U svijetu masovne pohrane podataka postoji mnogo protokola za prijenos podataka. Jedan od najmodernijih je Non-Volatile Memory Express (NVMe), čiji puni naziv glasi Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification (NVMHCIS).
NVMe je razvijen s ciljem optimizacije za flash-based medije za pohranu podataka, poput Solid-State Driveova (SSD). Kao logičko sučelje, NVMe povezuje flash memoriju s računarima, serverima, radnim stanicama, ali sve češće i gaming PC-jevima.
Prednosti NVMe tehnologije
NVMe nudi brojne prednosti u odnosu na starije protokole poput SATA. Osim optimizacije za flash memoriju, NVMe podržava višenitno izvršavanje, visoke IOPS performanse, nisku latenciju i bolju skalabilnost. Jedna od ključnih prednosti je što ne zahtijeva drajvere specifične za proizvođača, što ga čini kompatibilnim s različitim operativnim sistemima.
NVMe koristi postojeći PCIe standard za paralelnu obradu podataka, podržavajući različite verzije flash memorije, uključujući PCIe, SFF (Small Form Factor) s U.2 konektorom ili NGSFF (Next Generation Small Form Factor), poznatiji kao M.2. Dodatne prednosti uključuju hot-swap mogućnost i mali skup instrukcija s niskim opterećenjem, što ga čini idealnim za radne stanice, hosting i zahtjevne zadatke.
NVMe sučelje značajno smanjuje ulazne i izlazne naredbe u memoriji, podržavajući drajvere operativnih sistema koji rade u interrupt ili polling modu. Ovo osigurava bolje performanse i manje kašnjenja.
Arhitektura NVMe ima visokoperformantni mehanizam za redove čekanja, koji podržava do 65.535 I/O redova s do 65.535 naredbi po redu. Ovo je ogroman napredak u odnosu na SATA (1 red, 32 unosa) i SAS (1 red, 256 unosa). Budući da se redovi dodjeljuju jezgrima procesora, performanse se mogu skalirati.
NVMe-MI i NVMe-oF: Proširenje mogućnosti
Od osnovne NVMe specifikacije razvijene su dodatne specifikacije za specifične svrhe, poput NVMe-MI i NVMe-oF.
- NVMe Management Interface (NVMe-MI):
Arhitektura za nadzor i konfiguraciju hardvera za pohranu (temperatura, performanse, zdravlje itd.) kroz in-band i out-of-band upravljanje. - NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF):
Omogućuje brži prijenos podataka u mrežama putem Etherneta, Fibre Channela ili InfiniBanda.
NVMe over Fabrics (NVMe-oF)
Kako bi se NVMe proširio na mrežne okvire, razvijen je NVMe over Fabrics (NVMe-oF). Ovaj standard omogućuje korištenje NVMe za prijenos podataka putem Etherneta, Fibre Channela ili InfiniBanda, što ga čini idealnim za moderne mrežne infrastrukture.
Tradicionalni standardi za pohranu podataka, poput SCSI, Fibre Channela (FC) i SAS, postali su zastarjeli. Njihov nasljednik, iSCSI, omogućio je prijenos podataka na udaljene lokacije, ali s velikim opterećenjem paketa podataka. S druge strane, Fibre Channel zahtijeva skup hardver.
NVMe-oF rješava ove probleme:
- Omogućuje 10-15% bolje performanse prijenosa.
- Povezuje tisuće NVMe hostova putem NVMe kontrolera i mrežne infrastrukture.
- Koristi multi-queue mehanizam s odvojenim redovima, koji mogu podržati do 65.000 naredbi, čime se optimalno koriste resursi.
Prije NVMe, SATA i PCIe nisu mogli u potpunosti iskoristiti potencijal flash memorije. NVMe je omogućio potpuno iskorištavanje performansi SSD-ova s PCIe sučeljem, a NVMe-oF je proširio te mogućnosti na mreže, omogućujući brži i efikasniji pristup podacima uz manje opterećenje servera.
Varijante NVMe-oF
NVMe-oF standard je dalje razvijen za različite scenarije, uključujući:
- NVMe over TCP:
Proširenje na TCP/IP mreže (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). - NVMe over RDMA (Remote Direct Memory Access):
Podržava različite mrežne protokole bez potrebe za slojem kontrolera pohrane. Uključuje podvarijante poput RoCE (RDMA over Converged Ethernet), iWARP (Internet Wide Area RDMA Protocol) i InfiniBanda.
NVMe-oF u praksi: Virtualizacija i “Software-Defined” trend
Primjenom NVMe-oF koncepta na cijele kompanije ili data centre, otvaraju se nove mogućnosti:
- Kombiniranjem flash-based pogona u “pool” (virtualizacija), fizička pohrana se odvaja od hardverskog kontrolera.
- Ova apstrakcija i virtualna kombinacija više pogona rezultira JBoF (“Just a Bunch of Flash drives”), koji nudi bolje performanse od SATA/SAS.
- Glavna inovacija je stvaranje zajedničke mrežne pohrane, gdje aplikacije mogu raditi na centralnoj mrežnoj pohrani umjesto na host hardveru.
NVMe-oF omogućuje pristup NVMe kontrolerima u mreži kao da su lokalni diskovi, približavajući mreže i data centre. Ova tehnologija u potpunosti prati “software-defined” trend, čiji je cilj rad s virtualiziranim, kodno baziranim konceptima.
Zaključak
NVMe i NVMe-oF predstavljaju revoluciju u svijetu pohrane podataka, nudeći nevjerovatne brzine, skalabilnost i efikasnost. Bilo da se radi o lokalnim sistemima ili mrežnim infrastrukturama, ove tehnologije postavljaju nove standarde za performanse i pouzdanost. Ako tražite najbolje rješenje za pohranu podataka, NVMe i NVMe-oF su siguran izbor.
