معرفی NVME و مزایایی که به همراه دارد

امروزه بسیاری از سرورها از NVMe استفاده می‌کنند. اما NVMe چیست؟ NVMe (مخفف عبارت Non-Volatile Memory Express، رابط کنترل‌کننده‌ هاست حافظه غیرفرار) یک پروتکل جدید برای دسترسی به رسانه‌های ذخیره‌سازی با سرعت بالا است که در مقایسه با پروتکل‌های قدیمی مزایای بسیاری به همراه دارد. اما چرا استفاده از آن برای کسب‌وکارهای داده محور مهم است؟

از آن‌جایی که کسب‌وکارها با رشد دائمی داده‌ها دست و پنجه نرم می‌کنند، باید در مورد چگونگی در اختیار گرفتن، ذخیره، دسترسی به داده‌ها و تبدیل آن‌ها تجدیدنظر کنند.

استفاده از هارد NVMe تأثیر زیادی روی کسب‌وکارهایی دارد که باید به‌صورت آنی از داده‌ها برای انجام کارهایی مانند تجزیه و تحلیل استفاده کنند. بنابراین این مطلب را به معرفی NVMe اختصاص دادیم و نحوه کار این معماری ذخیره‌سازی را از لحاظ فنی بررسی می‌کنیم.

همچنین درباره مزایای NVMe برای کسب و کارها صحبت می‌کنیم و این که چگونه مشتریان از هارد NVMe، پلتفرم‌ها و سیستم‌های ذخیره‌سازی فلش با امکانات کامل برای کاربردهای گوناگون از اینترنت اشیاء گرفته تا بازی‌ها استفاده می‌کنند. پس تا انتها همراه ما باشید.

تکامل NVMe

اولین هاردهای اس اس دی مبتنی بر فلش نهایت از رابط‌های فیزیکی و پروتکل‌های ساتا و SAS استفاده می‌کردند تا تغییرات را در سیستم‌های ذخیره سازی HDD و سرورهای شرکتی دارای چنین هاردهایی به حداقل برسانند.

با این حال، هیچ یک از این رابط‌ها و پروتکل‌ها برای فضای ذخیره سازی با سرعت بالا (به عنوان مثال NAND یا حافظه پایدار) طراحی نشده بودند.

به دلیل سرعت رابط، عملکرد رسانه ذخیره‌سازی جدید و نزدیکی به پردازنده مرکزی،PCI Express  (PCIe يا اتصال سریع قطعات جانبی) انتخاب عقلانی برای نسل جدید رابط ذخیره‌سازی بود.

اسلات‌های PCIe با فراهم كردن دسترسي شبیه به حافظه مستقیما به پردازنده متصل می‌شوند و می‌توانند یک پشته نرم افزاری بسیار کارآمد را اجرا کنند.

با این حال، SSDهای اولیه با رابط PCIe از استانداردهای صنعتي و ویژگی‌های سازمانی برخوردار نبودند. آن‌ها از سیستم عامل اختصاصی استفاده می‌کردند که به دلایل مختلف از جمله الف) اجرا و نگهداری سیستم عامل دستگاه، ب) عدم سازگاری فرم‌ویر و دستگاه با نرم‌افزارهای سیستمی مختلف و ج) هميشه استفاده نكردن از خطوط موجود و نزدیک نبودن به پردازنده، برای مقیاس‌گذاری سیستم بسیار چالش‌برانگیز بودند.

در مقابل ویژگی‌های NVMe به شکلی است که به این محدودیت‌ها غلبه می‌کند.

NVMe چیست؟

NVMe یک پروتکل ذخیره سازی کاملا مقیاس‌پذیر با ویژگی‌هایی مانند عملکرد بالا و NUMA (دسترسي به حافظه غیر یکنواخت) بهینه شده است که هاست را به زیر سیستم حافظه متصل می‌کند.

