲協議提供一系列存儲網絡結構。這包括為存儲系統啟用前端接口,擴展到大量NVMe設備和擴展數據中心內的距離,可以訪問NVMe設備和NVMe子系統。”
                    
                    大約90%的NVME-oF規范與NVMe規范相同,但是,它確實使用了不同的傳輸映射機制。NVME-oF還有兩種不同的變體:一種用于RDMA,另一種用于光纖通道。
                    
                    NVMe-oF規范也比NVMe規范要新得多,雖然一些廠商宣布支持該技術,但實際上很少有人銷售NVME-oF產品。尋求這項技術在未來幾年變得更加普及。
                    
                    編輯:Harris
                    

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