數(shù)據(jù)中心如何一步一步接納NVMe

NVMe，全稱為非易失性內(nèi)存主機(jī)控制器接口規(guī)范（Non－Volatile Memory express），是專為基于內(nèi)存的存儲而設(shè)計的存儲協(xié)議，能夠更加充分地發(fā)揮閃存的潛力。由于NVMe技術(shù)帶來的是對底層基礎(chǔ)設(shè)施的改變，數(shù)據(jù)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?yàn)槠髽I(yè)數(shù)據(jù)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(xié)議的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它比SCSI多支持?jǐn)?shù)千個同步命令，并且可以更深入地排列這些命令。NVMe技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)更快，因?yàn)檠舆t更低。此外，它還使用高速串行計算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)（PCIe）作為主存儲互連。

借助NVMe over Fabrics（NVMe－oF），NVMe可用作驅(qū)動器互連和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，該網(wǎng)絡(luò)版本使以太網(wǎng)和光纖通道（FC）網(wǎng)絡(luò)能夠以類似于本地連接存儲的速度傳輸數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)中心完全接受NVMe需要一個過程，而其中的每一步，都是由實(shí)際業(yè)務(wù)需求與NVMe技術(shù)的成熟速度驅(qū)動的。

基于NVMe的全閃存陣列

數(shù)據(jù)中心擁抱NVMe技術(shù)的第一步，就是使用全閃存陣列，其系統(tǒng)內(nèi)的驅(qū)動器是通過NVMe連接的。但是在外部，系統(tǒng)并沒有重大變化。它與存儲網(wǎng)絡(luò)和其他環(huán)境的連接仍然和以前一樣：傳統(tǒng)以太網(wǎng)和／或FC。即便是使用了基于服務(wù)器的NVMe驅(qū)動器的超融合系統(tǒng)，也仍然通過傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接其節(jié)點(diǎn)。這樣做，好的一點(diǎn)是，將基于NVMe的全閃存陣列接入存儲基礎(chǔ)架構(gòu)的過程是無縫的；壞的一點(diǎn)是，它沒有充分發(fā)揮NVMe技術(shù)提供的所有功能。

如果數(shù)據(jù)必須使用傳統(tǒng)協(xié)議傳入／傳出存儲系統(tǒng)，那么全閃存陣列中NVMe的收益是多少？實(shí)際情況是，存儲系統(tǒng)將成為一個性能瓶頸，特別是在共享存儲環(huán)境中。全閃存陣列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)本身就是一個生態(tài)系統(tǒng)，存儲軟件使用存儲系統(tǒng)的CPU來接收、處理和存儲數(shù)據(jù)。閃存驅(qū)動器必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以確保正確有效地存儲數(shù)據(jù)。軟件必須再次使用CPU來查找數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送回提出請求的用戶或應(yīng)用程序。

通過一個網(wǎng)絡(luò)將軟件、CPU和存儲之間的通信連接起來。所有數(shù)據(jù)發(fā)送至該系統(tǒng)，或從該系統(tǒng)中發(fā)送出去，數(shù)據(jù)越快地遍歷系統(tǒng)的內(nèi)部，整體性能就會越好。

在NVMe出現(xiàn)之前，大多數(shù)全閃存陣列的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)都是SAS，如今NVMe正迅速占據(jù)這個位置。SAS連接速度較慢，必須克服SCSI協(xié)議的低效問題。NVMe在連接速度更快，在任意給定時間點(diǎn)上可以處理的數(shù)據(jù)量方面也更高效。

基于NVMe的橫向擴(kuò)展存儲

NVMe－oF仍處于早期階段，雖然有效，但仍然存在不穩(wěn)定性，而且互操作性還有很多不足之處。這種不穩(wěn)定性促使數(shù)據(jù)中心在擁抱NVMe時，首先要使用那些基于NVMe內(nèi)部存儲但外部采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的全閃存陣列。NVMe－oF確實(shí)有效 ，只是供應(yīng)商必須嚴(yán)格控制其組件以排除問題。這種部署一個可控網(wǎng)絡(luò)的需求，使基于NVMe的橫向擴(kuò)展存儲成為NVMe過渡的理想第二步。

橫向擴(kuò)展存儲架構(gòu)需要創(chuàng)建一個服務(wù)器（節(jié)點(diǎn)）集群——每臺服務(wù)器都有自己的內(nèi)部存儲。每個節(jié)點(diǎn)的存儲資源聚合到單個虛擬存儲資源池中，連接這些節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，一般是使用IP的傳統(tǒng)以太網(wǎng)。節(jié)點(diǎn)間的通信是密集的，特別是隨著節(jié)點(diǎn)的增加。NVMe－oF由于其高性能和低延遲，是一種更理想的互連方式，它應(yīng)該能夠擴(kuò)展到具有更好總體性能的更多節(jié)點(diǎn)。

端到端的NVMe

擁抱NVMe技術(shù)的下一步是端到端NVMe，其中存儲系統(tǒng)和服務(wù)器都通過NVMe連接，這種設(shè)計需要為共享存儲帶來與服務(wù)器內(nèi)部存儲相當(dāng)?shù)男阅?。領(lǐng)先的交換機(jī)供應(yīng)商思科和博科已經(jīng)在他們的交換機(jī)中增加了NVMe支持，并且多個NVMe主機(jī)總線適配器（Host Bus Adapter，HBA）卡可用。

不過，端到端NVMe仍有幾個挑戰(zhàn)：

·互操作性問題。在任何網(wǎng)卡與其他網(wǎng)卡和交換機(jī)能夠互相適配工作之前，部署會很費(fèi)時。

·基礎(chǔ)設(shè)施升級緩慢。雖然不支持NVMe的交換機(jī)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(shí)施的需求。事實(shí)上，當(dāng)前大部分企業(yè)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)速度和存儲都已經(jīng)能夠滿足實(shí)際業(yè)務(wù)需求，對NVMe并沒有特別迫切的渴望。

如何開始

對于少數(shù)幾個當(dāng)前的全閃存陣列和網(wǎng)絡(luò)“難當(dāng)重任”的數(shù)據(jù)中心來說，升級為NVMe可能會有所幫助，但同時也應(yīng)該考慮網(wǎng)絡(luò)的升級。業(yè)內(nèi)有幾個NVMe全閃存提供商可以提供turnkey的端到端產(chǎn)品，或者擁有相應(yīng)的合作伙伴。

然而，很大一部數(shù)據(jù)中心無需立即采用NVMe，因此在這種情況下，企業(yè)不需要使用基于NVMe的全閃存陣列將舊的全閃存陣列替換掉。當(dāng)出現(xiàn)這種需求時，可以先部分替換，而且要確保對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（無論是交換機(jī)還是HBA）的任何投資都內(nèi)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(shù)據(jù)的爆發(fā)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的存儲需求將會越來越高，未來在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施上的投資，應(yīng)該為NVMe做好充分準(zhǔn)備。

審核編輯：符乾江