این پروتکل نسبتا جدید ویژگی‌های متعددی دارد و از ابتدا برای رسانه‌های حافظه غیر فرار (NAND و حافظه ماندگار) که مستقیما از طریق رابط PCIe به CPU متصل شده‌اند، طراحی شده است. این پروتکل روی خطوط پر سرعت PCIe ساخته شده است. به‌نحوی که رابط PCIe Gen 3.0 می‌تواند در مقایسه با رابط ساتا سرعت انتقال داده را بیش از 2 برابر کند.

مزایای NVMe

پروتکل NVMe مشابه با معماری‌های پردازنده با کارایی بالا از مسیرهای داده‌ای موازی با تاخیر پایین استفاده می‌کند.

عملکرد یک هارد NVMe در مقایسه با پروتکل‌های قدیمی SAS و SATA به‌مراتب بالاتر است و تاخیر کمتری در اجرای پردازش‌ها دارد.

چنین ویژگی‌ نه‌تنها سرعت برنامه‌های موجود را که به عملکرد بالا نیاز دارند افزایش می‌دهد، بلکه این امکان را به برنامه‌ها و قابلیت‌های جدید می‌دهد که فورا پردازش را در دیتاسنتر انجام دهند.

پروتکل‌های رایج فعلی، چرخه‌های CPU زیادی را مصرف می‌کنند تا داده‌ها در دسترس برنامه‌ها قرار گیرند. این چرخه‌های محاسباتی هدررفته برای کسب‌وکارها هزینه زیادی دارند.

بودجه‌های زیرساخت فناوری اطلاعات با سرعت مشابه با داده‌ها افزایش پیدا نمی‌کنند و مدیران شبکه یا آی تی تحت فشار زیادی قرار دارند تا بازگشت سرمایه از زیرساخت‌ها را از نظر ذخیره‌سازی داده و همچنین محاسباتی به حداکثر برسانند.

از آن‌جایی که NVMe می‌تواند حجم کاری دقیق برنامه را با زیرساخت به ابعاد کمتر مدیریت کند، سازمان‌ها می‌توانند هزینه کل مالکیت را کاهش دهند و سرعت رشد کسب‌وکار خود را بالا ببرند.

معماری NVMe   – درک صف‌های ورودی و خروجی

در کنار معرفی NVMe باید معماری آن را نیز توضیح دهیم. NVMe می‌تواند از چندین صف ورودی و خروجی تا سقف 64 هزار عدد پشتیبانی کند، به‌نحوی که هر صف 64 هزار ورودی داشته باشد. انواع رایج SAS و SATA فقط قادر هستند از یک صف پشتیبانی کنند و هر کدام به‌ترتیب می‌توانند 254 و 32 عدد ورودی داشته باشند.

نرم‌افزار هاست NVMe می‌تواند توسط کنترلر NVMe به ازای هر پیکربندی سیستم و حجم کار مورد انتظار، تا حداکثر مجاز صف ایجاد کند.

NVMe از پراکنده کردن و جمع‌آوری ورودی‌ها و خروجی‌ها و به حداقل رساندن سربار پردازنده در انتقال داده‌ها پشتیبانی کرده و حتی توانایی تغییر اولویت آن‌ها را بر اساس پیش‌نیازهای حجم کاری فراهم می‌کند.

فرامین NVMe چگونه کار می‌کنند؟

روش کار یک هارد NVMe به این صورت است که هاست صف داده‌های فرمان ورودی و خروجی را می‌نویسد و doorbell را ثبت می‌کند (سیگنال فرامین آماده ورودی وخروجی)؛ سپس کنترلر NVMe صف فرامین ورودی و خروجی را انتخاب کرده، آن‌ها را اجرا می‌کند و صف داده‌های ورودی و خروجی تکمیل شده را با یک وقفه به هاست می‌فرستد.

هاست صف داده‌های ورودی و خروجی را ثبت کرده و ثبت door را پاک می‌کند (سیگنال تکمیل فرمان‌های ورودی و خروجی).

