فروشندگان تجهیزات شبکه در حال کار روی توسعه یک اکوسیستم سازمانی توسعه‌یافته بالغ هستند تا دستگاه‌های نقطه پایانی توانایی پشتیبانی از NVMe روی بافت را داشته باشند. از جمله این دستگاه‌ها باید به سیستم‌عامل‌های سرور، هایپروایزرهای سرور، کارت‌های آداپتور شبکه، سیستم‌عامل‌های مورد استفاده در تجهیزات ذخیره‌سازی و درایوهای ذخیره‌سازی اشاره کرد. فروشندگان سن‌سوییچ‌ها سعی می‌کنند تا کانال فیبر 32 گیگابیت بر ثانیه را به‌عنوان فابریک منطقی برای فلش NVMe در محصولات خود مورد استفاده قرار دهند. همین مسئله باعث شده تا از زمان توسعه اولیه NVMe-oF پیاده‌سازی‌های متعددی از این پروتکل به دنیای فناوری معرفی شود که از آن جمله باید به NVMe-oF مبتنی بر دسترسی مستقیم حافظه از راه دور(Remote Direct Memory Access)، کانال فیبر و غیره اشاره کرد.
NVMe over Fabrics چه کاربردهایی دارد؟
فناوری NVMe-oF هنوز نوپا است، اما فروشندگان تجهیزات شبکه سعی می‌کنند آن را به معماری شبکه اضافه کنند.NVMe-oF این ظرفیت را دارد تا یک پروتکل ذخیره‌سازی پیشرفته در اختیار کارشناسان شبکه قرار دهد و می‌تواند از ظرفیت حافظه‌های حالت جامد امروزی به‌طور کامل استفاده کند. همچنین، قادر به پر کردن شکاف‌های بین ذخیره‌سازی متصل مستقیم (DAS) و شبکه منطقه ذخیره‌سازی (SAN) است و به سازمان‌ها اجازه می‌دهد به بهترین شکل به مدیریت بارهای کاری با ارائه توان عملیاتی بالا و تاخیر کم بپردازند.
NVMe به‌شکل مستقیم به سرورها متصل می‌شود. به این صورت که کارت‌های فلش NVMe جایگزین حافظه‌های حالت جامد سنتی رسانه‌های ذخیره‌سازی می‌شوند. این معماری در مقایسه با فناوری‌هایی مثل فضای ذخیره‌سازی تمام فلش، مزیت‌های عملکردی قابل توجهی دارد، اما معایبی نیز دارد. کارشناسان شبکه برای استفاده از NVMe مجبور هستند راه‌حل‌های نرم‌افزاری شخص ثالث را برای بهینه‌سازی و پایداری عملیات نوشتن و خواندن داده‌ها به خدمت گیرند. علاوه بر این، در آرایه‌های NVMe سطح کنترل‌کننده ذخیره‌ساز تنگناهایی ایجاد میکند.
NVMe-oF، همچنین برای بهینه‌سازی تجزیه‌و‌تحلیل بلادرنگ و پردازش کلان داده‌ها و یادگیری ماشین، کاربرد دارد. NVMe-oF راه را برای ورود سیستم‌های فلش در مقیاس رک به فرآیند مدیریت داده‌های بومی یکپارچه، هموار میکند. البته میزان استقبال و سرعت پذیرش این فناوری به روند توسعه سریع اکوسیستم NVMe بستگی دارد (شکل 1).
شکل 1
NVMe over Fabrics چه مزایایی دارد؟
مزایای درایوهای ذخیره‌سازی مبتنی بر NVMe به‌شرح زیر است:
- زمان تاخیر کم.
- درخواست‌های موازی اضافی.
- افزایش عملکرد کلی.
- کاهش طول پشته‌های ذخیره‌سازی سیستم‌عامل در سمت سرور.
- بهبودهای مربوط به عملکرد آرایه ذخیره‌سازی.
- راه‌حل‌های پرسرعت‌تر برای دستگاه‌های نقطه پایانی که از درایوها و رابط‌های SAS ،SATA ،NVMe SSDs و غیره پشتیبانی می‌کنند.
