2020/08/06

还不全面了解一下NVMe就真的out啦

戴尔官方企采中心

说到NVMe，“快”是它给人们的第一印象。还在两年前，支持NVMe的全闪存阵列数量只占整个存储市场很小的一部分，而今年，你已经很难看到中端以上的存储新品不支持NVMe。

不过，NVMe除了快还有什么？我们经常听到端到端NVMe、NVMe-OF或FC-NVMe，它们又是什么意思呢？

今天小编就来给大家扒一扒NVMe，如果你还不知道就真的out啦。

NVMe的诞生背景

NVMe发展的过程，就是不断给SSD“开绿灯”的过程。

今天我们已经知道，SSD的出现带给存储系统性能提升是革命性的，然而在当时的年代里，SSD的性能想要完全发挥，却面临着诸多瓶颈。

这是因为是当时的存储系统都是面向机械硬盘而设计的。举例来说，早期的全闪或混闪阵列中很多是在使用传统的存储技术——SATA SSD，这类存储基于AHCI(Advanced Host Controller Interface，高级主机控制器接口)命令协议。而AHCI是为机械硬盘而生，采用AHCI的SATA III总线只允许数据传输速度达到600MB/s。

因此，为了让SSD在存储中跑得更畅快，NVMe规范诞生了。

NVMe全称是Nonvolatile Memory Express（非易失性内存标准），在它首次投放市场的时候，许多人认为它只是一个新的、速度更快的SSD。但实际上，NVMe是一种基于性能并从头开始创建新存储协议，它可以使我们能够充分利用SSD和存储类内存（SCM）的速度。

NVMe替代了原有的AHCI规范，并且软件层面的处理命令也进行了重新定义，不再采用SCSI／ATA命令规范。并且NVMe SSD利用了计算机或服务器中的PCIe高速总线，将其直接连接到计算机，从而减少了CPU的开销，简化了操作，降低了延迟，提高了IOPS和吞吐量。

队列深度（QD）是NVMe相对于AHCI的另一个优势。SAS和AHCI只能是单个队列，而且每个队列的深度也比较低，分别是254和32的队列深度。而NVMe协议设计之初就考虑了该问题，它的最大队列数量可以是65K，而且每个队列的深度可以高达65K。除了减少延迟外，这对于提高服务器处理并发请求的能力至关重要。

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什么是端到端NVMe？

说完了NVMe，再来说说端到端NVMe。

关注戴尔易安信的童鞋一定经常看到，当我们在描述PowerMax或PowerStore时，会常常使用到支持“端到端NVMe”这个词汇。其实，这也意味着SSD的性能还能得到进一步的释放。

这是因为当时的全闪存阵列大部分是在存储后端支持NVMe SSD，与使用SATA或SAS SSD的全闪存阵列相比，确实带来了性能的提升。然而，这并不意味NVMe SSD已经发挥出了它的性能极限。事实上，NVMe SSD全闪存阵列理论上可以提供更大的性能提升——比使用SAS和SATA SSD的全闪存阵列多10倍性能。

这种巨大的性能差异源于这样一个事实，即当时的全闪存阵列控制器架构也是为了适应机械硬盘而设计的，而在使用NVMe SSD时，这种控制器就成为了阻碍，为此，阵列控制器以及存储网络协议必须不断发展。

而NVMe over Fabrics（简称NVMe-OF）的出现，就是将NVMe应用到前端，作为存储阵列与前端主机连接的通道，取代过去的FC、iSCSI。由此，主机可以使用本机NVMe协议直接与NVMe SSD通信，从而大幅降低了延迟。

说到这儿，小编必须要提一下2016年发布的DSSD D5存储，它是戴尔易安信推出的业界第一款端到端NVMe存储。这款存储专为性能而生，其控制器、闪存模组到前端主机I/O卡全都是专属规格，其性能可达到千万级的IOPS和100 GB每秒的吞吐量，而且延时能则降到100微秒的延时。这些性能数据足以秒杀当前市面上任何一款存储系统，可谓是不折不扣的性能怪兽。

不过，也许是因为设计理念太过超前，这款产品并没有延续下去，而是转化为宝贵的技术资产，今天戴尔易安信PowerMax和PowerStore上所支持的端到端NVMe技术，实际上就有来自DSSD的技术积淀。

*戴尔易安信PowerStore采用英特尔®至强®可扩展处理器,该处理器可以优化工作负载,可靠性强,还有高计算力、高稳定性和高效敏捷性，不仅帮助PowerStore轻松满足既定工作负载，也可以为数字化变革做好准备。

NVMe-oF传输类型

对于NVMe-oF，传输类型有3种选择，分别是使用光纤通道的NVMe-oF、TCP的NVMe-oF和使用RDMA的NVMe-oF。

Fibre Channel

在光纤通道(FC)上使用NVMe的组合通常被称为FC-NVMe、NVMe over FC，有时也称为NVMe/FC。光纤通道是存储阵列和服务器之间传输数据的强大协议，大多数SAN存储系统都使用它。在FC-NVMe中，SCSI命令被封装在FC帧内。它基于标准的FC规则，与支持访问共享NVMe闪存的标准FC协议相匹配。