數據中心如何一步一步接納NVMe?

NVMe，全稱為非易失性內存主機控制器介面規範(Non-Volatile Memory express)，是專為基於內存的存儲而設計的存儲協議，能夠更加充分地發揮快閃記憶體的潛力。由於NVMe技術帶來的是對底層基礎設施的改變，數據中心需要時間去接納，因此它的充分普及可能需要幾年時間。但毫無疑問，它能夠為企業數據中心帶來的性能提升，將是非常顯著的。

NVMe是一種替代SCSI存儲協議的行業標準。它比SCSI多支持數千個同步命令，並且可以更深入地排列這些命令。NVMe技術的主要優點是響應更快，因為延遲更低。此外，它還使用高速串列計算機擴展匯流排標準(PCIe)作為主存儲互連。

藉助NVMe over Fabrics(NVMe-oF)，NVMe可用作驅動器互連和網路協議，該網路版本使乙太網和光纖通道(FC)網路能夠以類似於本地連接存儲的速度傳輸數據。

數據中心完全接受NVMe需要一個過程，而其中的每一步，都是由實際業務需求與NVMe技術的成熟速度所驅動的。

基於NVMe的全快閃記憶體陣列

數據中心擁抱NVMe技術的第一步，就是使用全快閃記憶體陣列，其系統內的驅動器是通過NVMe連接的。但是在外部，系統並沒有重大變化。它與存儲網路和其他環境的連接仍然和以前一樣：傳統乙太網和/或FC。即便是使用了基於伺服器的NVMe驅動器的超融合系統，也仍然通過傳統乙太網連接其節點。這樣做，好的一點是，將基於NVMe的全快閃記憶體陣列接入存儲基礎架構的過程是無縫的;壞的一點是，它沒有充分發揮NVMe技術提供的所有功能。

如果數據必須使用傳統協議傳入/傳出存儲系統，那麼全快閃記憶體陣列中NVMe的收益是多少?實際情況是，存儲系統將成為一個性能瓶頸，特別是在共享存儲環境中。全快閃記憶體陣列的內部結構本身就是一個生態系統，存儲軟體使用存儲系統的CPU來接收、處理和存儲數據。快閃記憶體驅動器必須對數據進行處理，以確保正確有效地存儲數據。軟體必須再次使用CPU來查找數據，並將數據發送回提出請求的用戶或應用程序。

通過一個網路將軟體、CPU和存儲之間的通信連接起來。所有數據發送至該系統，或從該系統中發送出去，數據越快地遍歷系統的內部，整體性能就會越好。

在NVMe出現之前，大多數全快閃記憶體陣列的內部網路都是SAS，如今NVMe正迅速佔據這個位置。SAS連接速度較慢，必須克服SCSI協議的低效問題。NVMe在連接速度更快，在任意給定時間點上可以處理的數據量方面也更高效。

基於NVMe的橫向擴展存儲

NVMe-oF仍處於早期階段，雖然有效，但仍然存在不穩定性，而且互操作性還有很多不足之處。這種不穩定性促使數據中心在擁抱NVMe時，首先要使用那些基於NVMe內部存儲但外部採用傳統網路的全快閃記憶體陣列。NVMe-oF確實有效 ，只是供應商必須嚴格控制其組件以排除問題。這種部署一個可控網路的需求，使基於NVMe的橫向擴展存儲成為NVMe過渡的理想第二步。

橫向擴展存儲架構需要創建一個伺服器(節點)集群——每台伺服器都有自己的內部存儲。每個節點的存儲資源聚合到單個虛擬存儲資源池中，連接這些節點的網路，一般是使用IP的傳統乙太網。節點間的通信是密集的，特別是隨著節點的增加。NVMe-oF由於其高性能和低延遲，是一種更理想的互連方式，它應該能夠擴展到具有更好總體性能的更多節點。

端到端的NVMe

擁抱NVMe技術的下一步是端到端NVMe，其中存儲系統和伺服器都通過NVMe連接，這種設計需要為共享存儲帶來與伺服器內部存儲相當的性能。領先的交換機供應商思科和博科已經在他們的交換機中增加了NVMe支持，並且多個NVMe主機匯流排適配器(Host Bus Adapter，HBA)卡可用。

不過，端到端NVMe仍有幾個挑戰:

·互操作性問題。在任何網卡與其他網卡和交換機能夠互相適配工作之前，部署會很費時。

·基礎設施升級緩慢。雖然不支持NVMe的交換機和HBA很可能會被淘汰，但這似乎也需要幾年時間。

·缺乏廣泛實施的需求。事實上，當前大部分企業數據中心的網路速度和存儲都已經能夠滿足實際業務需求，對NVMe並沒有特別迫切的渴望。

如何開始

對於少數幾個當前的全快閃記憶體陣列和網路「難當重任」的數據中心來說，升級為NVMe可能會有所幫助，但同時也應該考慮網路的升級。業內有幾個NVMe全快閃記憶體提供商可以提供turnkey的端到端產品，或者擁有相應的合作夥伴。

然而，很大一部數據中心無需立即採用NVMe，因此在這種情況下，企業不需要使用基於NVMe的全快閃記憶體陣列將舊的全快閃記憶體陣列替換掉。當出現這種需求時，可以先部分替換，而且要確保對網路基礎設施(無論是交換機還是HBA)的任何投資都內置了NVMe兼容性。

無論如何，將NVMe納入未來計劃是一個明智的選擇。隨著數據的爆發，業務系統的存儲需求將會越來越高，未來在數據中心基礎設施上的投資，應該為NVMe做好充分準備。

原文來源：TechTarget 作者：George Crump

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