- پیاده‌سازی سناریوهای مختلف.
NVMe over Fabrics چه ویژگی‌های فنی دارد؟
از مهم‌ترین ویژگی‌های فنی NVMe-oF به موارد زیر باید اشاره کرد:
- سرعت بالا.
- تاخیر کم در شبکه‌ها.
- کنترل جریان مبتنی بر اعتبار (Credit-Based).
- توانایی مقیاسپذیری و پشتیبانی تا هزاران دستگاه.
- پشتیبانی چند مسیری فابریک برای فعال‌سازی همزمان چند مسیر بین آغازگر (Initializer) میزبان NVMe و رسانه هدف (Target).
- پشتیبانی از چند میزبان فابریک با هدف ارسال و دریافت دستورات از چند میزبان و زیرسیستم‌های ذخیره‌سازی به‌طور همزمان.
NVMe over Fabrics و NVMe چه تفاوت‌های کلیدی‌ای دارند؟
NVMe جایگزینی برای استاندارد اسکازی (SCSI) سرنام Small Computer System Interface برای اتصال و انتقال داده‌ها بین یک میزبان و یک دستگاه یا سیستم ذخیره‌سازی است. به‌طور کلی، باید بگوییم که NVMe به‌منظور استفاده با رسانه‌های سریع مانند حافظه‌های حالت جامد و فناوری‌های مبتنی بر حافظه پسا فلش (Post-Flash Memory) طراحی شده است. استاندارد NVMe در مقایسه با پروتکل‌های SCSI و SATA که برای رسانه‌های ذخیره‌سازی مثل هارددیسک‌ها توسعه یافته‌اند، یک تفاوت بزرگ دارد، به‌طوری که زمان دسترسی به اطلاعات را چند برابر سریع‌تر میکند. NVMe از 64 هزار صف پشتیبانی میکند که هر کدام ممکن است عمقی تا 64 هزار فرمان داشته باشند. تمام دستورات ورودی/خروجی، همراه با پاسخ‌ها روی یک هسته پردازنده اجرا می‌شوند و پردازنده‌های چند هسته‌ای را در سطح بالایی از موازی‌سازی قرار می‌دهند. در چنین شرایطی نیازی به قفل عملیات ورودی و خروجی نیست، زیرا هر رشته برنامه یک صف اختصاصی دریافت میکند (شکل 2).
شکل 2
دستگاه‌های مبتنی بر NVMe، داده‌ها را با استفاده از یک اسلات سریال PCIe انتقال می‌دهند؛ به این معنی که برای هدایت ترافیک ذخیره‌سازی شبکه نیازی به کنترلر سخت‌افزاری اختصاصی نیست. با استفاده از NVMe یک حافظه حالت جامد PCIe که قابلیت نصب مستقیم روی مادربورد سرور را دارد، این امکان را دارد تا داده‌ها را با سرعت بیشتری برای دستگاه ذخیره‌سازی یا زیرسیستم انتقال دهد. یکی از تفاوت‌های اصلی NVMe و NVMe-oF مکانیزم Transport-Mapping برای ارسال و دریافت دستورات یا پاسخ‌ها است. NVMe-oF از یک مدل مبتنی بر پیام برای برقراری ارتباط بین یک میزبان و یک دستگاه ذخیره‌سازی هدف استفاده میکند. NVMe-oF به‌شکل محلی دستورات و پاسخ‌ها را به حافظه مشترک در میزبان از طریق پروتکل رابط PCIe نگاشت میکند. در حالی که NVMe ویژگی‌های کاربردی PCIe Gen 3 را مورد استفاده قرار می‌دهد، اما فاقد یک لایه پیام‌رسان بومی برای هدایت ترافیک بین میزبان‌های راه دوری است که از حافظه‌های حالت جامد NVMe استفاده می‌کنند.
