NVMeoF:给你数据中心里的速度与激情!

通过在网络架构上提供高速和低延迟存储功能,NVMeoF(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。

NVMeoF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发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。”

NVMeoF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NVMeoF,未来几年会出现一些非常有创意的想法。”

消除对NVMeoF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NVMeoF巨大的功耗。

Burgener指出:“人们不得不考虑耗电问题。”NVMeoF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NVMeoF后占地空间会减小,但却可能会超出电力预算。”

NVMeoF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。”

重要的第一步包括检查现有网络基础设施是否为NVMeoF做好了准备,包括是否有足够的网络带宽、虚拟网络的可组合性/可配置性,以及是否有可用的远程直接内存访问(RDMA)等。“此外,预测存储分解今后会带来哪些好处能为现在更好地协调部署决策提供依据。”Kimmel说。

服务器也需要为兼容NVMeoF做好准备。IBM闪存首席技术官兼IBM研究员Andy Walls建议,确定高速互联、光纤通道还是以太网,然后确保服务器配备了适当级别的主机总线适配器(HBA)。他补充说:“很多服务器需要更新的HBA才能支持这些标准。”

McRae说,开始部署支持NVMeoF的架构交换机也是一个好主意。他建议:“如果使用光纤通道,将把新交换机和适配器部署转移到具有NVMeoF的32GB解决方案。对于以太网,选择基于聚合以太网的RDMA(ROCE)25G或者更快的交换机。”

Kimmel建议,对于具体的应用情形,任何企业都不应在预测有净收益之前采用NVMeoF。他指出,还应该从大处着眼。以小规模实现的内部存储,例如在很多远程办公/分支机构应用情形中,可能无法从基于架构的存储中获得任何好处。

此外,内部存储仍然是最佳部署模式的大规模应用可能不需要NVMeoF,也不会从中受益。Kimmel说:“例子包括有极端带宽需求的应用情形,或者针对内部存储进行了优化的软件架构。”

NVMeoF展望

今年早些时候,出现了一种新的NVMeoF:基于TCP的NVMeoF,它发挥了简单有效的TCP/IP架构的优势。Burgener解释说:“在此之前,你必须购买定制硬件和定制驱动程序安装在服务器上,才能使用NVMeoF。刚开始发布的TCP版本不需要任何定制硬件或者软件。”

Burgener说,云规模网络基础设施企业将是最先采用这种新方法的企业。他说:“这些企业一直翘首以待。我们将看到它在脸书、谷歌以及亚马逊和微软Azure等云提供商那里实现。”

“这类企业不太可能把技术应用到他们所有的服务器上,至少不会立即应用。但他们希望有性能更好的存储选择,很容易实现,基本上不需要太多额外的成本。”

然而,其他潜在的NVMeoF采用者则应谨慎行事,因为NVMeoF的很多底层组件仍处于萌芽阶段。管理程序和操作系统刚刚开始全面支持多路径和非对称命名空间访问(ANA)。

Walls指出:“大部分数据中心都在等待这些标准成熟,然后才会大规模采用NVMeoF。然而,随着我们进入2019年和2020年,应用会越来越多,企业将开始实现效益。”

Burgener说,包括IBM、NetApp和Dell EMC以及Pure Storage在内的几家供应商已经在提供NVMeoF系统。他指出:“目前,我们还没有看到惠普或者日立发布的系统,但市场发展非常迅速。今年很可能会看到这些供应商发布的系统。”

作者:John Edwards是一位资深的商业技术记者。他的文章发表在《纽约时报》、《华盛顿邮报》以及很多商业和技术出版物上,包括CIO、ComputerWorld、《网络世界》、CFO杂志、IBM数据管理杂志、RFID杂志和《电子设计》等。

编译:Charles

原文网址:https://www.networkworld.com/article/3394296/nvme-over-fabrics-creates-data-center-storage-disruption.html

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