NVMe Over Fabrics架构概述

NVMe Over Fabrics使用RDMA或光纤通道（FC）架构等Fabric技术取代PCIe传输。如图所示，除了基于RDMA架构的传输包括以太网（ROCE），InfiniBand和iWARP，当然，采用基于原生TCP（非RDMA）传输也是可能的（截至2018年7月，TCP技术仍在研发阶段）。

图RDMA和FC Fabric NVMe架构

图中所示的NVM子系统是一个或多个物理结构接口（端口）的集合，每个单独的控制器通常连接到单个端口。多个控制器可以共享一个端口。尽管允许NVM子系统的端口支持不同的NVMe传输，但实际上，单个端口可能仅支持单个传输类型。

注意：NVM子系统包括一个或多个控制器，一个或多个命名空间，一个或多个PCI Express端口，非易失性存储器存储介质，以及控制器和非易失性存储器存储介质之间的接口。

下图是一个存储阵列的示例，该阵列是由通过FC结构连接到3个主机的NVM子系统组成。

图：由通过Fabric连接到3个主机的NVM子系统组成的示例阵列

通常，NVM子系统呈现一个或多个NVMe控制器（最大约64K）的集合，其用于通过一个或多个（最多64K）NVM子系统端口访问与一个或多个主机相关联的命名空间。实际上，子系统控制器的数量或子系统端口的数量往往非常小。

NVMe Over Fabrics（NVMe-oF）也是基于NVMe架构，包括命令集和排队接口。除Admin和I/O命令外，它也支持Fabric命令。NVMe-oF在某些方面与基本NVMe规范有所不同（例如，不允许中断）,因为NVMe中的Interrupt的说法，仅仅限于NVMe over PCIe的架构，在NVMe over Fabric的架构下，不存在任何Interrupt的说法。

注意：有关NVMeover Fabrics与NVMe基本规范之间差异的完整列表，请参阅NVMe Over Fabric 1.0规范

控制器一次只与一个主机关联，而端口可以共享。NVMe允许主机通过相同的端口或不同的端口连接到NVM子系统中的多个控制器。

NVMe-oF支持发现服务，使用发现机制，主机可以获得具有主机可访问的名称空间的NVM子系统的列表，包括发现到NVM子系统的多个路径的能力。NVMe Identify Admin命令用于确定控制器的命名空间。

如前所述，NVMe规范支持多路径I/O和命名空间共享。虽然多路径I / O，命名空间共享，多主机连接和预留等概念并不相同，但为了方便将它们一起描述，它们在涉及多主机命名空间访问，尤其是在使用NVMe预订(Reservations)时有些相互关联。以下提供了这些概念的简要说明。

命名空间共享

命名空间共享是指两个或多个主机使用不同的NVMe控制器访问公共命名空间的能力。命名空间共享要求NVM子系统包含两个或更多控制器。

下图显示了两个NVMe控制器通过两个NVM子系统端口连接的示例; 在此示例中，命名空间B（NS B）由两个控制器共享。NVMe操作可用于协调对共享命名空间的访问。与共享命名空间相关联的控制器可以同时在命名空间上操作。可以使用全局唯一标识符或与命名空间本身关联的命名空间ID（NSID）来确定何时存在到同一共享命名空间的多个路径。

NVM子系统不需要将相同的命名空间附加到所有控制器。在图中，只有命名空间B被共享并连接到控制器。

注：当前的NVMe规范未指定跨NVM子系统的命名空间共享，这在NVMe 1.4规范草案中得到了解决。

图：具有对共享命名空间的专用端口访问的示例

多路径

NVMe多路径I/O是指单个主机和命名空间之间的两个或多个完全独立的路径。每个路径使用自己的控制器，尽管多个控制器可以共享子系统端口。命名空间共享等多路径I/O要求NVM子系统包含两个或更多控制器。

在下图所示的示例中，主机A通过控制器1和控制器2具有2个路径。NVMe标准技术委员会目前正在制定关于多路径I/O的规范草案。

多主机连接和预留

NVMe预留功能类似于SCSI-3持久保留，可用于提供两个或多个主机用于协调对共享命名空间的访问的功能。命名空间上的NVMe预留限制了主机对该命名空间的访问。例如，受驱动程序支持的VMware ESXi可以使用NVMe预订来支持使用VM的MicrosoftWindows Server故障转移群集。

NVMe预留需要主机和命名空间之间的关联。多路径I/O和命名空间共享环境中的每个控制器只与一个主机相关联，如下图中的示例所示。主机可以通过向与其关联的每个控制器注册相同的主机ID来与多个控制器相关联。

注意：为了唯一标识主机ID，控制器可以支持以下两种格式之一：

1）64位主机标识符

2）扩展的128位主机标识符; NVMeOver Fabrics需要128位扩展格式

如下图所示的示例中，主机A与2个控制器相关联，而主机B与单个控制器相关联。主机标识符（例如，主机ID A）允许NVM子系统识别与同一主机（例如，主机A）相关联的控制器，并保留跨这些控制器的预留属性。

图：对共享命名空间的多主机访问

提醒一下，NVMe-oF是一种通过可扩展的方式在主流互连上扩展NVMe架构的事实标准。该标准旨在使非易失性存储器快速基于消息的命令能够 通过网络在主计算机和目标固态存储设备或系统之间传输数据。主要的好处包括提高性能，减少网络延迟和瓶颈。

关于NVMe-oF/TCP

一个更有趣的新发展是NVMe和传输控制协议（TCP）的新传输绑定。对开发人员来说，好处是迁移NVMe技术到Internet小型计算机系统接口（iSCSI）。对于希望利用其以太网基础设施并避免远程直接内存访问（RDMA）协议的复杂性的企业而言，NVMe-oF/TCP是一个很好的选择。

NVMe-oF的传输无关性意味着NVMe-oF可以支持所有传输，目前有几种主流传输方式：RoCEv2，iWARP，InfiniBand和FCoE（以太网光纤通道/FC）。这里面有一些传输使用我们的规范中包含的RDMA协议实现绑定，但目前NVMe相关组织在正在添加TCP以满足市场需求。

业界对NVMe-oF /TCP标准持乐观态度， 许多行业领导者都支持它，包括Facebook，谷歌，戴尔EMC，英特尔和其他公司。

外部存储市场已经开始采用NVMe-oF技术，我们希望企业客户能够继续在高性能要求的应用中使用和部署它。目前已经看到顶级供应商，包括Broadcom，思科，英特尔，IBM等，并宣布推出NVMe-oF解决方案。

NVMe-oF的未来在企业存储领域是光明的，新兴的计算密集型市场需要NVMe-oF技术。

人工智能，机器学习和实时分析都需要NVMe-oF提供的更低延迟和更快的吞吐量。NVMe-oF技术具有许多优势，可以满足新的应用需求。在服务器端，NVMe-oF减少了操作系统存储堆栈的长度，从而可以更有效地进行连接。在存储阵列方面，由于通过目标堆栈的路径较短，从而改善阵列性能。

然而，最重要的好处之一是NVMe-oF利用存储阵列的原有技术，通过从SAS/SATA驱动器转移到NVMe SSD，加速解决方案上市。

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来源： https://blog.51cto.com/u_15127636/2766849