PCIe元年？浅析PCIe在存储系统中的优势

随着企业级存储系统中对各种存储设备中数据的需求越来越大，用户有必要使用端到端的数据转换协议，如通过PCI Express(PCIe)确保高质量高带宽传输。PCIe G3规格支持每道8G/s的数据传输带宽，因此可以让主服务器在存储设备和系统缓存之间进行高速数据传输。

对速度的需求

从架构而言，存储平台由四个设计组件组成：CPU，缓存，存储和主机界面。随着数据域虚拟化需求的提高，对存储系统的传输速度也有多重要求。现在CPU由多核组成，可以每两到三年就令其性能翻倍。存储和缓存子系统在增加带宽(用于HDD的SAS/SATA 3.0，基于闪存的SSD和用于缓存的DDR3)。现在的问题在于如何通过SAS/SATA，PCIe，USB3.0和UFS等优化主机界面提高其性能，灵活性和可靠性。

带宽时存储平台的关键需求，因为查询的数量，SSD设备和存储设备的传输量都在增长。PCIe通过增加频率(PCIe G3)和使用多通道(x1， x2， x4， x8， x16， 或x32)的方式。原始数据带宽已经从PCIe G1中的250Mbps增长为PCIe G3的1G/s。此外， G3中的数据连接完整性和均衡性将促进PCIe的推广，且在性能改善的同时，成本和能耗会显著减少。在初始化期间，PCIe连接在不涉及固件或操作系统的情况下得到提升。

因此，Gen3 x4 链接的容量比SATA/SAS 3.0的600MB/s要大。所以PCIe G3带宽可以支持多个ONFI 3.0 ，快速闪存的10个通道可超过500MB/S。同样，PCIe G3可以保持更高的数据传输速率，而即便SAS/SATA容量用完，存储平台的主机命令也有剩余空间可用。

虚拟化的作用

虚拟化可以启用高级资源共享改善存储平台的灵活性和性能。虚拟化可以实现单一存储系统上的多系统映射(SIs)。所以，单个的物理I/O设备可作为多虚拟设备使用，还可以单独服务多系统映射。

可使用纯软件方法解决虚拟化问题。在这个案例中，一个虚拟化的中介被用作虚拟化。虚拟化中介仅对从系统映射到硬件的连接负责。这一方案无法扩展，虚拟化的中介也成为性能瓶颈。

PCIe I/O虚拟化(IOV)为虚拟化添加硬件支持解决了这一问题。丰富的PCIe虚拟化特性减少了虚拟中介软件的开销，使其为其在一个合理的范围。这种PCIe设备中IOV的硬件加速导致延时的锐减，而且较纯软件的虚拟化方案而言，传输量也获得改善。

本地虚拟化与基于虚拟中介的IOV相比，传输量翻了一番。PCIe将虚拟化藏于存储系统之外，使其察觉不到自己正被共享。同样，PCIe具有向后兼容性(Gen1/2和PCI)；这意味着如果一个支持IOV的设备被插入不能识别IOV的软件/固件时，该设备会被视为基础PCIe设备，仍能发挥作用。而且，PCIe为不同的系统拓扑结构都提供了IOV，例如，单root和多root(刀片系统)。有了这些性能后，就有机会让存储系统利用PCIe IOV了。

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