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    数字化趋势下的数据运用流转

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      随着社会数字化程度的不断提高,人类生活中越来越多的信息变成了数据,人类也产生了更多对于数据的需求。从移动支付到自动驾驶,数据量暴增不仅带来数据存储的压力,也同样对于数据处理提出了更高的要求:在待处理数据量剧增的情况下,数据传输的时延还必须不断缩短。

      在这一背景下,数据中心必须不断发展演进,方可应对未来的挑战。数据中心虽涉及多类软硬件设备,业界关心最多、影响最大、技术栈最深的依然是存储侧基础设施。随着存储闪存化转型升级的深入,业界越发意识到,SSD等介质革命固然带来了IO的巨幅提升,但NVMe协议才是发挥性能的关键,通过端到端NVMe使得数字化转型真正走向“高速之路”。

      NVMe展示标准化力量

      早在2000多年前,《礼记·中庸》就提出了“车同轨,书同文,行同伦”的理论,以此让社会更加有序、高效的运作。

      IT行业亦是如此,用户希望他们的应用程序立即响应。为此,这些应用程序需要更快的服务器处理器、更多的计算核心、更多的内存和更多的存储资源。随着底层硬件功能的改进,以满足这些需求,创新的应用程序开发人员找到了利用这些需求的新方法——快速应用程序依赖于将频繁访问的数据尽可能靠近处理器本身。

      从IDE、SATA到SAS,硬件接口协议发展经历了交替革新,性能也逐步提升。但总体来看,这些硬件协议大都为通用接口协议,是从支持机械硬盘演进为支持固态硬盘的,性能上并没有就固态硬盘颗粒高速读写能力做出太多优化。直到PCIe SSD的出现,SSD性能得以进一步释放。PCIe是串行总线标准,硬件可以直接和CPU进行通信,速度更快,通道数更多。但彼时的PCIe SSD却做不到拿来即用,不同的操作系统、不同的应用场景都需要PCIe SSD给出相应的驱动、配置、维护以及升级方案。PCIe SSD作为数据中心的一个存储组件,借助标准化构筑完整的生态是必然趋势,而NVMe正是在这样一个背景下诞生并成为了PCIe SSD开启闪存时代的引爆点。

      在NVMe出现之前,高端SSD只得以采用PCI Express总线制造,但需使用非标准规范的接口。若使用标准化的SSD接口,操作系统只需要一个驱动程序就能使用匹配规范的所有SSD。这也意味着每个SSD制造商不必用额外的资源来设计特定接口的驱动程序。

      NVMe正是应此而生。做个形象的比喻,原来负责控制固态硬盘的SAS协议,由于复杂的系统架构、过多的协议解析、有限的队列并发能力,硬生生把固态硬盘建成了红绿灯多、卡口多的“省市级公路”;而NVMe则是为他们带来一条真正的数据高速公路。

      根据Gartner预测,2022年NVMe SSD在存储中占比将达到52%。

      NVMe性能、节省处理器资源及提升软件效率多方面占优

      随着固态硬盘在存储市场上的流行,SAS已成为存储中连接SSD的最典型方式;但是,SAS的设计主要是作为机械硬盘驱动器(HDD)的接口,并随着时间的推移越来越难满足速度日益提高的SSD。随着在存储市场的流行,许多固态硬盘的数据速率提升已经放缓。不同于机械硬盘,部分SSD已受到SAS最大吞吐量的限制。

      NVMe协议则是统一了各厂商私有接口协议,用统一的接口协议来建立生态,和多种操作系统互联互通。使用NVMe协议与存储系统中的SSD交谈,可提高每个处理器和整个存储系统的效率和有效性能。与传统的基于SCSI的协议相比,精简的NVMe协议栈降低了处理开销。NVMe协议将最大队列数由单队列提升至64K,队列深度也从32提升至64K,使得SSD的IOPS大幅提升近2倍,时延也缩短了2倍。NVMe已经成为业界公认的固态存储主流协议选择,在未来将占领大量市场。

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