因?yàn)镹VMe的出現(xiàn)，硬盤(pán)的性能得到了極大的提升。這個(gè)極大是多少呢?讀帶寬從500MB/s提高到了3200MB/s，寫(xiě)帶寬從400MB/s提高到了1200MB/s左右。而讀IOPS則達(dá)到了50萬(wàn)，甚至更高。也就是說(shuō)，現(xiàn)在一塊基于NVMe的SSD硬盤(pán)的性能比一個(gè)企業(yè)級(jí)磁盤(pán)陣列還要好。

牛皮吹了這么多，那到底什么是NVMe呢?NVMe的全稱是Non-Volatile Memory Express，如果翻譯過(guò)來(lái)就是非易失性內(nèi)存主機(jī)控制器接口規(guī)范。你可能還是一頭霧水，那我們上搜索引擎搜索一下這個(gè)關(guān)鍵詞，可能會(huì)得到如下圖片。

圖1 NVMe存儲(chǔ)

廢話說(shuō)了半天，到底什么是NVMe呢?首先它是一種接口規(guī)范，其次它是用于存儲(chǔ)設(shè)備的接口規(guī)范。準(zhǔn)確的說(shuō)是目前***的存儲(chǔ)設(shè)備通信協(xié)議。這個(gè)協(xié)議就好比SAS和SATA一樣，用于定義硬件接口和傳輸協(xié)議。

關(guān)于存儲(chǔ)的幾個(gè)概念

為了徹底搞清楚什么是NVMe，我們先理清楚幾個(gè)關(guān)于存儲(chǔ)的概念。

尺寸外形：也就是設(shè)備的形狀和大小，通常存儲(chǔ)設(shè)備的尺寸外形包括如下：

• 2.5寸或者3.5寸驅(qū)動(dòng)器(在SFF標(biāo)準(zhǔn)中定義)
• M.2 和 PCI Express(PCIe)(在PCI-SIG標(biāo)準(zhǔn)中定義)

接口：也就是設(shè)備如何與計(jì)算機(jī)通信。常見(jiàn)的存儲(chǔ)設(shè)備接口包括：

• SATA接口，通常用于2.5寸和3.5寸硬盤(pán)，有時(shí)候一些M.2設(shè)備也會(huì)使用
• PCI Express(PCIe)接口， 用于M.2和PCIe設(shè)備
• SAS(串行SCSI)和FC(Fibre Channel)接口，僅用于服務(wù)器領(lǐng)域和數(shù)據(jù)中心
• PCIe接口要比SATA接口快的多，SATA3***帶寬是6Gb/s，而基于4X PCIe的M.2接口***可以達(dá)到32Gb/s。

協(xié)議：定義了如何在計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的協(xié)議包括：

• 用于SATA接口的AHCI或者ATA協(xié)議，
• 用于PCIe接口的NVMe協(xié)議

到這里我們應(yīng)該比較清晰了，NVMe是運(yùn)行在某種接口上的通信協(xié)議，用于規(guī)范計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。上述設(shè)備尺寸、接口和協(xié)議通常是可以組合的。下面是常見(jiàn)的集中組合形式。

一個(gè)2.5寸SSD硬盤(pán)，基于SATA接口，通信協(xié)議是AHCI或者ATA。具體設(shè)備大概如圖2所示。

圖2 SATA接口的SSD

一個(gè)M.2的SSD， 基于PCIe接口，通信協(xié)議是NVMe。具體設(shè)備大概如圖3所示。

圖3 M.2的SSD

一個(gè)PCIe的SSD，基于PCIe接口，通信協(xié)議是NVMe。具體設(shè)備大概如圖4所示。

圖4 PCIe的SSD

這里只是給出了幾個(gè)具體的例子，便于大家理解接口、設(shè)備和協(xié)議的關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，還有其它很多種組合形式，本文不在贅述。

為什么NVMe會(huì)這么快

上面我們介紹了什么是NVMe，下面本文將介紹一下為什么NVMe如此之快(注意：這里說(shuō)的快是基于SSD設(shè)備的，如果是機(jī)械硬盤(pán)則不然)。由于SSD本身的物理特性，其數(shù)據(jù)的訪問(wèn)已經(jīng)非常快了，性能的瓶頸就是出在計(jì)算機(jī)與設(shè)備連接的接口和協(xié)議上面。

我們舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。比如我們有一個(gè)倉(cāng)庫(kù)會(huì)不斷的生產(chǎn)出產(chǎn)品來(lái)，我們可以機(jī)械手將產(chǎn)品從倉(cāng)庫(kù)拿到其它地方(如圖5所示)。對(duì)于SATA的SSD，類(lèi)似于一個(gè)單臂的機(jī)器人，倉(cāng)庫(kù)生產(chǎn)的很快，但機(jī)器人每次只能拿一個(gè)，搬移的速度就比較慢。

圖5 單臂機(jī)器人

然而對(duì)于基于NVMe的SSD呢?相當(dāng)于這個(gè)機(jī)器人長(zhǎng)了數(shù)百只手，這樣速度顯然就比前者快的多了。

圖6 多臂機(jī)器人

NVMe協(xié)議的原理也是如此，它本質(zhì)是上建立了多個(gè)計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備的通路，這樣搬運(yùn)數(shù)據(jù)的速度自然就提高了。在NVMe協(xié)議中，多個(gè)通路其實(shí)就是多個(gè)隊(duì)列，具體如圖7所示。在SATA中計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)設(shè)備只能有一個(gè)隊(duì)列，即使是多CPU情況下，所有請(qǐng)求只能經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)狹窄的道路。而NVMe協(xié)議可以最多有64K個(gè)隊(duì)列，每個(gè)CPU或者核心都可以有一個(gè)隊(duì)列，這樣并發(fā)程度大大提升，性能也自然更高了。

圖7 NVMe的多隊(duì)列

今天只是一個(gè)入門(mén)，后面我們?cè)僭敿?xì)的介紹關(guān)于NVMe的更多內(nèi)容。