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SAN或将全面与NVMe实现整合

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存储领域正掀起新一波变革浪潮,特别是由NVMe驱动器与光纤连接衍生的新方案,已经成为对抗数据访问延迟及进一步推进数据与服务器间应用运行速度层面的主力军。

来源:ZDNet存储频道(编译) 2016年11月27日

关键字: NVMe SAN Nimble

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Nimble公司人员谈NVMe的下一波发展趋势。

存储领域正掀起新一波变革浪潮,特别是由NVMe驱动器与光纤连接衍生的新方案,已经成为对抗数据访问延迟及进一步推进数据与服务器间应用运行速度层面的主力军。

目前我们面对的变化在于由以往的光纤通道或iSCSI型SAS/SATA驱动器阵列到NVMe结构配合NVMe驱动器的新型访问机制。另外亦有一种新的变革倾向,即依赖于超融合型基础设施(简称HCI)系统配合虚拟——而非物理——SAN。尽管此类HCI系统将蚕食大部分物理SAN市场,但其仍不太可能将其彻底摧毁,意味着SAN还将在未来几年内继续保持活力,特别是考虑到其数据访问延迟劣势将很快得到解决。

NVMe存储迎来了涅槃重生,即将NVMe访问型驱动器与NVMe over Fabrics访问型存储阵列相结合——这绝不是一种简单的即插即用型变革。我们需要采取一系列步骤以构建通往NVMe的阶梯,并借此实现NVMe存储机制的全面应用。就这一议题,我们与存储从业者进行了探讨,希望了解在他们眼中NVMe存储的实现与部署将以怎样的方式进行。

我们正在联系的供应商包括戴尔-EMC、E8、HDS、HPE、华为、IBM、Kaminario、联想、Mangstor、NetApp、Nimble、Pure、Tegile以及Tintri,它们全部属于共享式存储阵列供应商。

Dimitris Krekoukias.是Nimble Storage公司的全球技术与战略架构师,以下为他对于 NVMe在采用方面的观点。他专门强调称,这些只是他的个人观点,并不代表Nimble Storage公司在计划或者意图方面的立场。

记者 NVMe的优势有哪些?

Dimitris Krekoukias NVMe是一种相对较新的标准,其专门面向经由PCI总线连接的设备所开发。其相较于SCSI拥有多种特定优势,具体包括更低延迟水平与更强大的IOPS表现。连续数据通量可得到显著提升。其具备更高的CPU资源利用效率,只需要更小且更为简单的驱动程序即可支持——该标准只需要13条命令,亦可用于部分光纤通道或者以太网网络(NVMe over Fabrics)。相较于DAS,采用这种结构只会给整体堆栈带来较低的额外延迟。

记者 我们为何要使用NVMe驱动器,又该将其用于何处?

Dimitris Krekoukias NVMe驱动器属于系统当中的简单因素,类似于笔记本以及DASD/内部服务器。一般来讲,此类因素之上只需要运行少量简单(通常为单一设备)数据服务……利用更强大的介质+接口的方式取代单纯介质是种理想的设计思路。

不过对于企业级阵列而言,相关考虑则有所不同。

记者  NVMe驱动器在共享式驱动器阵列当中为何会引发问题?

Dimitris Krekoukias  NVMe性能测试结果显示,单一NVMe设备的速度要高于单一SAS或者SATA SSD。不过存储阵列通常并不会只采用单一设备,因此驱动器性能并非制约整体阵列的瓶颈所在。

阵列当中的主要性能瓶颈在于阵列控制器,而非SSD(这主要是因为数十块现代SAS/SATA SSD已经足以为大多数系统提供充足的性能)。采用NVMe SSD将意味着这些控制器仅需要10块NVMe SSD即可达到性能饱和。举例来说,单一NVMe驱动器的连续读取能力为3 GBps,而单一SATA驱动器则为500 MBps。将24块NVMe驱动器纳入控制器并不意味着该控制器的数据交付能力可瞬间提升至72 GBps。同样的,单一SATA SSD的随机小型块读取IOPS可能为10万,而NVMe的同项指标则可达到40万。然而,这亦不意味着同样的控制器在配合24块NVMe SSD的情况下能够提供960万IOPS!

记者 NVMe驱动器在阵列层面是否还存在其它问题?

Dimitris Krekoukias 目前的NVMeF阵列优先强调性能,而不太关注高可用性、强RAID、多层级校验、加密、压缩、数据削减、复制、快照、克隆、热固件更新乃至动态实现系统扩展的能力。

双端口SSD是实现理想高可用性水平的关键所在。不过目前双端口NVMe SSD在每TB使用成本要远高于现有SAS/SATA SSD。

记者 我们该如何解决这些问题?

Dimitris Krekoukias 考虑到NVMe接口所能提供的极高速度,即使是考虑到未来包含有FPGA的CPU产品,大多数CPU与PCI交换机都需要创建起一套更具可扩展性的系统方可充分利用此类SSD的性能优势(并继续维持原有企业级功能),这也进一步解决了为什么大多数NVMe解决方案在用途方面仍然比较有限。

另外,其在客户端层面亦会带来挑战。

记者 客户端层面存在哪些挑战?

Dimitris Krekoukias 利用NVMe over Fabrics通常意味着购买新的HBA与交换机,同时亦需要处理各组件间的冲突。举例来说,在需要使用RoCE DCB交换机的情况下,端到端拥塞管理就将成为一大挑战,而且其路由能力也需要到v2版本时方可实现。

记者 那么我们该如何在保证企业关键性能力的同时,发挥NVMe的性能优势?

Dimitris Krekoukias 大多数客户还没有准备好采用主机端NVMe连接——因此在控制器采用一套高速字节可寻址设备以增加内存缓冲区(例如3D XPoint之于DIMM)就非常必要,或者在无法实现这种能力时将下一代NVMe驱动器作为缓存。这将能够帮助客户端实现显著的速度提升,且不需要在客户端侧进行任何修改。

变革的另一大选项在于变更一切指向NVMe的内部驱动器,但这项工作的实施当中要求具备大量极具成本效益的双端口设备。需要注意的是,少量SSD(低于12块)即可帮助客户在无需于主机侧部署NVMe接口的情况下提升速度表现,但随着其规模的扩大,性能收益将快速递减——除非相关控制器能够得到显著改进。

记者 那么客户何时才会做好采用NVMe over Fabrics的准备或者说抱有这一意愿?

Dimitris Krekoukias 在这方面,首先需要调整的是将阵列连接指向外部世界。单凭这一点即可在不经大规模修改的前提下实现现代系统的速度提升。

变革的下一步则取决于双端口NVMe设备的实际成本效益。不过为了能够更为广泛地实现性能提升,CPU与PCI交换机数量的增加同样非常重要,这将给存储系统带来更为可观的变化规模(并拉高实现成本)。

评论意见

光纤通道SAN在过去十年当中已经为我们带来无数助益,但其毕竟诞生于磁盘与前虚拟化服务器时代。面对如今的虚拟机与广泛存在的容器化服务器世界,其中的多插槽、多核心CPU与闪存驱动器,光纤通道与磁盘驱动器接口已经无法适应时代的要求。

NVMe驱动器承诺取代SAS与SATA接口介质,而NVMe over Fabrics则承诺取代光纤通道甚至是iSCSI。目前我们正站在历史的十字路口,如果NVMe能够成功上位,那么未来的存储世界将呈现出完全不同的新面貌。

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