پلتفرم NVMe-over: چگونه فضای ذخیره سازی مشترک را ایجاد می کند

حافظه سریع پایدار فضای ذخیره سازی سریع فلش را به دیتاسنتر آورده است اما به NVMe-oF نیاز دارد تا بتواند مزایای دسترسی سریع و تأخیر کم را به ذخیره سازی مشترک SAN و NAS برساند.

تقریباً یک دهه است که گروه کاری NVM Express نسخه اول استاندارد NVMe را منتشر کرده است. از آن زمان به بعد ، این فناوری به رابط فزاینده ای برای SSD تبدیل شده است.  

آنچه شرکت ها به آن نیاز دارند این است که حافظه فلش را به صورت یکپارچه برای باز کردن مزایای عملکرد و جایگزینی فناوری SAN متمرکز بر دیسک ، مانند iSCSI و فیبر نوری از طریق شبکه متصل کنند، (NVMe-oF) این کار را انجام می دهند. NVMe از گذرگاه PCI Express به جای رابط های قدیمی مانند SATA و SAS – طراحی شده برای چرخاندن دیسک استفاده می کند و بنابراین بسیاری از مشکلات بین پردازنده و استوریج را برطرف می کند. که IOPS بالا ، تأخیر کم و معماری موازی را با چندین کانال متصل به پردازنده و حافظه فلش به ارمغان می آورد ، NVMe را به یک انتخاب عالی تبدیل می کند.

نکته اصلی ، برای استقرار استوریج های سازمانی، در دسترس قرار دادن این مورد از طریق فضای ذخیره سازی مشترک است. این همان چیزی است که NVMe-oF سعی در حل آن دارد.

NVMe-oF طیف گسترده ای از فناوری ها را توصیف می کند.‌ . هرکدام با حجم کار و موارد مختلفی متناسب هستند و مزایای عملکردی متفاوتی را ارائه می دهند.

کاربرد NVMe-oF نیز به زیرساخت های موجود شرکت و پروتکل هایی که استفاده می کنند بستگی دارد و اینکه آیا ارتقا هر دو برای بهبود عملکرد ذخیره سازی ارزش دارد.

NVMe-oF با قرار دادن دستورات NVMe در یکی از چندین پروتکل شبکه کار می کند. این موارد شامل Fiber Channel، iWARP، RDMA over Converged Ethernet، (RoCE)، Infiniband و اخیراً TCP است.

برخی از تأمین کنندگان سرعت حداکثر 100 گیگابیت بر ثانیه را نسبت به Infiniband و Ethernet ادعا می کنند. کانال فیبر معمولاً تا 32 گیگابیت بر ثانیه کندتر است.

معایب اصلی NVMe-oF پیچیدگی و هزینه آن است. برای بهره مندی از NVMe-oF ، شرکت ها باید در سخت افزارهای جدید سرمایه گذاری کنند و این احتمالاً شامل شبکه و همچنین سیستم های ذخیره سازی است.

این فناوری هنوز هم نسبتاً جدید است ، بنابراین به احتمال زیاد از برنامه های با کارایی بالا پشتیبانی می کند- که شامل هوش مصنوعی و یادگیری ماشین ، تجزیه و تحلیل تجاری در مقیاس بزرگ و برنامه های حساس به زمان و غنی از داده در زمینه هایی مانند خدمات مالی است.

جولیا پالمر ، معاون تحقیقاتی تحلیل گران گارتنر ، می گوید: “امروز ، قبول NVMe-oF توسط سازمان ها به طور كلی متوسط ​​است.” “پیچیدگی و هزینه های حافظه سریع پایدار در حال حاضر موانعی برای پذیرش گسترده این فناوری است و در آینده نزدیک نیز ادامه خواهد داشت.”

“انواع بارهای بسیار کارآمد – AI / ML ، پایگاه داده های محاسباتی با عملکرد بالا در حافظه یا پردازش معاملات – می توانند NVMe-oF را از امروز استفاده کنند. اما بیشتر بارهای جریان اصلی برنامه ریزی انتقال سریع به معماری NVMe را ندارند. “

کارایی

عملکرد اولین و مهمترین دلیل برای استفاده از NVMe است. . ورود حافظه Flash به این معنی است که عملکرد شبکه به جای سرعت خواندن-نوشتن درایو ، یک تنگنا است. با تأخیر کم ، بهبود IOPS و توانایی خواندن یا نوشتن به صورت موازی از فضای ذخیره سازی ، تنگنای ذخیره سازی را رفع کرد که دستیابی به آن با دیسک چرخان سخت است.

NVMe-oF این عملکرد را به فضای ذخیره سازی مشترک منتقل می کند و دارای مزایای اضافی مانند توانایی افزایش سطح است- سیستم های حافظه سریع پایدار می توانند هزاران دستگاه را پشتیبانی کنند- و ایجاد چندین مسیر بین آغازگر میزبان حافظه سریع پایدار و فضای ذخیره سازی و همچنین پشتیبانی از چند میزبان.

نتیجه  سیستم های بزرگ ، سریع و انعطاف پذیر است که، می تواند سخت ترین کارهای محاسباتی را مانند شبکه انجام دهد.

پروتکل های NVME OF

NVMe-oF یک استاندارد انعطاف پذیر است. از آنجا که از طیف وسیعی از معماری شبکه پشتیبانی می کند ، CIO ها شانس خوبی برای استفاده مجدد از برخی از دارایی های SAN خود دارند ، به طور مستقیم یا از طریق یک نسخه جدید.

پشتیبانی گسترده صنعت از NVMe-oF به این معنی است که تأمین کنندگان موجود نیز ممکن است راهی به این فناوری داشته باشند.

