一篇文章理解什么是NVMe

由于NVMe的出现，硬盘的性能获得了极大的提高。这个极大是多少呢？读带宽从500MB/s提升到了3200MB/s，写带宽从400MB/s提升到了1200MB/s左右。而读IOPS则达到了50万，甚至更高。也就是说，如今一块基于NVMe的SSD硬盘的性能比一个企业级磁盘阵列还要好。 牛皮吹了这么多，那到底什么是NVMe呢？NVMe的全称是Non-Volatile Memory Express，若是翻译过来就是非易失性内存主机控制器接口规范。你可能仍是一头雾水，那咱们上搜索引擎搜索一下这个关键词，可能会获得以下图片。

废话说了半天，到底什么是NVMe呢？首先它是一种接口规范，其次它是用于存储设备的接口规范。准确的说是目前最新的存储设备通讯协议。 这个协议就比如SAS和SATA同样，用于定义硬件接口和传输协议。

关于存储的几个概念

为了完全搞清楚什么是NVMe，咱们先理清楚几个关于存储的概念。 尺寸外形：也就是设备的形状和大小，一般存储设备的尺寸外形包括以下：

• 2.5寸或者3.5寸驱动器（在SFF标准中定义）
• M.2 和 PCI Express（PCIe）（在PCI-SIG标准中定义）

接口：也就是设备如何与计算机通讯。常见的存储设备接口包括：

• SATA接口，一般用于2.5寸和3.5寸硬盘，有时候一些M.2设备也会使用
• PCI Express(PCIe)接口， 用于M.2和PCIe设备
• SAS（串行SCSI）和FC（Fibre Channel）接口，仅用于服务器领域和数据中心 PCIe接口要比SATA接口快的多，SATA3最大带宽是6Gb/s，而基于4X PCIe的M.2接口最大能够达到32Gb/s。

协议：定义了如何在计算机与设备之间传输数据。常见的协议包括：

• 用于SATA接口的AHCI或者ATA协议，
• 用于PCIe接口的NVMe协议

到这里咱们应该比较清晰了，NVMe是运行在某种接口上的通讯协议，用于规范计算机与存储设备的数据传输。上述设备尺寸、接口和协议一般是能够组合的。下面是常见的集中组合形式。

• 一个2.5寸SSD硬盘，基于SATA接口，通讯协议是AHCI或者ATA。具体设备大概如图2所示。

  

• 一个M.2的SSD， 基于PCIe接口，通讯协议是NVMe。具体设备大概如图3所示。

  

• 一个PCIe的SSD，基于PCIe接口，通讯协议是NVMe。具体设备大概如图4所示。

  

这里只是给出了几个具体的例子，便于你们理解接口、设备和协议的关系。具体来讲，还有其它不少种组合形式，本文不在赘述。

为何NVMe会这么快

上面咱们介绍了什么是NVMe，下面本文将介绍一下为何NVMe如此之快（注意：这里说的快是基于SSD设备的，若是是机械硬盘则否则）。因为SSD自己的物理特性，其数据的访问已经很是快了，性能的瓶颈就是出在计算机与设备链接的接口和协议上面。 咱们举一个简单的例子。好比咱们有一个仓库会不断的生产出产品来，咱们能够机械手将产品从仓库拿到其它地方（如图5所示）。对于SATA的SSD，相似于一个单臂的机器人，仓库生产的很快，但机器人每次只能拿一个，搬移的速度就比较慢。

然而对于基于NVMe的SSD呢？至关于这个机器人长了数百只手，这样速度显然就比前者快的多了。

NVMe协议的原理也是如此，它本质是上创建了多个计算机与存储设备的通路，这样搬运数据的速度天然就提升了。在NVMe协议中，多个通路其实就是多个队列，具体如图7所示。在SATA中计算机与存储设备只能有一个队列，即便是多CPU状况下，全部请求只能通过这样一个狭窄的道路。而NVMe协议能够最多有64K个队列，每一个CPU或者核心均可以有一个队列，这样并发程度大大提高，性能也天然更高了。

今天只是一个入门，后面咱们再详细的介绍关于NVMe的更多内容。若是以为不错，还请你们关注本号，若是以为太烂，还请下面留言。

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