NVME - 挡住了缩放储存挑战

扩展挑战

横向扩展存储通常分为两类：

1. 紧密耦合：存储节点或服务器彼此紧密相连，具有共享内存和专有高速背板等功能。一些我们认为是单片或放大的产品实际上是向外扩展的体系结构，例如戴尔EMC的PowerMax.
2. 松散耦合d:在这种情况下，节点不是紧密地绑定在一起，而是可以单独操作。节点通过一些高速网络（通常是以太网）进行连接，这些网络不是直接内置在平台中的。这里有一个很好的例子NetApp的SolidFire，它使用多个1U服务器和标准的万兆以太网（GbE）网络。

NVME开发中的下一个逻辑步骤一直是通过结构或网络启用协议。

紧密耦合、向外扩展的产品通常提供更高级别的恢复能力和更一致的性能，而松散耦合的体系结构扩展得更多，但必须同时处理存储驱动器和节点故障的影响。

实现缩放存储是一项挑战，因为数据需要受到保护和一致。这意味着将技术实施到平台中以检测节点失败并在设备或节点故障发生缩放群集中重新调整数据。

NVMe是什么？

随着数据中心性能需求的增加，存储一直是交付快速高效应用程序的瓶颈。NVMe是一种技术，其开发目的是减少固态介质的存储协议性能开销。基于NVMe的SSD使用外围组件互连直通（PCIe）连接到服务器，在IOPS和吞吐量方面提供更大的带宽，并且比SAS和SATA SSD的延迟低得多。

NVME开发中的下一个逻辑步骤一直是通过结构或网络启用协议。nvme-of描述了一组标准，该标准已经开发为通过光纤通道（FC），以太网或InfiniBand网络传输NVME协议。

今天，产品的存在是为了光纤通道上的NVMe，通过聚合以太网（RoCE）使用远程直接内存访问的NVMe，通过InfiniBand和使用标准以太网的NVMe/TCP网络接口卡。

NVMe如何帮助扩展存储？

我们看到的一个场景是在典型存储设备中对组件的分解。该体系结构使主机和存储介质之间的更直接路径，绕过通过集中控制器传输数据的需要。甚至当前扩展产品存在此限制，这可能导致未充分利用SSD的能力。通过提供更直接的I/O路径，单个主机可以与多个驱动器通信，反之亦然。这减少了延迟并提高了扩展能力。

NVMe规范的一部分提供了使这些工具工作的功能集。具有SAS和SATA驱动器，I/O被堆叠到单个队列中，在读取内部NAND介质时造成瓶颈。NVMe引入了65535队列的功能，每个队列最多可容纳65535个队列元素。这使得在主机和驱动器之间实现高度并行的多对多体系结构成为可能，每个主机/驱动器关系都有一个单独的队列。

实现这种技术的供应商包括E8存储和E8 NVMe设备和基于主机的软件驱动程序。该设备充当元数据服务器和以太网到PCIe网桥，将快照等传统存储任务卸载到每个连接的主机。

Excelero具有基于软件的产品，可以将许多服务器连接在一起，以将存储消费者和提供商的网格连接。这NVMesh软件允许任何存储消费者访问任何服务器中的任何驱动器，而无需通过目标服务器CPU。其结果是一种体系结构，在这种体系结构中，可以实现额外容量的增加，而对现有应用程序的开销几乎可以忽略不计。

WekaIO使用类似的技术来交付横向扩展文件系统体系结构叫做矩阵。网络上NVMe的低延迟，再加上分布式处理，使矩阵文件系统的运行速度比本地驱动器快。

硬件焦点

供应商还专注于构建仅实现高可扩展性的硬件工具。

Pavilion Data Systems开发了一个平台，该平台使用多达20个定制硬件刀片服务器和72个NVMe驱动器创建机架规模的体系结构能够以100微秒的速度支持每秒120 GB的带宽。应用程序主机使用标准的40GbE或100GbE RoCE网络适配器和驱动程序的NVMe。

Vexata开发了一种体系结构，该体系结构使用商品硬件组件围绕以太网中平面扩展容量和性能。后端可扩展性是通过基于硬件的企业存储模块（ESMS），而前端连接提供NVME的功能和具有I / O模块的直接硬件I / O路径（IOMS）。现有的实现目前提供最多16个ESM和两个IOM，尽管架构可以扩展到更多。

Apeiron数据系统是硬件模型后的另一个启动。这APE1000平台使用NVME通过以太网和自定义主机总线适配器提供横向扩展架构，这些架构可以在单一配置中支持数千个驱动器。

NVME-of正在提供消除传统架构的约束的能力，并创建更自然分布的产品。所有这些供应商产品的常见线程是降低来自主机到媒体的I / O路径的长度和影响。这将是未来存储设计的一个功能，因为延迟仍然是存储克服的最大挑战。