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基于FC的NVMe或FC-NVMe标准

2018-02-24 21:07 Hardy


      接着昨天分享的详谈NVMe over Fabric技术发展简史,今天继续聊聊FC-NVMe。光纤通道实现的NVMe(FC-NVMe标准实现)是一项技术规范,旨在实现在主机和光纤通道网络结构上的目标存储子系统上传输NVMe的消息命令和信息。


      光纤通道是面向NVMe over Fabrics(NVMe-oF)的Fabric传输选项,由NVM Express Inc.(一家拥有100多家成员技术公司的非营利组织)开发的规范。其他NVMe传输选项包括以太网和InfiniBand上的远程直接内存访问(RDMA)。NVM Express Inc.于2016年6月5日发布了1.0版NVMe-oF。


      国际信息技术标准委员会(INCITS)的T11委员会定义了一种帧格式和映射协议,将NVMe-oF应用到光纤通道。T11委员会于2017年8月完成了FC-NVMe标准的第一版,并将其提交给INCITS出版。


FC NVMe如何工作


      FC协议(FCP)允许上层传输协议,如NVMe,小型计算机系统接口(SCSI)和IBM专有光纤连接(FICON)的映射,以实现主机和外围目标存储设备或系统之间的数据和命令传输。


      与SCSI和FICON相比,NVMe具有简化的寄存器接口和命令集,减少了输入/输出(I/O)堆栈的CPU开销,降低了延迟并提高了性能。NVM Express Inc.开发了适用于快速介质的NVMe,包括固态硬盘(SSD)和其他基于内存的技术。相比之下,SCSI命令集是在较慢的硬盘驱动器(HDD)和磁带作为主要存储介质的时候设计的,而FICON则是为连接大型计算机和存储设备而设计的。


图片来源:searchstorage.techtarget.com


      NVMe传输是一种抽象协议层,旨在提供可靠的NVMe命令和数据传输。

FC-NVMe将NVMe命令集简化为基本的FCP指令。由于光纤通道专为存储流量而设计,因此系统中内置了诸如发现,管理和设备端到端验证等功能。


      NVMe-oF(包括通过光纤通道的NVMe)和NVMe之间的主要区别是传输命令的机制。NVMe通过外围组件互连Express(PCIe)接口协议将请求和响应映射到主机中的共享内存。NVMe-oF使用基于消息的模型通过网络在主机和目标存储设备之间发送请求和响应。


      NVMe-oF替代PCIe来扩展NVMe主机和NVMe存储子系统进行通信的距离。与使用本地主机的PCIe 总线的NVMe存储设备的延迟相比,NVMe-oF的最初设计目标是在通过合适的网络结构连接的NVMe主机和NVMe存储目标之间添加不超过10 微秒的延迟。


      在大规模基于块闪存的存储环境最有可能采用NVMe over FC。FC-NVMe光纤通道提供的NVMe-oF结构、可预测性和可靠性特性等与给SCSI提供的相同,另外,NVMe-oF流量和传统的基于SCSI的流量可以在同一FC结构上同时运行。


图片来源:searchstorage.techtarget.com


      基于FC标准的NVMe定义了FC-NVMe协议层。NVMe over Fabrics规范定义了NVMe-oF协议层。NVMe规范定义了NVMe主机软件和NVM子系统协议层。


      要求必须支持基于光纤通道的NVMe才能发挥潜在优势的基础架构组件,包括存储操作系统(OS)和网络适配器卡。FC存储系统供应商必须让其产品符合FC-NVMe的要求。目前支持FC-NVMe的主机总线适配器(HBA)的供应商包括Broadcom和Cavium。Broadcom和思科是主要的FC交换机供应商。


FC-NVMe的优点和缺点


      与HDD或串行高级技术的SCSI命令集(SATA或串行SCSI SAS SSD)进行数据传输相比,FC-NVMe具有更高的性能,更低的延迟。基于NVMe的SSD的一个缺点可能是成本较高,但NVMe SSD的价格有望与某些类型的传统SSD达成平衡。


      将FC-NVMe与基于以太网或InfiniBand的NVMe-oF替代方案进行比较,如果考虑网络技术的优缺点,光纤通道结构以其无损数据传输,可预测和一致的性能以及可靠性而闻名。大型企业倾向于将FC存储用于关键任务工作负载。但光纤通道需要特殊的设备和存储网络专业知识才能运行,并且可能比基于以太网的替代方案更昂贵。


      基于以太网的NVMe存储产品往往比基于FC-NVMe的选件更丰富。大多数存储创业公司都专注于基于以太网的NVMe,并且有时采用专有技术来更快地将其产品推向市场。


      基于InfiniBand的NVMe倾向于吸引需要极高带宽和低延迟的高性能计算工作负载。InfiniBand网络通常用于后端存储系统内的通信,而不是主机到存储器的通信。与FC一样,InfiniBand是一个需要特殊硬件的无损网络,它具有诸如流量和拥塞控制以及服务质量(QoS)等优点。但与FC不同的是,InfiniBand和以太网缺少发现服务自动将节点添加到结构中。


      NVMe-oF规范支持RDMA(但并非必需),映射方式包括用于以太网和InfiniBand的融合以太网(RoCE)上的RDMA和用于互联网的广域RDMA协议(iWARP)。NVMe Express组织还计划支持传输控制协议(TCP)的传输选项。


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