數(shù)據(jù)中心如何一步一步接納NVMe?

George Crump
數(shù)據(jù)中心完全接受NVMe需要一個(gè)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)的成熟速度所驅(qū)動(dòng)的。

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(chǔ)而設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)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(duì)底層基礎(chǔ)設(shè)施的改變,數(shù)據(jù)中心需要時(shí)間去接納,因此它的充分普及可能需要幾年時(shí)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(chǔ)協(xié)議的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它比SCSI多支持?jǐn)?shù)千個(gè)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(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)(PCIe)作為主存儲(chǔ)互連。

借助NVMe over Fabrics(NVMe-oF),NVMe可用作驅(qū)動(dòng)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(chǔ)的速度傳輸數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)中心完全接受NVMe需要一個(gè)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)的成熟速度所驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(chǔ)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(dòng)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)系統(tǒng)將成為一個(gè)性能瓶頸,特別是在共享存儲(chǔ)環(huán)境中。全閃存陣列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)本身就是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng),存儲(chǔ)軟件使用存儲(chǔ)系統(tǒng)的CPU來接收、處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。閃存驅(qū)動(dòng)器必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以確保正確有效地存儲(chǔ)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(qǐng)求的用戶或應(yīng)用程序。

通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)將軟件、CPU和存儲(chǔ)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(huì)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(gè)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(shí)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(chǔ)

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(shí),首先要使用那些基于NVMe內(nèi)部存儲(chǔ)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(gè)可控網(wǎng)絡(luò)的需求,使基于NVMe的橫向擴(kuò)展存儲(chǔ)成為NVMe過渡的理想第二步。

橫向擴(kuò)展存儲(chǔ)架構(gòu)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)服務(wù)器(節(jié)點(diǎn))集群——每臺(tái)服務(wù)器都有自己的內(nèi)部存儲(chǔ)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)資源聚合到單個(gè)虛擬存儲(chǔ)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(chǔ)系統(tǒng)和服務(wù)器都通過NVMe連接,這種設(shè)計(jì)需要為共享存儲(chǔ)帶來與服務(wù)器內(nèi)部存儲(chǔ)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(gè)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(gè)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(huì)很費(fèi)時(shí)。

·基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)緩慢。雖然不支持NVMe的交換機(jī)和HBA很可能會(huì)被淘汰,但這似乎也需要幾年時(shí)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(chǔ)都已經(jīng)能夠滿足實(shí)際業(yè)務(wù)需求,對(duì)NVMe并沒有特別迫切的渴望。

如何開始

對(duì)于少數(shù)幾個(gè)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(jí)為NVMe可能會(huì)有所幫助,但同時(shí)也應(yīng)該考慮網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。業(yè)內(nèi)有幾個(gè)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(shí),可以先部分替換,而且要確保對(duì)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(jì)劃是一個(gè)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(chǔ)需求將會(huì)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。

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