云原生應(yīng)用程序與傳統(tǒng)應(yīng)用程序或托管在云中的傳統(tǒng)軟件具有不同的存儲需求。為了更加高效地工作，云原生需要高性能和低延遲的存儲。在實(shí)踐中，建議使用本地 NVMe? 閃存，而不管編排平臺如何。 

云原生應(yīng)用程序是設(shè)計用于在私有云或公共云上運(yùn)行的軟件，旨在利用云計算軟件交付模型的先天能力。云原生應(yīng)用程序通常部署為由 OpenStack、VMware vSphere? 管理的虛擬機(jī) (VM) 或由 Kubernetes 管理的容器。 

從基礎(chǔ)架構(gòu)架構(gòu)師的角度來看，存儲提供的性能越多，就越有可能在無需對存儲系統(tǒng)進(jìn)行任何更改的情況下擴(kuò)展云原生應(yīng)用程序。如果存儲是分散的（不直接連接到服務(wù)器），則尤是如此。在這種情況下，架構(gòu)師可以將更多服務(wù)器添加到越來越多的應(yīng)用程序中，而無需同時擴(kuò)展存儲。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)連接的 NVMe 閃存存儲是滿足高性能和低延遲要求的理想選擇。  

云原生應(yīng)用程序的 NVMe-oF 協(xié)議對比

NVMe over Fabrics (NVMe-oF) 為云原生應(yīng)用程序提供了最佳存儲特性——將 NVMe over 網(wǎng)絡(luò)的低延遲和高性能特性擴(kuò)展到遠(yuǎn)程設(shè)備。NVMe-oF 存在多種傳輸選項(xiàng)。但是，最常用的是基于遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問 (RDMA) 的 NVMe-oF、基于光纖通道的 NVMe-oF 和基于傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (TCP/IP) 的 NVMe-oF。這三者都支持創(chuàng)建具有高性能和低延遲的端到端 NVMe 存儲解決方案。 

• NVMe-oF over RDMA——提供了一種通過網(wǎng)絡(luò)在兩臺計算機(jī)的主存儲器之間交換信息的方法，而無需涉及任何一臺計算機(jī)的操作系統(tǒng) (OS) 處理器或緩存。
• NVMe over Fibre Channel — 使用標(biāo)準(zhǔn)光纖通道 (FC) 協(xié)議在存儲陣列和服務(wù)器之間傳輸數(shù)據(jù)，該協(xié)議支持訪問共享的 NVMe 閃存。
• NVMe over TCP/IP — 使用 TCP 傳輸協(xié)議跨 IP（以太網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。

比較基于 RDMA 的 NVMe-oF、基于 FC 的 NVMe-oF 和基于 TCP/IP 的 NVMe-oF，著眼于成本、基礎(chǔ)架構(gòu)考慮因素和云原生應(yīng)用程序的可訪問性。

上表比較了 NVMe-oF over RDMA、NVMe-oF over FC 和 NVMe-oF over TCP/IP 作為云原生應(yīng)用程序的存儲傳輸協(xié)議。在開銷成本方面，基于 FC 的 NVMe-oF 成為三者中最昂貴的。這是因?yàn)楣饫w通道需要一個需要 FC 主機(jī)總線適配器 (HBA) 的專用網(wǎng)絡(luò)。該協(xié)議還需要 FC 交換機(jī)。與 RDMA 或 TCP 相比，這些項(xiàng)目導(dǎo)致光纖通道的成本更高。

在這三者中，基于 RDMA 的 NVMe-oF 的開銷成本介于光纖通道或 TCP 之間。RDMA 不需要專用網(wǎng)絡(luò)，但該協(xié)議確實(shí)需要特殊的 RDMA 交換機(jī)。相比之下，基于 TCP/IP 的 NVMe-oF 不需要自己的交換機(jī)、適配器或網(wǎng)絡(luò)。因此，在大多數(shù)情況下，它是成本最低的選擇。

RDMA 和光纖通道速率在基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜性、易用性和可擴(kuò)展性方面低于 TCP。由于需要 RDMA 交換機(jī)，RDMA 面臨可擴(kuò)展性的限制。由于對 FC 交換機(jī)、HBA 和專用網(wǎng)絡(luò)的要求，光纖通道同樣復(fù)雜。使用單個交換機(jī)擴(kuò)展單個 RDMA 或 FC 存儲機(jī)架是一個復(fù)雜的過程。在這種情況下，路由限制也會出現(xiàn)。

NVMe over TCP 相對簡單。它只在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng) TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。不需要特殊的網(wǎng)絡(luò)適配器或交換機(jī)。而且，它具有更高的可擴(kuò)展性和可路由性——易于跨多條路由和不同網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展。這種差異還與存儲的可訪問性有關(guān)。與 TCP 相比，云原生應(yīng)用程序?qū)?RDMA 和 FC 存儲的訪問相對較少。基于 TCP/IP 的 NVMe-oF 可在任何地方被云原生應(yīng)用程序訪問。

