基于架构的NVMe将颠覆数据中心存储

2019-07-09 04:07:01 计算机世界 2019年24期

John Edwards

通过在网络架构上提供高速和低延迟存储功能,基于架构的NVMe(NVMe over Fabric)有望进一步提升要求苛刻的应用程序的性能。本文介绍了一些你应该了解的相关内容。

令人非常吃惊的是,基于架构的快速非易失内存(NVMeoF)有可能成为固态硬盘(SSD)推出以来最具颠覆性的数据中心存储技术,有望进一步提高快速扩展的存储阵列的性能。

基于架构的NVMe设计用于通过网络架构实现高速和低延迟的NVMe SSD技术。目前可实现三种基本的NVMe架构:基于光纤通道的NVMe、基于远程直接内存访问的NVMe,以及基于TCP的NVMe。

自NVMe SSD出现以后,存储速度得到了极大的提升,但是这些器件仍然通过基于SCSI的主机连接与服务器进行通信,这是一种功能强大但过时的技术,最早可以追溯到20世纪80年代。技术研究公司IDC基础设施系统、平台和技术部的研究副总裁Eric Burgener解释说:“我们需要的是通过某种方法,使得从服务器上的CPU到网络,直至采用NVMe SSD构建的存储阵列都能够使用NVMe协议。NVMeoF就是在交换架构上运行NVMe协议的这样一种方法。”

与前代不同,NVMeoF是专门为固态介质开发的。Burgener指出:“它甚至不能与硬盘驱动器(HDD)一起工作,但是与SCSI相比,它可以让你更好地充分發挥固态介质的所有优势。”

惠普企业(Hewlett-Packard Enterprise)的存储首席技术官Jeff Kimmel认为,“各种NVMeoF版本提供的介质延迟和每千兆字节的IOPS比当前基于固态的存储系统高出几个数量级,更不用说HDD了。基于SCSI的SAN协议在固态存储方面性能非常好,但在延迟和资源效率方面仍有改进空间。”

更高的吞吐量、更低的延迟

联想数据中心集团存储主管Stuart McRae预测,随着服务器功能的增强和全闪存阵列存储速度的加快,存储架构将成为阻碍最佳端到端性能的瓶颈。他说:“NVMeoF将提高应用程序和网络的性能”,并指出转向采用NVMeoF的用户在吞吐量上将提高2倍,而延迟降低52%。

NVMeoF还为外部存储模块JBoFs (Just a Bunch of Flashes)中的NVMe SSD的汇集和共享开辟了道路。Kimmel介绍说:“把外部NVMe驱动器与低延迟、高效率的架构结合起来,然后访问它们,可以用共享资源替换服务器连接的内部SSD。这种模块存储分解技术发挥了仅限于通过光纤通道或者iSCSI SAN连接的共享存储阵列的优势。”

存储网络行业协会董事会成员J Metz认为,NVMeoF是一项许多IT领导都很难掌控的技术。他指出:“很长一段时间以来,数据中心存储确实在增长——学习新界面,学习新管理方法,或者学习一种新的盒子。”不过,NVMeoF是不同的。它改变了IT领导对计算功能和存储功能之间连接方式的看法。Metz说:“以前通常是一对一的关系,而现在这种关系可能是多对多的。”

基于架构的NVMe应用

毫不奇怪,对应用的性能和延迟非常敏感的企业将从NVMeoF中获益最多。McRae说,主要的用例包括数据库、分析应用程序、安全应用程序(例如,面部识别)和交易处理。他说:“例如,一个大型数据库对外部存储进行查询或者交易,其响应时间需求是即时的,那么这将受益于NVMeoF。”

依赖超高性能数据库的企业,如华尔街交易员,尤其期待NVMeoF。这些企业通常渴望采用性能最好的技术,而不考虑成本。Burgener说:“如果他们能使系统运行得更快,从每秒处理1000个交易增长到每秒5000个交易,那么他们就能赚更多的钱。”

然而,很多常规应用将很少甚至无法从NVMeoF中受益。McRae说:“并非所有的应用都需要低延迟、高吞吐量的性能。实例包括备份/存档、视频存储和传统的文件服务。”

另一方面,即使要求较低的应用也有可能在NVMeoF的支持下捆绑在一起,运行起来变得更快、响应更迅速。Burgener指出:“这就是我所说的‘通用混合工作负载整合。”

Metz预测:“有了基于架构的NVMe,未来几年会出现一些非常有创意的想法。”

消除对基于架构的NVMe的误解

与很多新兴技术一样,NVMeoF对很多企业来说还是个谜,特别是那些通常对现状感到满意的企业。例如,很多IT领导认为迁移到NVMeoF的成本将是非常昂贵的。McRae认为事实并非如此。他观察到:“最终,这项技术将成为所有企业购买产品的标准,每个人都能受益。今天,这种功能在很多交换机中都是标准的,因此部署它并不需要额外的成本。”

另一种误解是,NVMeoF可以作为神奇的子弹,几乎可以解决任何与速度有关的问题。Burgener指出:“如果您的应用程序运行缓慢,而您购买了性能更高的存储阵列,那么只有在存储成为问题的情况下才能使应用程序运行得更快。如果您已经在一个系统中运行了SSD,那么与使用HDD时相比,存储出问题的可能性要小得多。”

NVMeoF的确存在一个缺点,那就是NVMe巨大的功耗。

Burgener指出:“人们不得不考虑耗电问题。”NVMe设备比基于SCSI的SSD的功耗高得多。他指出:“如果企业的数据中心已经在接近其最大功率预算的情况下运行,那么,即使迁移到NVMe后占地空间会减小,但却可能会超出电力预算。”

基于架构的NVMe的规划和准备

随着NVMeoF注定成为主流技术,IT管理人员现在应该开始进行规划了。

Kimmel说:“成功地在产品中部署NVMeoF需要一个强大的生态系统来支持应用需求,而不仅仅是去实现一种协议。从机遇的角度来看,NVMeoF是数据中心体系结构发生重大变革的催化剂。”


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