一篇文章講清什麼是NVMe
因為NVMe的出現，硬碟的性能得到了極大的提升。這個極大是多少呢？讀帶寬從500MB/s提高到了3200MB/s，寫帶寬從400MB/s提高到了1200MB/s左右。而讀IOPS則達到了50萬，甚至更高。也就是說，現在一塊基於NVMe的SSD硬碟的性能比一個企業級磁碟陣列還要好。 牛皮吹了這麼多，那到底什麼是NVMe呢？NVMe的全稱是Non-Volatile Memory Express，如果翻譯過來就是非易失性內存主機控制器介面規範。你可能還是一頭霧水，那我們上搜索引擎搜索一下這個關鍵詞，可能會得到如下圖片。
廢話說了半天，到底什麼是NVMe呢？首先它是一種介面規範，其次它是用於存儲設備的介面規範。準確的說是目前最新的存儲設備通信協議。這個協議就好比SAS和SATA一樣，用於定義硬體介面和傳輸協議。
關於存儲的幾個概念
為了徹底搞清楚什麼是NVMe，我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，通常存儲設備的尺寸外形包括如下：
- 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）
介面：也就是設備如何與計算機通信。常見的存儲設備介面包括：
- SATA介面，通常用於2.5寸和3.5寸硬碟，有時候一些M.2設備也會使用
- PCI Express(PCIe)介面， 用於M.2和PCIe設備
- SAS（串列SCSI）和FC（Fibre Channel）介面，僅用於伺服器領域和數據中心 PCIe介面要比SATA介面快的多，SATA3最大帶寬是6Gb/s，而基於4X PCIe的M.2介面最大可以達到32Gb/s。
協議：定義了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介面的AHCI或者ATA協議
- 用於PCIe介面的NVMe協議
到這裡我們應該比較清晰了，NVMe是運行在某種介面上的通信協議，用於規範計算機與存儲設備的數據傳輸。上述設備尺寸、介面和協議通常是可以組合的。下面是常見的集中組合形式。
- 一個2.5寸SSD硬碟，基於SATA介面，通信協議是AHCI或者ATA。具體設備大概如圖2所示。
- 一個M.2的SSD， 基於PCIe介面，通信協議是NVMe。具體設備大概如圖3所示。
- 一個PCIe的SSD，基於PCIe介面，通信協議是NVMe。具體設備大概如圖4所示。
這裡只是給出了幾個具體的例子，便於大家理解介面、設備和協議的關係。具體來說，還有其它很多種組合形式，本文不在贅述。
為什麼NVMe會這麼快
上面我們介紹了什麼是NVMe，下面本文將介紹一下為什麼NVMe如此之快（注意：這裡說的快是基於SSD設備的，如果是機械硬碟則不然）。由於SSD本身的物理特性，其數據的訪問已經非常快了，性能的瓶頸就是出在計算機與設備連接的介面和協議上面。 我們舉一個簡單的例子。比如我們有一個倉庫會不斷的生產出產品來，我們可以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，類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？相當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，它本質是上建立了多個計算機與存儲設備的通路，這樣搬運數據的速度自然就提高了。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，即使是多CPU情況下，所有請求只能經過這樣一個狹窄的道路。而NVMe協議可以最多有64K個隊列，每個CPU或者核心都可以有一個隊列，這樣並發程度大大提升，性能也自然更高了。
今天只是一個入門，後面我們再詳細的介紹關於NVMe的更多內容。如果覺得不錯，還請大家關注本號，如果覺得太爛，還請下面留言。
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