NVMe/TCP：为什么是云存储的未来？

一直以来，IT领域的人们都认为我们是不需要担心存储空间的。因为存储公司一直在努力将更大的容量压缩到更小的空间中，并降低了每GB的成本。因此，用户认为存储成本低廉，而且基本上是无限的。

机器学习、自动驾驶和全国性的物联网传感器网络等技术不断收集和分析数据。这样的数据收集将以指数方式增加需要存储和分析的数据量。传感器收集运行我们的基础架构并推动经济所需的真实数据。多年来，第一次出现了这样一个问题:我们是否有能力存储我们的文明将创造的所有数据。存储不再是无限可用的。

容量不是唯一的问题。管理数据的类型并确保将其放置在正确的介质上以实现最佳性价比，这已成为存储管理员面临的另一个紧迫问题。

NVMe/TCP与NVMe和其他一些存储技术有很大关系，如SATA和SCSI。

NVMe是针对IO到内存（特别是非易失性闪存）进行了优化的协议。非易失性意味着断电后数据保持不变。NVMe固态驱动器（SSD）也称为固态硬盘，已在移动设备和便携式计算机及台式PC中得到广泛使用。最近，SSD已经在企业和超大规模的数据中心站稳了脚跟。

NVMe SSD与SATA SSD相比如何？

对于这两个SSD，存储介质都是闪存。SATA协议最初设计用于与机械硬盘通信。对于SATA SSD，需要进行一定量的转换，协议才能写入闪存介质而不是旋转的磁盘。对于NVMe，这种转换是最小的，因为NVMe协议是为与flash通信而优化的。它允许更高效的I/O和更高性能的固态硬盘。

企业级NVMe呢？

一直以来，存储管理员一直通过串行连接SCSI（SAS）依赖SCSI协议。SAS具有大量内置的可靠性功能，因此使其成为企业存储的理想选择。不幸的是，SAS命令需要一定数量的转换才能将数据写入闪存。就纯粹的I / O增加和延迟减少而言，SAS SSD的性能将优于SAS HDD，但仍无法释放闪存的全部性能潜力。NVMe清除了通往闪存的道路，以充分实现其性能优势。

名称的“Express”部分是指PCI Express（PCIe）。由于NVMe的分层体系结构，为PCIe提供了一些优势。除了PCIe之外，NVMe还可以通过其他传输方式传送。其优点如下：

一个关键的优势是PCIe在处理器领域的广泛应用。AMD，Arm，IBM Power，当然还有Intel，它们的处理器上都有大量的PCIe通道。现在的一些处理器具有100多个PCIe通道。进入全闪存阵列空间的一些早期低成本产品仅仅是具有许多PCIe通道连接到NVMe SSD的CPU。PCI交换机的使用范围也很广，可以进一步扩展系统中PCIe通道的数量。因此，存储可以直接连接到计算或通过不需要协议转换的交换机连接。这种架构简化了低延迟事务。

PCle的另一个优点是，人们很容易理解PCle的电子传输方式，并且它有一个面向未来几代的路线图。这意味着未来的NVMe SSD可以使用新一代更快的PCle构建，只需对协议进行少量或不进行调整。这缩短了设计和验证时间，并进一步降低了成本。

NVMe协议还可以用于PCIe以外的其他传输。例如NVMe over Fabrics（NVMe-oF）。其他类型的NVMe-oF包括基于聚合以太网的RDMA（NVMe / RoCE）和基于光纤通道的NVMe（NVMe / FC）。下图显示了NVMe从成千上万个SSD的演变过程。

通过TCP运行的NVMe协议现在可以与数以万计的SSD通信，所有这些SSD都是本地SSD。

如果您熟悉iSCSI，那么NVMe/TCP将非常有意义。iSCSI是SCSI协议在TCP之上的映射。这样的映射使得远程存储硬盘对主机系统来说是本地的。当然，这些远程硬盘使用SCSI协议进行通信，因为iSCSI最初是在90年代后期开发的，远远早于flash存储的普及。

NVMe / TCP采用为与闪存进行通信而优化的NVMe命令，并将它们映射到TCP之上。让远程的SSD出现在主机系统本地。

NVMe-oF允许在数据中心共享大型存储池。在这些存储池中，可以有针对不同工作负载类型优化的具有不同介质类型的NVMe SSD。例如，对延迟敏感的工作负载可以定向到具有超低延迟存储类内存作为介质的硬盘。一次写入-读取-许多类型的工作负载可以指向使用QLC闪存的SSD，QLC闪存对写持久性有一些限制，但容量非常高。

对于已经使用Fibre Channel并希望在添加NVMe存储层的同时继续利用该投资的数据中心来说，NVMe/FC很有吸引力。NVMe/RoCE是机架内存储和计算之间超1owlatency连接的优秀解决方案，但它需要支持RDMA的网络接口卡(nic)和交换机。

NVMe / TCP的独特之处在于它提供了低延迟传输，可以在将其部署在常规以太网交换机和NIC上时进行大规模扩展。

存储领域在不断变化，以适应需求。我们看到的只是这些技术将如何用于解决我们日益增长的存储需求的开始。

原文链接：

https://www.eetimes.com/nvme-tcp-improves-data-storage/