在实际场景中如何选择 NVMe-oF 协议

Source: Carol Platz, Blueprint For Choosing The Right NVMe Storage Solution, December 6, 2022

NVMe已成为高性能SSD的最新协议，也因此而改变了存储行业。

NVMe 借助 PCIe 总线访问闪存，该总线具有64K个并行命令队列。这使得 NVMe 比只有一个命令队列的 SATA SSD 和硬盘更快。虽然 NVMe 最初是为高性能直连 PCIe SSD 设计的，但后来通过 NVMe over Fabrics （NVMe-oF） 进行了扩展，以支持机架级远程SSD池。

什么是 NVMe over Fabrics （NVMe-oF）

NVMe-oF 是一种端到端标准，可促进服务器和存储系统之间的高效数据传输。NVMe-oF 为云原生应用程序提供最佳存储特性。它将 NVMe 的低延迟和高性能特性扩展到整个网络架构，包括：

• NVMe-oF over Remote Direct Memory Access （RDMA）：提供了一种通过网络在两个计算机系统之间交换信息的方法，同时从任一计算机的主处理器卸载（offloading）网络数据的处理。

• 光纤通道上的 NVMe-oF：使用标准FC协议在存储阵列和服务器之间传输数据，该协议支持访问共享 NVMe 闪存。

• NVMe-oF over TCP/IP：使用 TCP 传输协议跨 IP（以太网）网络传输数据。

这三者支持创建具有高性能和低延迟的端到端 NVMe 存储解决方案。

NVME-oF 的实际应用

NVMe-oF 可确保高效的 CPU 使用率以及服务器和存储上的应用程序之间的更快连接。依赖直连存储（DAS）的数据中心由于使用了DAS，将经历进一步的整合。得益于更广泛的带宽可用性和更快的网络速度，应用程序现在可以在共享网络存储上运行。NVME-oF 使存储架构更加并行，同时消除了现代化应用程序中的瓶颈。业界已广泛接受NVMe-oF模型将取代iSCSI协议，成为计算服务器和存储服务器之间的通信标准，成为分布式存储的默认协议。

NVME-oF 和容器化应用程序

容器化应用程序是 NVMe-oF 的一个典型场景。Kubernetes 是一个开源容器编排系统，可自动执行软件部署、扩展和管理。运行云原生应用程序的服务器可能很容易让 Kubernetes 运行数十或数百个微服务，所有这些都需要高效、并行地访问存储。因此，由 Kubernetes 编排的云原生应用具有 NVMe-oF 可以满足的独特存储需求。大多数 Kubernetes 应用程序都是数据密集型的。这使它们成为通过 NVMe-oF 交付的高性能存储的理想选择。对于数据库等有状态应用程序尤其如此。这些需要存储的低延迟，以达到可接受的应用程序性能水平。如果应用本身要扩展，则此类应用的存储也必须能够轻松扩展。

NVME-oF 和公有云

在公有云方面，运营商希望拥有与本地相同的企业功能。然而，块存储的经济性，尤其是在考虑高性能卷时，是一个挑战。易用性是没有商量的余地的。高性能数据库和数据分析应用程序只是需要在公有云中进行高性能块存储的两个场景。这是NVME-oF擅长的领域。对于块存储，它归结为容量、性能以及执行快照和从中恢复数据的成本。正确的 NVME-oF 环境可以高效利用存储资源。其中包括压缩、精简配置、自动集群扩展以及免费快照和还原等。在此环境中使用 NVME-oF 可以提供更高水平的卷性能，每个卷的 IOPS 超过 150万，几乎是现有解决方案的 6 倍。

金融行业中的NVME-oF和实时数据分析

在金融行业中，NVME-oF的速度优势不容忽视。金融行业客户正在努力解决延迟问题，尤其是在高频交易平台方面。市场数据对时间敏感，业务必须提供实时分析。该行业的许多公司正在转向 NVME-oF 来访问一个环境，在那里他们可以获得更快、更可靠的存储，同时使实时分析成为可能。

电信行业的NVME-oF和复杂数据处理

NVMe-oF还解决了电信行业的复杂数据处理要求。在过去的几年里，随着越来越多的人将移动数据用于工作和娱乐，电信网络产生了大量数据。这给有效处理这种数据涌入带来了压力，其规模是提供竞争优势所需的。快速访问及时数据是任何希望保持相关性的电信公司的未来。使用NVMe-oF作为基础，电信行业的组织可以以比以前更快的速度访问相关信息。

NVME-oF和私有云

虽然市场上有许多云存储解决方案，但一些云提供商和企业选择在私有平台或私有云上构建其服务。组织选择构建私有云的原因有很多，包括提高安全性、法规遵从性和灵活性。私有云存储最重要的因素之一是数据访问的速度，这在很大程度上取决于后端存储设备的性能。NVMe-oF在这里可能是一个好处。现代化私有云部署模型通常包括一组计算节点，这些节点从 NMVe 存储节点中解耦。可以使用结构互连动态连接计算节点和存储节点。与直接连接的 NVMe SSD 相比，NVMe-oF 的目标是为存储系统增加不超过 10 微秒的延迟，这使得本地存储和远程存储之间的差异非常小。

NVME-oF 和边缘云

NVMe-oF 解决了边缘云的高速和低延迟要求。通过其定义和设计，边缘计算旨在消除将数据从端点移动到云并再次返回的需要。

各种 NVMe-oF 协议之间的优缺点

NVME-oF over FC

• 优势：高性能、低延迟、高可靠性、无损数据传输

• 劣势：高成本、需要特殊硬件、需要无损、理想情况下的 FC 网络、市场占用率低

NVMe-oF over Infiniband

• 优势：高带宽、低延迟、无损数据传输

• 劣势：高成本、需要特殊硬件、需要无损 Infiniband 网络、市场占用率最低

NVMe-oF over RoCE

• 优势：性能高于FC、比FC延迟更低、更易于使用

• 劣势：比FC成本低、需要特殊硬件、需要无损网络、市场占用率低

NVMe-oF over iWARP

• 优势：在标准 TCP/IP 网络上运行、易于部署

• 劣势：比 RoCE 更高延迟、最低的市场占用率

NVMe-oF over Omni-Path

• 优势：高吞吐量、低延迟

• 劣势：专有系统、市场占用率最低

NVMe-oF over TCP/IP

• 优势：高性能、低延迟、易于部署

• 劣势：延迟略高于 RoCE