سیستم هایی که از RDMA استفاده می کنند ، در دو نسخه وجود دارند: RDMA over Converged Ethernet و Internet Wide Area RDMA Protocol (iWARP) که از طریق Ethernet یا InfiniBand کار می کند.

پیاده سازی های RDMA معمولاً برای اطمینان از عملکرد ، شبکه های جدیدی هستند. در همین حال ، Fiber Channel Gen 6 از NVMe-over-FC و همچنین فضای ذخیره سازی تعریف شده توسط نرم افزار پشتیبانی می کند.

جدیدترین گزینه ، NVMe-over-TCP ، امکان استفاده از هر شبکه اترنت با سرعت کافی را فراهم می کند. به همین ترتیب ، این یک ارتقا منطقی برای سازمان هایی است که از ذخیره سازی iSCSI SAN استفاده می کنند.

طبق گفته Gartner’s Palmer ، NVMe-over-TCP مانع را برای پذیرش جریان اصلی NVMe-oF برطرف می کند. اما ، او هشدار می دهد ، این فناوری هنوز پشتیبانی گسترده  از فروشندگان  ندارد.

استفاده از زیرساخت های موجود

بیشتر سیستم های NVMe-oF مبتنی بر RDMA “ساخت جدید” خواهند بود ، اما انعطاف پذیری حافظه سریع پایدار به معنای وجود گزینه های دیگری است. ارتقا کانال فیبر برای پشتیبانی از ذخیره سازی حافه سریع پایدار می تواند ساده ترین مسیر باشد: : سیستم های Gen6 FC می توانند با NVMe-oF همزیستی داشته باشند ، به شرط آنکه HBA ها حداقل Gbps 16و ترجیحاً Gbps 32باشند و اهداف استوریج از NVMe-oF پشتیبانی کنند.

بدنه صنعت فیبر کانال ، FCIA ، فروشندگان را به سمت ساخت دستگاههایی سوق می دهد که بتوانند از یک آداپتور واحد از دیسک چرخان ، SSD و NVMe پشتیبانی کنند.

NVMe-over-TCP باید حتی انعطاف پذیرتر باشد. . این کمترین ارتقا را نشان می دهد ، زیرا زیرساخت های شبکه اترنت موجود می توانند در صورت توانایی کافی سوئیچ ها و کنترل کننده های شبکه ، دوباره مورد استفاده قرار گیرند.

 NVMe-oF انعظاف پذیری را ایجاد می کند

NVMe-oF به دلیل پشتیبانی گسترده از صنعت انعطاف پذیر است ، و به دلیل اینکه بلوک های سازنده – ذخیره سازی فلش متصل به حافظه سریع پایدار ، کانال فیبر ، Infiniband و TCP کاملاً زیرپوشش هستند.

ذخیره سازی با استفاده از نرم افزار را اضافه کنید و به کمک آن می توانید از ذخیره سازی مبتنی بر حافظه سریع پایدار در NAS و همچنین تنظیمات SAN و پیوست مستقیم استفاده کنید و به تیم های فناوری اطلاعات امکان می دهد تعداد فروشندگانی را که سخت افزار ذخیره سازی برای شبکه تهیه می کنند را کاهش دهند.

با این حال ، برای هرجایی که عملکرد مطلق مهم است ، CIO ها می توانند RDMA را انتخاب کنند ، در این صورت با احتساب مقیاس پذیری کمتر.

NVMe oF موارد استفاده

موارد استفاده برای NVMe-oF معمولاً فقط با بودجه محدود می شود. تعداد کارهای کمی وجود دارد که از انتقال به NVMe سود نمی برد.

هزینه – و هزینه طراحی مجدد سیستم ها برای پشتیبانی از فناوری NVMe-oF –  مناطقی که عملکرد بسیار حیاتی است محدود کرده است.

اینها در درجه اول بارهای محاسباتی با کارایی بالا (HPC) ، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین ، و تجزیه و تحلیل ، به ویژه تجزیه و تحلیل در سیستم عامل های جدیدتر مانند Splunk ، Tableau و MongoDB است.

عملکرد برای NVMe-oF به گونه ای است که شکاف بین یک سیستم مبتنی بر شبکه و ذخیره سازی فلش مستقیم متصل می شود و مطمئناً در عملکرد ، مورد نیاز برنامه های سازمانی است.

انعطاف پذیری حافظه سریع پایدار به تیم های فناوری اطلاعات این امکان را می دهد که با سرمایه گذاری زیر 100000 دلار آمریکا شروع به کار کنند.

یادداشت های پالمر. :”بیشتر فروشندگان آرایه های ذخیره سازی آرایه های حالت جامد را با حافظه داخلی حافظه سریع پایدار ارائه می دهند،  طی 12 ماه آینده ، تعداد بیشتری از تأمین کنندگان زیرساخت پشتیبانی از اتصال NVMe-oF را برای محاسبات میزبان ارائه می دهند. “

یک نقطه ضعف NVMe-oF این است که با معماری مبتنی بر فلش حافظه سریع پایدار منفی است. نرم افزار نیاز به نوشتن یا بازنویسی دارد تا ویژگی های آن فراهم شود ، مهمترین دلیل آن این نیست که عملکرد ذخیره سازی فلش می تواند با گذشت زمان کاهش یابد.

اما این یک اشکال خاص برای NVMe-oF نیست ، و با ذخیره سازی مبتنی بر NVMe که اکنون در سرورهای سازمانی گسترده شده است ، این مشکلی است که اکثر تأمین کنندگان و تیم های IT قبلاً آن را حل کرده اند.