一篇文章理解什麼是NVMe

由於NVMe的出現，硬盤的性能獲得了極大的提高。這個極大是多少呢？讀帶寬從500MB/s提升到了3200MB/s，寫帶寬從400MB/s提升到了1200MB/s左右。而讀IOPS則達到了50萬，甚至更高。也就是說，如今一塊基於NVMe的SSD硬盤的性能比一個企業級磁盤陣列還要好。 牛皮吹了這麼多，那到底什麼是NVMe呢？NVMe的全稱是Non-Volatile Memory Express，若是翻譯過來就是非易失性內存主機控制器接口規範。你可能仍是一頭霧水，那咱們上搜索引擎搜索一下這個關鍵詞，可能會獲得以下圖片。

廢話說了半天，到底什麼是NVMe呢？首先它是一種接口規範，其次它是用於存儲設備的接口規範。準確的說是目前最新的存儲設備通訊協議。 這個協議就比如SAS和SATA同樣，用於定義硬件接口和傳輸協議。

關於存儲的幾個概念

爲了完全搞清楚什麼是NVMe，咱們先理清楚幾個關於存儲的概念。 尺寸外形：也就是設備的形狀和大小，一般存儲設備的尺寸外形包括以下：

• 2.5寸或者3.5寸驅動器（在SFF標準中定義）
• M.2 和 PCI Express（PCIe）（在PCI-SIG標準中定義）

接口：也就是設備如何與計算機通訊。常見的存儲設備接口包括：

• SATA接口，一般用於2.5寸和3.5寸硬盤，有時候一些M.2設備也會使用
• PCI Express(PCIe)接口， 用於M.2和PCIe設備
• SAS（串行SCSI）和FC（Fibre Channel）接口，僅用於服務器領域和數據中心 PCIe接口要比SATA接口快的多，SATA3最大帶寬是6Gb/s，而基於4X PCIe的M.2接口最大能夠達到32Gb/s。

協議：定義瞭如何在計算機與設備之間傳輸數據。常見的協議包括：

• 用於SATA接口的AHCI或者ATA協議，
• 用於PCIe接口的NVMe協議

到這裏咱們應該比較清晰了，NVMe是運行在某種接口上的通訊協議，用於規範計算機與存儲設備的數據傳輸。上述設備尺寸、接口和協議一般是能夠組合的。下面是常見的集中組合形式。

• 一個2.5寸SSD硬盤，基於SATA接口，通訊協議是AHCI或者ATA。具體設備大概如圖2所示。

  

• 一個M.2的SSD， 基於PCIe接口，通訊協議是NVMe。具體設備大概如圖3所示。

  

• 一個PCIe的SSD，基於PCIe接口，通訊協議是NVMe。具體設備大概如圖4所示。

  

這裏只是給出了幾個具體的例子，便於你們理解接口、設備和協議的關係。具體來講，還有其它不少種組合形式，本文不在贅述。

爲何NVMe會這麼快

上面咱們介紹了什麼是NVMe，下面本文將介紹一下爲何NVMe如此之快（注意：這裏說的快是基於SSD設備的，若是是機械硬盤則否則）。因爲SSD自己的物理特性，其數據的訪問已經很是快了，性能的瓶頸就是出在計算機與設備鏈接的接口和協議上面。 咱們舉一個簡單的例子。好比咱們有一個倉庫會不斷的生產出產品來，咱們能夠機械手將產品從倉庫拿到其它地方（如圖5所示）。對於SATA的SSD，相似於一個單臂的機器人，倉庫生產的很快，但機器人每次只能拿一個，搬移的速度就比較慢。

然而對於基於NVMe的SSD呢？至關於這個機器人長了數百隻手，這樣速度顯然就比前者快的多了。

NVMe協議的原理也是如此，它本質是上創建了多個計算機與存儲設備的通路，這樣搬運數據的速度天然就提升了。在NVMe協議中，多個通路其實就是多個隊列，具體如圖7所示。在SATA中計算機與存儲設備只能有一個隊列，即便是多CPU狀況下，全部請求只能通過這樣一個狹窄的道路。而NVMe協議能夠最多有64K個隊列，每一個CPU或者核心均可以有一個隊列，這樣併發程度大大提高，性能也天然更高了。

今天只是一個入門，後面咱們再詳細的介紹關於NVMe的更多內容。若是以爲不錯，還請你們關注本號，若是以爲太爛，還請下面留言。

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