数据中心如何一步一步接纳NVMe？

2019-02-07 03:46

NVMe，全称为非易失性内存主机控制器接口规范（Non－Volatile Memory express），是专为基于内存的存储而设计的存储协议，能够更加充分地发挥闪存的潜力。由于NVMe技术带来的是对底层基础设施的改变，数据中心需要时间去接纳，因此它的充分普及可能需要几年时间。但毫无疑问，它能够为企业数据中心带来的性能提升，将是非常显著的。

NVMe是一种替代SCSI存储协议的行业标准。它比SCSI多支持数千个同步命令，并且可以更深入地排列这些命令。NVMe技术的主要优点是响应更快，因为延迟更低。此外，它还使用高速串行计算机扩展总线标准（PCIe）作为主存储互连。

借助NVMe over Fabrics（NVMe－oF），NVMe可用作驱动器互连和网络协议，该网络版本使以太网和光纤通道（FC）网络能够以类似于本地连接存储的速度传输数据。

数据中心完全接受NVMe需要一个过程，而其中的每一步，都是由实际业务需求与NVMe技术的成熟速度驱动的。

基于NVMe的全闪存阵列

数据中心拥抱NVMe技术的第一步，就是使用全闪存阵列，其系统内的驱动器是通过NVMe连接的。但是在外部，系统并没有重大变化。它与存储网络和其他环境的连接仍然和以前一样：传统以太网和／或FC。即便是使用了基于服务器的NVMe驱动器的超融合系统，也仍然通过传统以太网连接其节点。这样做，好的一点是，将基于NVMe的全闪存阵列接入存储基础架构的过程是无缝的；坏的一点是，它没有充分发挥NVMe技术提供的所有功能。

如果数据必须使用传统协议传入／传出存储系统，那么全闪存阵列中NVMe的收益是多少？实际情况是，存储系统将成为一个性能瓶颈，特别是在共享存储环境中。全闪存阵列的内部结构本身就是一个生态系统，存储软件使用存储系统的CPU来接收、处理和存储数据。闪存驱动器必须对数据进行处理，以确保正确有效地存储数据。软件必须再次使用CPU来查找数据，并将数据发送回提出请求的用户或应用程序。

通过一个网络将软件、CPU和存储之间的通信连接起来。所有数据发送至该系统，或从该系统中发送出去，数据越快地遍历系统的内部，整体性能就会越好。

在NVMe出现之前，大多数全闪存阵列的内部网络都是SAS，如今NVMe正迅速占据这个位置。SAS连接速度较慢，必须克服SCSI协议的低效问题。NVMe在连接速度更快，在任意给定时间点上可以处理的数据量方面也更高效。

基于NVMe的横向扩展存储

NVMe－oF仍处于早期阶段，虽然有效，但仍然存在不稳定性，而且互操作性还有很多不足之处。这种不稳定性促使数据中心在拥抱NVMe时，首先要使用那些基于NVMe内部存储但外部采用传统网络的全闪存阵列。NVMe－oF确实有效，只是供应商必须严格控制其组件以排除问题。这种部署一个可控网络的需求，使基于NVMe的横向扩展存储成为NVMe过渡的理想第二步。

横向扩展存储架构需要创建一个服务器（节点）集群——每台服务器都有自己的内部存储。每个节点的存储资源聚合到单个虚拟存储资源池中，连接这些节点的网络，一般是使用IP的传统以太网。节点间的通信是密集的，特别是随着节点的增加。NVMe－oF由于其高性能和低延迟，是一种更理想的互连方式，它应该能够扩展到具有更好总体性能的更多节点。

端到端的NVMe

拥抱NVMe技术的下一步是端到端NVMe，其中存储系统和服务器都通过NVMe连接，这种设计需要为共享存储带来与服务器内部存储相当的性能。领先的交换机供应商思科和博科已经在他们的交换机中增加了NVMe支持，并且多个NVMe主机总线适配器（Host Bus Adapter，HBA）卡可用。

不过，端到端NVMe仍有几个挑战：

·互操作性问题。在任何网卡与其他网卡和交换机能够互相适配工作之前，部署会很费时。

·基础设施升级缓慢。虽然不支持NVMe的交换机和HBA很可能会被淘汰，但这似乎也需要几年时间。

·缺乏广泛实施的需求。事实上，当前大部分企业数据中心的网络速度和存储都已经能够满足实际业务需求，对NVMe并没有特别迫切的渴望。

如何开始

对于少数几个当前的全闪存阵列和网络“难当重任”的数据中心来说，升级为NVMe可能会有所帮助，但同时也应该考虑网络的升级。业内有几个NVMe全闪存提供商可以提供turnkey的端到端产品，或者拥有相应的合作伙伴。

然而，很大一部数据中心无需立即采用NVMe，因此在这种情况下，企业不需要使用基于NVMe的全闪存阵列将旧的全闪存阵列替换掉。当出现这种需求时，可以先部分替换，而且要确保对网络基础设施（无论是交换机还是HBA）的任何投资都内置了NVMe兼容性。

无论如何，将NVMe纳入未来计划是一个明智的选择。随着数据的爆发，业务系统的存储需求将会越来越高，未来在数据中心基础设施上的投资，应该为NVMe做好充分准备。

（作者：George Crump）