用于云原生應(yīng)用程序的 NVMe-oF 和 Kubernetes 

Kubernetes 是一個開源容器編排系統(tǒng)，可自動執(zhí)行軟件部署、擴(kuò)展和管理。運(yùn)行云原生應(yīng)用程序的服務(wù)器可能很容易讓 Kubernetes 運(yùn)行數(shù)十或數(shù)百個微服務(wù)，這顯然會影響服務(wù)器與存儲資源交互的方式。

許多云原生應(yīng)用程序使用微服務(wù)架構(gòu)，這種架構(gòu)可以有效地將資源分配給為特定任務(wù)設(shè)計的較?。ㄎⅲ┓?wù)，從而使應(yīng)用程序靈活且非常適合云軟件架構(gòu)。

一些云原生應(yīng)用程序是輸入/輸出 (IO) 密集型應(yīng)用程序。它們需要高帶寬和低延遲，因此更加需要滿足這些要求的存儲解決方案和協(xié)議。其他時候，作為應(yīng)用程序共同工作的容器可能不需要大量的每秒 I/O 操作 (IOPS) 和低延遲。在云中，可能有數(shù)百甚至數(shù)千個應(yīng)用程序作為容器在許多物理服務(wù)器上并行運(yùn)行?？偠灾?，它們對存儲的高性能以及高帶寬和低延遲提出了要求。 

由 Kubernetes 編排的云原生應(yīng)用程序具有獨(dú)特的存儲需求，可以通過 NVMe-oF 來滿足。大多數(shù) Kubernetes 應(yīng)用程序都是數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序，因此它們需要 NVMe-oF 提供的那種高性能存儲。對于像數(shù)據(jù)庫這樣的有狀態(tài)應(yīng)用程序尤其如此，這就需要來自存儲的低延遲，以滿足應(yīng)用程序?qū)τ谛阅艿囊?。如果?yīng)用程序本身要擴(kuò)展，此類應(yīng)用程序的存儲也必須能夠輕松擴(kuò)展。 

當(dāng) Kubernetes 應(yīng)用程序可以訪問正確級別的資源時，它們也會表現(xiàn)出色。無論是計算、網(wǎng)絡(luò)還是存儲，支持 Kubernetes 應(yīng)用程序的資源都應(yīng)該以正確的比例提供。如果應(yīng)用程序依賴連接到運(yùn)行 Kubernetes 應(yīng)用程序的服務(wù)器的直連存儲 (DAS)，則這是不可能的。幾乎可以保證服務(wù)器的 DAS 使用不足或過度使用。從性能或經(jīng)濟(jì)角度來看，兩者都不是可取的。

在這種情況之下，如果存儲不直接連接到運(yùn)行 Kubernetes 應(yīng)用程序的服務(wù)器，則可以實(shí)現(xiàn)計算和存儲的動態(tài)、獨(dú)立擴(kuò)展。使用這種方法，Kubernetes 應(yīng)用程序?qū)⑹冀K可以以正確的比例和正確的性能特征使用存儲。 

分類存儲還使 Kubernetes 應(yīng)用程序能夠從任何地方訪問數(shù)據(jù)。實(shí)際上，能夠讓應(yīng)用程序和存儲變得可移植，因?yàn)?Kubernetes 應(yīng)用程序可以跨不同的服務(wù)器運(yùn)行和移動。一些架構(gòu)師通過將存儲放置在集群中來解決這個問題，但必須在所有這些地方都可以訪問數(shù)據(jù)。 

基于 TCP/IP 的 NVMe-oF 對云原生應(yīng)用程序的好處

TCP/IP 上的 NVMe-oF 為云原生應(yīng)用程序提供了許多好處，除了可訪問性強(qiáng)、開銷成本降低和復(fù)雜性降低之外。它提供可充當(dāng)本地閃存存儲的虛擬化和集中式存儲池。通過這種方法，基于 TCP/IP 的 NVMe-oF 意味著加速的應(yīng)用程序性能，以及簡單高效的擴(kuò)展。

對于 Kubernetes 應(yīng)用程序，正確的基于 TCP/IP 的 NVMe-oF 實(shí)施可以提供 DAS 的性能，但通過具有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)便利性和普遍性的集群存儲解決方案。以太網(wǎng)已經(jīng)存在于每個 IT 環(huán)境中，因此很容易部署便攜式存儲集群。

結(jié)論

NVMe 成為云原生應(yīng)用程序的最佳存儲介質(zhì)，滿足了 Kubernetes 應(yīng)用程序和類似云原生軟件的性能需求。在 NVMe 傳輸選項(xiàng)中，基于 TCP/IP 的 NVMe-oF 為云原生工作負(fù)載提供了最佳質(zhì)量組合。與基于 RDMA 或光纖通道的 NVMe-oF 相比，它能夠以更低的成本和復(fù)雜性實(shí)現(xiàn)高性能存儲。 

原文鏈接：??https://dzone.com/articles/accelerate-cloud-native-applications-with-nvme??   原文作者：Carol Platz