NVMe概况

简介

NVMe是为满足企业和客户系统需求，利用基于PCIe的固态存储，而精心设计的一个优化的，高效的，可伸缩主机控制器接口。NVMe是为非易失性内存(NVM)技术从头开始全新构建的，目的在于超越硬盘驱动器技术的黑暗时代。从今天的NAND闪存技术到未来高性能、持久的内存技术，用这些非易失存储构建存储设备，NVMe的设计为这些非易失存储（NVM）构建的存储设备提供高效访问。

有几个NVMe设法解决的性能指标，包括带宽，IOPs，时延。例如，串行ATA最大可能的IOPs是200000【20万】，而NVMe设备已经被证明可以超过1000000【100万】IOPs。通过支持PCIe和网络（例如RDMA，FC）NVMe能够支持比SATA或SAS高很多的带宽（例如PCIe Gen3 x4达到4GB/s）。下一代内存技术可能使读访问时延低于一个微秒，要求新的协议包括软件栈在内能够低于10微秒的端到端时延。

对存储来说，从软件栈到硬件设备和系统，NVMe是一个全新的架构。

历史和路标

NVMe协议优势

NVMe作为一种存储协议，被从头开始设计用于非易失性内存(NVM)，包括当前的NAND flash技术和下一代NVM技术。因此，它没有像为硬盘驱动器设计的存储协议那样做相同的限制。

NVMe协议支持多个深度队列，这是对传统SAS和SATA协议的改进。典型的SAS设备在一个队列中最多支持256条命令，而SATA设备最多支持32条命令。这些对于硬盘驱动器技术来说已经足够了，但是不能充分利用当前和下一代NVM技术。

与此相反，NVMe支持每个队列64K命令，最多支持64K队列。这些队列的设计使得I/O命令和对这些命令的响应操作在相同的处理器内核上，并且可以利用多核处理器的并行处理能力。每个应用程序或线程都可以有自己独立的队列，因此不需要I/O锁定。NVMe还支持MSI-X和中断控制，这可以防止CPU级别的瓶颈，并在系统扩展时支持大规模的可伸缩性。

此外，NVMe有一个精简而简单的命令集，它使用不到SAS或SATA一半的CPU指令来处理I/O请求，在主机软件堆栈中提供更高的每CPU指令周期IOPS和更低的I/O延迟。NVMe还支持企业特性(如预订)和客户端特性(如电源管理)，将改进的效率扩展到I/O之外。

接口形式和功耗

NVMe专注于存储协议，可以处理各种形式的接口。这些包括：

• M.2形式
• U.2 2.5-inch驱动器形式（以前称为SFF-8639）
• Add-in PCIe卡（AIC）

NVMe功率范围从全功率企业设备到低功率移动设备。NVMe还利用处理器电源状态的优势。

操作系统支持

在一下环境中已经支持NVMe。

存储安全

NVMe通过支持隧道协议解决当前的数据隐私问题，该协议提供可信计算组(TCG)和其他相关社区生成的安全特性。

计划为NVMe设备和系统提供的功能包括简单的访问控制、静态数据保护、密码擦除、清除级擦除和其他功能。

有关NVMe存储安全性的其他信息，请参阅可信计算组和NVM Express联合白皮书:TCG storage, Opal和NVMe，网址为http://www.nvmexpress.org/white-papers/

总结

NVMe正在迅速获得消费者和供应商的认可。一些行业分析师预测，NVMe将在未来几年成为主流的存储接口。由于其高性能和低延迟特性，以及几乎所有平台的可用性，NVMe是一个行业进程的改变者。

与以往任何存储协议不同，存储设备和存储子系统第一次有了与主机操作的根本不同的方式。精简的指令、较低的延迟软件堆栈、队列的并行性和较大的队列深度，以及非易失性内存的设计，提供了以前从未听说过的I/O和吞吐率，以及有史以来最低的存储延迟。