NVMe over Fabrics مبتنی بر دسترسی مستقیم حافظه از راه دور (RDMA)
NVMe-oF مبتنی بر دسترسی مستقیم حافظه از راه دور، توسط کارگروهی در سازمان NVM Express توسعه پیدا کرد. نگاشت‌های موجود شامل RDMA از طریق اترنت همگرا (RoCE) و پروتکل دسترسی مستقیم حافظه از راه دور اینترنت گسترده (Internet Wide Area RDMA Protocol) برای اترنت و InfiniBand است. دسترسی مستقیم حافظه از راه دور مکانیزم انتقال حافظه به حافظه بین دو کامپیوتر است. داده‌ها از طریق فضای آدرس حافظه به فضای دیگر، بدون فراخوانی دستورات سیستم‌عامل یا پردازنده ارسال می‌شوند. در این حالت، سربار کمتری به‌وجود می‌آید و دسترسی و زمان پاسخ‌گویی به محاوره‌ها سریع‌تر و در حد میکروثانیه می‌شود.
NVMe به‌عنوان پروتکلی برای انتقال ترافیک ذخیره‌سازی در RDMA از طریق بافت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. همین مسئله باعث شده تا پروتکل فوق را زبان مشترک سرورهای محاسباتی و ذخیره‌سازی توصیف کنیم که قرار است داده‌ها را میان یک‌دیگر مبادله کنند. برای بهره‌مندی از مزایای شاخص NVMe-oF مبتنی بر RDMA نیاز است تا یک شبکه ذخیره‌سازی جدید پیاده‌سازی شود تا عملکرد بهبود پیدا کند. همین مسئله باعث می‌شود تا مقیاسپذیری فناوری فوق در مقایسه با پروتکل کانال فیبر کمتر شود.
NVMe Over Fabrics با استفاده از کانال فیبر
NVMe-oF با استفاده از FC-NVMe توسط کمیته T11 به‌عنوان بخشی از استانداردهای فناوری اطلاعات (INCITS) توسعه پیدا کرده است. کانال فیبر امکان نگاشت پروتکل‌های دیگر مانند NVMe، اسکازی و فیبر اتصال اختصاصی IBM (Ficon) را برای ارسال داده‌ها و دستورات بین دستگاه‌های ذخیره‌سازی میزبان و هدف، ارائه میکند.
FC-NVMe و Gen 6 FC را می‌توان بدون مشکل در یک زیرساخت مورد استفاده قرار داد تا مشکل ناسازگاری در مراکز داده برطرف شود. در این حالت، مصرف‌کنندگان می‌توانند بدون مشکل سفت‌افزار سوئیچ‌های کانال فیبر را ارتقاء دهند، البته به‌شرط این‌که آداپتورهای باس میزبان (HBA) از تجهیزات ذخیره‌سازی با قابلیت NVMe-oF و کانال فیبر با سرعت 16 گیگابیت در ثانیه یا 32 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی کنند.
جالب آن‌که، پروتکل کانال فیبر از دسترسی به فلش مشترک NVMe پشتیبانی میکند، اما در این حالت شاهد کاهش عملکرد برای تفسیر و ترجمه دستورات SCSI کپسوله‌شده به دستورات NVMe خواهیم بود. در این خصوص، انجمن FCIA موفق شد تا استانداردهایی برای پیاده‌سازی FC-NVMe سازگار با زیرساخت قدیمی توسعه دهد تا یک آداپتور FC-NVMe بتواند از رسانه‌های مبتنی بر SCSI، حافظه‌های حالت جامد و کارت‌های فلش NVMe متصل به PCIe پشتیبانی کند.
NVMe over Fabrics با استفاده از TCP/IP
یکی از پیشرفت‌های مهم در مورد NVMe-oF توسعه این پروتکل با استفاده از TCP/IP است. در این حالت، NVMe-oF می‌تواند از پروتکل TCP برای ارسال داده‌ها استفاده کند. NVMe از طریق پروتکل TCP امکان استفاده از NVMe-oF در یک شبکه استاندارد اترنت را به‌وجود می‌آورد. علاوه بر این، معماریNVMe-oF TCP/IP نیاز به اعمال تغییرات در پیکربندی یا استقرار تجهیزات خاص را برطرف میکند. از آن‌جایی که کانال ارتباطی را می‌توان روی هر شبکه اترنت یا اینترنت استفاده کرد، دیگر دغدغه پیاده‌سازی و پیکربندی تجهیزات خاص را نخواهیم داشت.
