【51CTO.com快譯】SSD(固態(tài)硬盤)進(jìn)入數(shù)據(jù)中心后不久，符合NVMe(NVMe over PCIe)協(xié)議的高性能SSD隨之而來(lái)，在此之后， NVMe-oF(在NVMe的基礎(chǔ)上擴(kuò)展和完善而來(lái)，其旨在有效地支持超大規(guī)模遠(yuǎn)程SSD存儲(chǔ)池)開(kāi)始普及，并替代DAS (直連式存儲(chǔ))，成為云基礎(chǔ)架構(gòu)中分類存儲(chǔ)的默認(rèn)協(xié)議。

　　最近，基于TCP的NVMe 技術(shù)廣受關(guān)注。從本質(zhì)上來(lái)看，基于TCP的NVMe使用了更加簡(jiǎn)單高效的TCP / IP結(jié)構(gòu)，將NVMe擴(kuò)展到整個(gè)數(shù)據(jù)中心，在保證存儲(chǔ)高性能的同時(shí)，大幅降低了設(shè)計(jì)難度和部署成本。

　　北美技術(shù)咨詢公司企業(yè)和IT主管Eric Killinger表示，具有在低帶寬下以高帶寬進(jìn)行通信能力，同時(shí)獲得存儲(chǔ)陣列之間的物理隔離，然后添加包含TCP協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)钠胀ń粨Q網(wǎng)絡(luò)，將改變游戲規(guī)則。他認(rèn)為，云超大規(guī)模應(yīng)用已經(jīng)在采用基于TCP的NVMe的新技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的更大查詢?cè)L問(wèn)。

　　基于TCP的NVMe的技術(shù)發(fā)展

　　使用NVMe SSD構(gòu)建的存儲(chǔ)陣列讓數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能得到了極大的提升。不過(guò)，由于這些存儲(chǔ)設(shè)備仍然通過(guò)基于SCSI的主機(jī)連接與服務(wù)器進(jìn)行通信，使其無(wú)法完全發(fā)揮SSD的性能。于是，NVMe-oF協(xié)議出現(xiàn)了。

　　NVMe-oF協(xié)議是一種針對(duì)SSD進(jìn)行優(yōu)化的高性能存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。由于NVMe-oF能夠部署支持跨結(jié)構(gòu)的，基于NVMe的塊存儲(chǔ)設(shè)備遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問(wèn)(RDMA)，具備更高的帶寬，大幅降低了延遲，因此在數(shù)據(jù)并行讀寫(xiě)時(shí)，具備更高的效率。

　　NVMe-oF可用于不同類型的網(wǎng)絡(luò)傳輸，包括光纖通道(FC)、以太網(wǎng)和InfiniBand。在以太網(wǎng)中，有不同的傳輸選項(xiàng)，包括聚合以太網(wǎng)上的RDMA(RoCE)、iWARP以及TCP。

　　不過(guò)，將NVMe-oF用在以太網(wǎng)中，最大的缺點(diǎn)即是FC、InfiniBand、RoCE和iWARP選項(xiàng)都需要自定義主機(jī)總線適配器和驅(qū)動(dòng)程序，這就讓其實(shí)施和維護(hù)起來(lái)既困難又昂貴。

　　于是，基于TCP的NVMe出現(xiàn)了。

　　由于其能夠與幾乎所有企業(yè)服務(wù)器上附帶的標(biāo)準(zhǔn)聚合以太網(wǎng)適配器一起使用，因此在部署實(shí)施和后期維護(hù)方面更加簡(jiǎn)單，費(fèi)用也就更低，立即引起了行業(yè)的關(guān)注，并有望很快成為行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　當(dāng)然，基于TCP的NVMe與RoCE(迄今為止已廣泛部署的另一種以太網(wǎng)選擇)相比，其延遲會(huì)更高，主要是由于RoCE和iWARP均支持RDMA，而FC和TCP不支持，這種支持RDMA的能力可以使等待時(shí)間略微降低。

　　但是，與基于普通SCSI的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(例如光纖通道(FC)和iSCSI)相比，基于TCP的NVMe能夠顯著提高存儲(chǔ)性能。

　　NVMe / TCP部署和使用

　　提供低延遲的共享存儲(chǔ)解決方案，是采用NVMe / TCP的主要原因。

　　如果企業(yè)擁有一個(gè)基于NVMe的全閃存陣列，但仍通過(guò)基于SCSI的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接到服務(wù)器，則可能無(wú)法完全發(fā)揮SSD的性能，而使用NVMe-oF存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)即可以很好的發(fā)揮應(yīng)用程序的性能，提高效率。

