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基於FC的NVMe或FC-NVMe標準

      接著昨天分享的詳談NVMe over Fabric技術發展簡史,今天繼續聊聊FC-NVMe。光纖通道實現的NVMe(FC-NVMe標準實現)是一項技術規範,旨在實現在主機和光纖通道網絡結構上的標的儲存子系統上傳輸NVMe的訊息命令和信息。

      光纖通道是面向NVMe over Fabrics(NVMe-oF)的Fabric傳輸選項,由NVM Express Inc.(一家擁有100多家成員技術公司的非營利組織)開發的規範。其他NVMe傳輸選項包括以太網和InfiniBand上的遠程直接記憶體訪問(RDMA)。NVM Express Inc.於2016年6月5日發佈了1.0版NVMe-oF。

      國際信息技術標準委員會(INCITS)的T11委員會定義了一種幀格式和映射協議,將NVMe-oF應用到光纖通道。T11委員會於2017年8月完成了FC-NVMe標準的第一版,並將其提交給INCITS出版。

FC NVMe如何工作

      FC協議(FCP)允許上層傳輸協議,如NVMe,小型計算機系統接口(SCSI)和IBM專有光纖連接(FICON)的映射,以實現主機和外圍標的儲存設備或系統之間的資料和命令傳輸。

      與SCSI和FICON相比,NVMe具有簡化的暫存器接口和命令集,減少了輸入/輸出(I/O)堆棧的CPU開銷,降低了延遲並提高了性能。NVM Express Inc.開發了適用於快速介質的NVMe,包括固態硬碟(SSD)和其他基於記憶體的技術。相比之下,SCSI命令集是在較慢的硬碟驅動器(HDD)和磁帶作為主要儲存介質的時候設計的,而FICON則是為連接大型計算機和儲存設備而設計的。

圖片來源:searchstorage.techtarget.com

      NVMe傳輸是一種抽象協議層,旨在提供可靠的NVMe命令和資料傳輸。

FC-NVMe將NVMe命令集簡化為基本的FCP指令。由於光纖通道專為儲存流量而設計,因此系統中內置了諸如發現,管理和設備端到端驗證等功能。

      NVMe-oF(包括通過光纖通道的NVMe)和NVMe之間的主要區別是傳輸命令的機制。NVMe通過外圍組件互連Express(PCIe)接口協議將請求和響應映射到主機中的共享記憶體。NVMe-oF使用基於訊息的模型通過網絡在主機和標的儲存設備之間發送請求和響應。

      NVMe-oF替代PCIe來擴展NVMe主機和NVMe儲存子系統進行通信的距離。與使用本地主機的PCIe 總線的NVMe儲存設備的延遲相比,NVMe-oF的最初設計標的是在通過合適的網絡結構連接的NVMe主機和NVMe儲存標的之間添加不超過10 微秒的延遲。

      在大規模基於塊閃存的儲存環境最有可能採用NVMe over FC。FC-NVMe光纖通道提供的NVMe-oF結構、可預測性和可靠性特性等與給SCSI提供的相同,另外,NVMe-oF流量和傳統的基於SCSI的流量可以在同一FC結構上同時運行。

圖片來源:searchstorage.techtarget.com

      基於FC標準的NVMe定義了FC-NVMe協議層。NVMe over Fabrics規範定義了NVMe-oF協議層。NVMe規範定義了NVMe主機軟體和NVM子系統協議層。

      要求必須支持基於光纖通道的NVMe才能發揮潛在優勢的基礎架構組件,包括儲存操作系統(OS)和網絡配接器卡。FC儲存系統供應商必須讓其產品符合FC-NVMe的要求。目前支持FC-NVMe的主機總線配接器(HBA)的供應商包括Broadcom和Cavium。Broadcom和思科是主要的FC交換機供應商。

FC-NVMe的優點和缺點

      與HDD或串行高級技術的SCSI命令集(SATA或串行SCSI SAS SSD)進行資料傳輸相比,FC-NVMe具有更高的性能,更低的延遲。基於NVMe的SSD的一個缺點可能是成本較高,但NVMe SSD的價格有望與某些型別的傳統SSD達成平衡。

      將FC-NVMe與基於以太網或InfiniBand的NVMe-oF替代方案進行比較,如果考慮網絡技術的優缺點,光纖通道結構以其無損資料傳輸,可預測和一致的性能以及可靠性而聞名。大型企業傾向於將FC儲存用於關鍵任務工作負載。但光纖通道需要特殊的設備和儲存網絡專業知識才能運行,並且可能比基於以太網的替代方案更昂貴。

      基於以太網的NVMe儲存產品往往比基於FC-NVMe的選件更豐富。大多數儲存創業公司都專註於基於以太網的NVMe,並且有時採用專有技術來更快地將其產品推向市場。

      基於InfiniBand的NVMe傾向於吸引需要極高帶寬和低延遲的高性能計算工作負載。InfiniBand網絡通常用於後端儲存系統內的通信,而不是主機到儲存器的通信。與FC一樣,InfiniBand是一個需要特殊硬體的無損網絡,它具有諸如流量和擁塞控制以及服務質量(QoS)等優點。但與FC不同的是,InfiniBand和以太網缺少發現服務自動將節點添加到結構中。

      NVMe-oF規範支持RDMA(但並非必需),映射方式包括用於以太網和InfiniBand的融合以太網(RoCE)上的RDMA和用於互聯網的廣域RDMA協議(iWARP)。NVMe Express組織還計劃支持傳輸控制協議(TCP)的傳輸選項。

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