چرا NVMe بیشترین بهره را از پردازنده‌های چند هسته‌ای می‌گیرد؟

همان‌طور که در بالا اشاره کردیم، NVMe یک پروتکل NUMA بهینه شده است. چنین ویژگی به چندین هسته پردازنده اجازه می‌دهد تا مالکیت صف داده‌ها، اولویت آن‌ها و همین‌طور مکانیزم‌های داوری را به‌اشتراک بگذارند. بنابراین یک هارد NVMe می‌تواند دستورات را پراکنده و جمع آوری کرده و خارج از نوبت پردازش کند تا باعث IOPS بالاتر و تاخیر داده کمتر شود.

استانداردها و فرم فاکتور NVMe

در بین ویژگی‌های NVMe مجموعه‌ای از استانداردها به چشم می‌خورد که توسط یک اتحادیه که مسئول توسعه آن‌ها است، مدیریت می‌شود. در حال حاضر استاندارد صنعتی درایوهای حالت جامد PCIe برای تمام فرم فاکتورها است.

از جمله این فرم فاکتورها باید به فرم فاکتور استاندارد 2.5 اینچی U.2، M.2 نصب‌شده داخلی، Add in Card (AIC) و فرم فاکتورهای گوناگون EDSFF اشاره کنیم.

تحولات جالب و متعددی در حال رخ دادن است تا ویژگی‌های زیادی به این استاندارد اضافه شوند مانند صف‌های چندگانه، ترکیب ورودی‌ها و خروجی‌ها، تعریف مالکیت و فرآیند اولویت‌بندی، مجازی‌سازی ورودی‌ها و خروجی‌ها، دریافت به‌روزرسانی‌های ناهماهنگ دستگاه و بسیاری از ویژگی‌های شرکتی دیگر که قبلا وجود نداشته‌اند.

امروزه شاهد ساخت نوع جدیدی از درایوهای NVMe هستیم که مزایای زیادی نسبت به NVMe SSDs  رایج دارد از جمله:

• افزایش عملکرد با کاهش دامنه‌های نوشتن
• افزایش ظرفیت‌ها با کمتر کردن نظارت‌ها
• هزینه‌های پایین‌تر به دلیل کاهش ابعاد DRAM کنترلر SSD
• بهبود تاخیرها

چرا استفاده از NVMe برای کسب‌وکار شما مهم است؟

سیستم‌های سازمانی به‌طور کلی تشنه داده هستند. افزایش تصاعدی داده‌ها و تقاضا برای برنامه‌های جدید می‌تواند SSDها را با چالش روبرو کند. حتی SSDهای با عملکرد بالا که به پروتکل‌های ذخیره‌سازی قدیمی متصل هستند، در مواجهه با بعضی از چالش‌های جدید Fast Data می‌توانند عملکرد پایین‌تر، تأخیر بالاتر و کیفیت پایین خدمات را تجربه کنند.

ویژگی‌های NVMe به کسب‌وکارها کمک می‌کند بر تمام مشکلات از موارد رایجی مانند مقیاس‌پذیری دیتابیس گرفته تا معماری‌های محاسباتی نوظهور Edge غلبه کنند و از عهده نیازهای جدید داده‌ها بر آیند.

سخن نهایی

پس از معرفی NVMe بهتر است به یک کاربرد دیگر هاردهای آن در سرورهای میزبانی سایت اشاره کنیم. با استفاده از هاست SSD NVMe برای سایت خود می‌توانید سرعت پردازش داده‌ها را در سایتتان افزایش دهید و تجربه متفاوتی را برای بازدیدکنندگان خود فراهم کنید.

شرکت پارس وی دی اس ارائه‌دهنده انواع خدمات میزبانی وب است و می‌توانید با مشورت با متخصصان این شرکت از چنین هاردهایی برای هاست سایت پربازدید و داده‌محور خود استفاده کنید.