　　在應(yīng)用程序上，對(duì)于AI / ML驅(qū)動(dòng)的大數(shù)據(jù)分析工作負(fù)載，特別是對(duì)于一些實(shí)時(shí)的工作負(fù)載，基于TCP的NVMe具備更好的優(yōu)勢(shì)。此外，企業(yè)在將大量工作負(fù)載整合到單個(gè)存儲(chǔ)陣列中，并且需要能夠在高工作負(fù)載密度下大規(guī)模提供性能，基于TCP的NVMe的優(yōu)勢(shì)也會(huì)更加明顯。

　　北美技術(shù)研究基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng)研究副總裁Eric Burgener表示，隨著AI / ML驅(qū)動(dòng)的大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的增長(zhǎng)，在基于超大型閃存存儲(chǔ)的部署中，尤其是當(dāng)必須通過(guò)對(duì)高帶寬交換網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有投資來(lái)快速訪問(wèn)大型低延遲數(shù)據(jù)池時(shí)，NVMe / TCP將越來(lái)越受歡迎。

　　Eric Burgener認(rèn)為，雖然FC是存儲(chǔ)的最佳傳輸方式，但隨著更高帶寬以太網(wǎng)新版本的推出，差異化因素會(huì)越來(lái)越小。因?yàn)?，以太網(wǎng)能夠以更高的帶寬處理更多的存儲(chǔ)工作負(fù)載。

　　Eric Burgener表示，隨著存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向固態(tài)存儲(chǔ)，并且客戶越來(lái)越關(guān)注基礎(chǔ)架構(gòu)的效率，基于TCP的NVMe將明顯勝過(guò)SCSI，并且價(jià)格便宜且易于部署。

　　NVMe-over-TCP未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

　　眾所周知，NVMe及其規(guī)范由網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和其他IT相關(guān)公司組成的聯(lián)盟NVM Express，Inc.擁有和維護(hù)。2011年， NVMe規(guī)范發(fā)布，并定義了主機(jī)軟件如何通過(guò)PCI Express(PCIe)總線與非易失性存儲(chǔ)器進(jìn)行通信。目前，其已成為所有尺寸PCIe SSD的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　對(duì)于NVMe / TCP，則已經(jīng)由NVM Express聯(lián)盟于2018年正式批準(zhǔn)。

　　就目前情況而言，NVMe / TCP支持主要可從網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商那里獲得，例如 Mellanox Technologies(現(xiàn)在歸NVIDIA所有)，以及一些存儲(chǔ)初創(chuàng)公司，包括 Lightbits Labs， Excelero，Pavilion Data和Infinidat。此外，一些SSD芯片制造商，如Kioxia(以前是東芝的一部分)，也支持基于TCP的NVMe。

　　預(yù)計(jì)在接下來(lái)的幾年中，NVMe / TCP的可用性將快速增長(zhǎng)。Burgener預(yù)測(cè)，雖然大多數(shù)主要的企業(yè)存儲(chǔ)供應(yīng)商都尚未推出它，但可能會(huì)在未來(lái)12到18個(gè)月內(nèi)陸續(xù)推出。他預(yù)測(cè)，NVMe / TCP將會(huì)在2022年或2023年底，才真正開(kāi)始增長(zhǎng)。

　　對(duì)于NVMe / TCP未來(lái)的發(fā)展，北美技術(shù)咨詢公司企業(yè)和IT主管Eric Killinger表示，由于疫情導(dǎo)致企業(yè)IT投資的下滑，很多企業(yè)沒(méi)有足夠的預(yù)算來(lái)使用NVMe技術(shù)，這有可能給NVMe / TCP的發(fā)展帶來(lái)一些影響。但是，由于超過(guò)90%的企業(yè)正在試驗(yàn)公有云服務(wù)，并計(jì)劃利用公有云替代現(xiàn)有的IT基礎(chǔ)架構(gòu)和服務(wù)，因此也給基于TCP的NVMe帶來(lái)了蓬勃發(fā)展。

　　Killinger預(yù)計(jì)，SSD存儲(chǔ)OEM廠商將很快進(jìn)行大規(guī)模的市場(chǎng)推廣，因?yàn)樗麄兛释贜VMe over TCP上展示其產(chǎn)品的性能。因此，展望未來(lái)， NVMe / TCP的發(fā)展前景一片光明前景。

　　原文標(biāo)題：NVMe over TCP: How it supercharges SSD storage using standard IP networks，作者：John Edwards

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