پروتکل TCP یک استاندارد شناخته‌شده برای ساخت و حفظ ارتباطات هنگام تبادل داده‌ها در یک شبکه است. TCP در تعامل با پروتکل IP کار میکند و با توجه به این‌که هر دو پروتکل نقش مهمی در برقراری ارتباط شبکه‌های محلی با یک‌دیگر، اینترنت و شبکه‌های خصوصی دارند، عملکرد پروتکل NVMe-oF را به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشند. اتصال TCP نحوه نگاشت صف‌ها، کپسول‌ها و داده‌ها را تعریف کرده و از کانال‌های ارتباطی TCP بین میزبان‌های NVMe-oF و کنترلرها از طریق شبکه‌های IP پشتیبانی میکند.
NVMe-oF با استفاده از TCP/IP گزینه خوبی برای سازمان‌هایی است که می‌خواهند از زیرساخت اترنت فعلی خود استفاده کنند. این روش پیاده‌سازی به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا فناوری NVMe را از iSCSI خارج کنند. به‌طور مثال، سازمانی که تصمیم دارد با مشکلات احتمالی موجود در پیاده‌سازی NVMe روی بافت‌ها با استفاده از RDMA روبه‌رو نشود، می‌تواند از NVMe-oF مبتنی بر TCP/IP در هسته لینوکس استفاده کند تا از مزایای معماری فوق به بهترین شکل استفاده کند.
پشتیبانی صنعت ذخیره‌سازی از فناوری NVMe-oF و NVMe
فروشندگان قدیمی راه‌حل‌های ذخیره‌سازی و شرکت‌های نوپا در تلاش هستند تا سهم قابل توجهی از بازار این فناوری را به خود اختصاص دهند. از محصولات ذخیره‌سازی تمام فلش NVMe و NVMe-oF موجود در بازار به موارد زیر باید اشاره کرد:
- DataDirect Networks (DDN) Flashscale
- Datrium DVX hybrid system
- Kaminario K2.N
- NetApp Fabric-Attached Storage (FAS) arrays
- Pure Storage FlashArray
- Tegile IntelliFlash
در دسامبر 2017 میلادی، آی‌بی‌ام پیش‌نمایشی ازNVMe-oF InfiniBand را منتشر کرد که تلفیق سیستم‌های Power9 و FlashSystem V9000 بود. محصولی که برای پاسخ‌گویی به بارهای کاری محاسباتی سنگین طراحی شده است.
در سال 2017 میلادی، شرکت HPE حافظه فلش HPE Persistent Memory Server خود را همراه با سرورهای ProLiant Gen9 و حافظه‌های حالت جامد PCIe مبتنی بر حافظه پایدار سازگار با NVMe معرفی کرد. شرکت Dell EMC یکی از اولین فروشندگان فضای ذخیره‌سازی بود که محصول NVMe تمام فلش را به بازار عرضه کرد. به‌طوری که این شرکت موفق شد آرایه DSSD D5 با سرورهای Dell PowerEdge و یک NVMe اختصاصی روی شبکه PCIe را توسعه دهد.
در این میان برخی از استارت‌آپ‌ها نیز آرایه‌های تمام فلش NVMe را طراحی کردند که مورد توجه قرار گرفتند. از جمله این محصولات به موارد زیر باید اشاره کرد:
- آرایه ذخیره‌سازی Apeiron Data Systems که از درایوهای NVMe استفاده میکند و به‌جای سرورهای متصل به آرایه‌های ذخیره‌سازی، سرویس‌های داده را در آرایه‌های مبتنی بر مدار مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر(FPGAs) قرار می‌دهد.
- استوریج ذخیره‌سازی نرم‌افزار- محور Excelero که امکان استفاده از آن با سرورهای استاندارد وجود دارد.
