NVMe是Non-Volatile Memory express(非易失性內(nèi)存主機控制器接口規(guī)范)的簡稱，它是一種協(xié)議，能夠使固態(tài)硬盤(SSD)運行得更快，如今在企業(yè)用戶中已越來越流行。

理解什么是NVMe的最簡單的方法就是打個比方——假設(shè)你剛買了一輛跑車，速度能達到400公里每小時，是你以前那輛老汽車的3到4倍。唯一的問題是，普通的道路是無法允許以這樣的速度行駛的，而且一般城市道路限速幾十公里每小時，往往還得考慮車流的問題。如果你想要讓跑車更快，就需要換一條路開。

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這個場景有點像制造商推出基于閃存技術(shù)的SSD之后，存儲行業(yè)的情況。閃存技術(shù)比傳統(tǒng)機械硬盤快很多倍(快多少倍取決于你使用的設(shè)備)，但是早期的設(shè)備都使用與硬盤驅(qū)動器相同的SATA或SAS連接到系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。雖然這些接口對于硬盤驅(qū)動器(HDD)所能提供的性能來說已經(jīng)足夠了，但是它們?yōu)镾SD帶來了瓶頸。這對于企業(yè)大數(shù)據(jù)分析和其他數(shù)據(jù)密集型工作負載來說，尤其是個問題。

這些性能問題促使人們尋找更好的方式將SSD連接到服務(wù)器，這正NVMe的用武之地。

1、什么是NVMe?

NVMe協(xié)議標準由NVM Express公司監(jiān)管，這是一個由100多個組織組成的聯(lián)盟，這些組織致力于開發(fā)更快的協(xié)議以提高非易失性存儲的性能。該組織由一個13家公司組成的董事會領(lǐng)導(dǎo)，其中包括Cavium、Cisco、Dell EMC、Facebook、英特爾、Micron、Microsemi、微軟、NetApp、三星、希捷、東芝內(nèi)存和Western Digital。

HDD能達到的***理論速度，與SATA、NVMe***提供的理論速度對比

NVMe的官方定義將其描述為“一個開放的標準和信息集合，以充分釋放非易失性存儲在從移動端到數(shù)據(jù)中心的所有類型的計算環(huán)境中能夠提供的優(yōu)勢。NVMe從底層開始設(shè)計，為當前和未來的NVM技術(shù)提供高帶寬和低延遲存儲訪問。”

NVMe是通過PCI Express總線將存儲連接到服務(wù)器的接口規(guī)范，簡單來說就是，使SSD與主機系統(tǒng)通信的速度更快。它有助于緩解閃存通過最初為HDD設(shè)計的SAS或SATA連接到系統(tǒng)時出現(xiàn)的瓶頸。

2、NVMe的速度遠遠快于SATA或SAS

NVMe控制器通過幾種不同的方式提高性能。一種是使用PCIe總線，它將存儲直接連接到系統(tǒng)CPU。這種直接連接消除了SATA的一些必要步驟，并提高了整體性能。

此外，NVMe SSD在很大程度上實現(xiàn)了并行性，極大地提高了吞吐量。當數(shù)據(jù)從存儲傳輸?shù)椒?wù)器主機時，它會進入一行或隊列。傳統(tǒng)的SATA連接只能支持一個隊列，一次只能接收32條數(shù)據(jù)。再回到車的類比上，這就像只有一條車道的車流可以容納32輛車。

而NVMe存儲支持最多64000個隊列，每個隊列有64000個條目。換句話說，這就像從一條單行道走到一條6.4萬車道的路上，每條車道都能容納6.4萬輛汽車，這對整體表現(xiàn)產(chǎn)生了巨大的影響。

正如我們的類比中說城市道路一般限速在幾十公里每小時一樣，SATA和SAS連接也有速度限制。對于SATA，理論***傳輸速度為6.0 Gbps(在實踐中，***傳輸速度要低得多)。這就相當于給SATA SSD的運行速度設(shè)定了上限。超過一定限度，使用再快的閃存對系統(tǒng)的整體性能沒有影響，因為SATA連接會造成瓶頸。

對于大多數(shù)消費者來說，SATA SSD提供了足夠的性能來完成日常工作。而且由于SATA SSD比NVMe SSD便宜，大多數(shù)消費者級別的固態(tài)存儲仍然使用SATA接口。

然而，企業(yè)處理的數(shù)據(jù)通常比消費者多得多，對他們來說，SATA連接帶來的延遲可能會成為一個問題。

英特爾750系列是支持NVMe技術(shù)的固態(tài)硬盤產(chǎn)品之一

3、只有SSD運行在NVMe上

因為NVMe驅(qū)動器要比SATA快得多，所以將NVMe與HDD放在一起使用來提高性能似乎是個好主意。但是請記住，NVMe代表非易失性存儲接口規(guī)范，它是專門為NAND 閃存等非易失性存儲設(shè)計的(盡管它也可以用于較新的非易失性內(nèi)存，比如3D XPoint)。

當系統(tǒng)從HDD讀取數(shù)據(jù)時，它一次只能讀取一塊數(shù)據(jù)。因為它必須進行旋轉(zhuǎn)以定位到***個數(shù)據(jù)塊的正確物理位置，然后再次旋轉(zhuǎn)，移動到第二個數(shù)據(jù)塊的正確位置，以此類推。另一方面，閃存和其他非易失性存儲技術(shù)沒有移動部件。這意味著系統(tǒng)可以同時從許多不同的位置讀取數(shù)據(jù)。這就是為什么SSD可以利用NVMe提供的并行性，而HDD不能。

4、PCIe和NVMe有關(guān)系，但它們不是同一個東西

對于很多人來說，NVMe最令人困惑的部分是它與PCIe的關(guān)系。一些廠商使用NVMe作為標簽來指代他們的SSD，另外一些廠商則使用PCIe標簽，還有一些廠商似乎可以互換使用這些術(shù)語。

雖然PCIe和NVMe密切相關(guān)，但兩個術(shù)語指的是略有不同的技術(shù)?？梢詫CIe看作是系統(tǒng)的物理部分。當您將一個NVMe SSD插入服務(wù)器時，您需要通過一個PCIe插槽連接它。

相比之下，NVMe是一種協(xié)議，是一組允許SSD使用PCIe總線的軟硬件標準?？梢赃@么說，NVMe是允許存儲設(shè)備與服務(wù)器連接的語言，而PCIe是實際的物理連接。

5、NVMe-oF連接SSD到網(wǎng)絡(luò)

本文主要關(guān)注的是標準的NVMe，它將SSD直接連接到服務(wù)器，但是NVM Express組織也發(fā)布了NVMe over Fabric (NVMe- oF)的規(guī)范，它將用于塊存儲的非易失性存儲連接到網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)該組織的說法，“NVMe- oF定義了一個通用架構(gòu)，它支持一系列存儲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用于存儲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上的NVMe塊存儲協(xié)議。”這包括在存儲系統(tǒng)中啟用前端接口，擴展到大量NVMe設(shè)備，并在數(shù)據(jù)中心內(nèi)延長NVMe設(shè)備和NVMe子系統(tǒng)可訪問的距離。

NVMe-oF規(guī)范與NVMe規(guī)范有大約90%的相同;然而，它確實使用了一種不同的傳輸映射機制。NVME-oF也有兩種不同的變體:一種用于RDMA，另一種用于光纖通道。

NVMe-oF規(guī)范也比NVMe規(guī)范新得多，盡管一些廠商已經(jīng)宣布支持這項技術(shù)，但實際上很少有廠商銷售NVMe的產(chǎn)品。期待這種技術(shù)在未來幾年變得更加普遍。