PCIe SSD助力数据中心腾飞

淘宝“双12”促销的结束基本给今年的网购狂欢画上了句号。在感叹阿里今年再创新高的同时，我们也清楚地意识到，随着移动和云计算的普及，企业IT消费化变革正在成为重塑企业IT市场的一股颠覆性力量。据IDC预测，云服务及相关技术支出将“在2014年中大幅增长25%，达到1000亿美元以上”。与过去30年个人电脑时代的企业级计算模式不同，今天个人手中的消费技术正在重新定义企业级计算的构建与使用方式。我们使用个人设备（BYOD），个人应用（BYOA）大量免费云服务以及企业级开源软件正引发企业级数据中心一次重大变革，为了满足这种新的变革，适应不同的需求，数据中心对存储IOPs的需求几乎会无止境地增长，效率要求越来越高，对延迟也带来了新的要求。再创记录的双十一、双十二促销就要求数据中心能够快速响应集中爆发的OLTP应用需求。所以，新一代存储需要满足大数据对存储的性能需求，而且可以通过软件的形式配置应用所需的IOPs和低延迟。

磁盘由于本身的结构，在数据读取过程中尤其是高IO读写时，寻道增加了响应时间，从而导致传统磁盘性能跟不上业务发展的需求，过去10年中，CPU性能增长了8~10倍，但是硬盘的速度只增长了1.2倍，硬盘一直是IT木桶中的一块短板。为缩短磁盘和CPU 性能，传统的做法是增加磁盘的数量，通过磁盘累加IOPS，这种做法带来的后果是维护成本的大幅度增加、而且造成数据中心占地和能耗的问题。为了解决数据中心性能和延迟的问题，SSD在数据中心应运而生。基于对数据生命周期的管理，一般来说将较高性能的数据存放在SSD上，而对于访问频率较低的数据，则动态的迁移到HDD上。这样完全可以同时满足不同的性能需求，因此， SSD已经越来越获得企业的关注和青睐。为了更好的利用SSD，发挥SSD低延迟和高IOPS的特性，数据中心也在做相关方面的尝试和优化。例如Facebook的嵌入式数据库 RocksDB（一种嵌入式Key-value存储系统），该数据库能够充分利用闪存的性能，大大提升应用服务器的速度。Facebook用RocksDB来驱动一些面向用户的应用，这些应用由于需要通过网络访问外部存储而性能低下，而且Facebook还用RocksDB来解决固态硬盘IO利用率不高相关的一些问题。但实际上催生RocksDB的最大动力来自服务器闪存存储卡的价格下滑，Facebook的定制服务器已经开始全面采用闪存。在Gartner发布的2012年闪存市场收入报告中，谷歌已经占全球闪存市场总收入的8.9%，位居全球4名，也预示数据中心闪存化已经到来。

PCIe SSD应运而生

根据SSD产品所采用的接口协议，其大致可以分为三种，即采用SATA接口的SSD、采用SAS接口的SSD和采用PCIe接口的SSD。前面二者主要以常见的2.5英寸硬盘形式出现，而PCIe接口的SSD则是以类似HBA卡的形式出现，有更低的延迟和更高的带宽，在饱受存储性能困扰的用户中非常受欢迎。在PCIe SSD大行其道的背后，却有一个功臣正在默默支持PCIe SSD，那就是NVM Express（NVMe）技术。NVMe是一个针对使用PCI Express SSD的企业和普通客户端系统开发的可扩展的主机控制芯片接口标准，其主要包含了优化的寄存器接口和指令集两个部分。目前NVMe由IT业界的80多个公司成员合作开发，其中包括我们所熟知的IDT、Oracle、Intel等公司，可谓是阵容庞大。此外，NVMe是为效率而生的架构，这主要表现在：首先，全双工、多请求处理能力以及无序处理能力给存储性能带来极大的提升;其次则是可扩展的接口带宽，从1路可扩展到16路，由此带来的实际效果就是可扩展的链路速度，从250M/s到500M/s，在到1000M/s，大大突破了传统存储介质的性能局限；并且与传统存储相比，其无可比拟的低延时和低成本投入，都在不断吸引着用户的注意力。目前NVMe标准不断完善，在最新版本中引入了新功能，其主要包括写零指令、数据拷贝指令、通用化的SGL支持和启用多路访问等四个方面，将原本需要主机全程参与的存储操作卸载到设备上完成。

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