- شرکت Pavilion Data Systems آرایه‌ای به‌نام Pavilion توسعه داده که مبتنی بر کارت‌های رابط شبکه، سوئیچ‌های PCIe و پردازنده‌های رایج است. دستگاه ساخته‌شده توسط این شرکت U4 نام دارد که شامل 20 کنترلر ذخیره‌سازی و 40 پورت اترنت است که با استفاده از شبکه سوئیچ داخلی PCIe به 72 عدد SSD NVMe متصل می‌شود.
- Vexata Inc نرم‌افزارهای توزیع‌شده VX-100 و Vexata Active Data Fabric را ارائه کرده است. این نرم‌افزارها می‌توانند آرایه NVMe که شامل یک کنترلر فرانت‌اند، یک روتر cut-through مبتنی بر FPGA و گره‌های داده‌ای است را مدیریت کرده و به زمان‌بندی عملیات ورودی/خروجی و فراداده‌ها بپردازند.
به‌طور کلی، فروشندگان تجهیزات فناوری اطلاعات در سال 2017 میلادی، در مسیر جدیدی گام برداشته‌اند که مبتنی بر فناوری NVMe-oF است. فروشندگان محصولات شبکه صبر کرده‌اند تا فروشندگان محصولات ذخیره‌سازی بتوانند آرایه‌های مبتنی بر NVMe-oF با عملکرد بالا را روانه بازار کنند. Brocade و Cisco به عنوان بازیگران اصلی حوزه سوئیچ‌های کانال فیبر هر کدام تجهیزات Gen 6 FC با سرعت 32 گیگابیت بر ثانیه را روانه بازار کرده‌اند که از ترافیک فلش NVMe و بافت‌های FC-NVMe پشتیبانی می‌کنند. علاوه بر این، شرکتCavium نیز آداپتورهای QLogic Gen 6 FC و FastLinQ اترنت را برای NVMe-oF به‌روزرسانی کرده است.
در میان سازندگان درایو، اینتل با حافظه‌های حالت جامدNVMe دو پورت مبتنی بر 3D NAND و درایوهای Intel Optane NVMe که بر اساس فناوری حافظه سه بعدی XPoint توسعه یافته، پیشتاز است. اینتل ادعا میکند درایوهای Optane NVMe تقریبا هشت برابر سریع‌تر از حافظه‌های فلش NAND NVMe PCIe SSD هستند. سیگیت نیز درایو Nytro 5000 M.2 NVMe SSD خود را معرفی کرده و کار روی کارت‌های الحاقی 64 ترابایتی NVMe را آغاز کرده است.
کلام آخر
با توجه به وابستگی روزافزون شرکت‌ها و کاربران به داده‌های میزبانی‌شده در سرویس‌های ابری، تقاضا برای ذخیره‌سازی اطلاعات در فضای ابری رشد چشم‌گیری داشته است. همین مسئله باعث شد تا فناوری NVMe-oF پدید آید که به اعتقاد بسیاری از کارشناسان، آینده رسانه‌های ذخیره‌ساز را دست‌خوش تحول عظیمی خواهد کرد. NVMe به‌دلیل عملکرد چندوظیفه‌ای سریع با تاخیر کم و توان عملیاتی بالا، روز‌به‌روز در حال محبوب‌تر شدن است. در حالی که NVMe در کامپیوترهای شخصی برای بهبود ویرایش ویدیوها، بازی‌ها و موارد دیگر استفاده می‌شود، اما مزیت واقعی آن در مقیاس سازمانی مشهودتر است.
ماهنامه شبکه را از کجا تهیه کنیم؟
ماهنامه شبکه را می‌توانید از کتابخانه‌های عمومی سراسر کشور و نیز از دکه‌های روزنامه‌فروشی تهیه نمائید.
ثبت اشتراک نسخه کاغذی ماهنامه شبکه
ثبت اشتراک نسخه آنلاین
کتاب الکترونیک +Network راهنمای شبکه‌ها
- برای دانلود تنها کتاب کامل ترجمه فارسی +Network اینجا کلیک کنید.
کتاب الکترونیک دوره مقدماتی آموزش پایتون
- اگر قصد یادگیری برنامه‌نویسی را دارید ولی هیچ پیش‌زمینه‌ای ندارید اینجا کلیک کنید.
نظر شما چیست؟