تقویت حافظه SSD با NVMe over TCP

[av_heading heading=’NVMe over TCP چگونه با استفاده از شبکه‌های استاندارد IP حافظه SSD را تقویت می‌کند’ tag=’h1′ link_apply=” link=’manually,http://’ link_target=” style=” size=” subheading_active=” subheading_size=’15’ margin=” padding=’10’ color=” custom_font=” custom_class=” admin_preview_bg=” av-desktop-hide=” av-medium-hide=” av-small-hide=” av-mini-hide=” av-medium-font-size-title=” av-small-font-size-title=” av-mini-font-size-title=” av-medium-font-size=” av-small-font-size=” av-mini-font-size=” av_uid=’av-2zlhub’][/av_heading] [av_textblock size=” av-medium-font-size=” av-small-font-size=” av-mini-font-size=” font_color=” color=” id=” custom_class=” template_class=” av_uid=’av-kk8jokmf’ sc_version=’1.0′ admin_preview_bg=”]

اندکی پس از اینکه مراکز داده از هارد درایو به درایو حالت جامد (SSD) منتقل شدند، پروتکل NVMe برای پشتیبانی از SSD های PCIe با کارایی بالا و اتصال مستقیم وارد عمل شد. پس از NVMe، NVMe over Fabrics (NVMe-oF) (که برای پشتیبانی کارآمد از مخازن ذخیره‌سازی راه دور SSD با ظرفیت بالا طراحی شده بودند) کاملا جایگزین ذخیره‌سازی اتصال مستقیم (DAS) شد. تا تبدیل به پروتکل پیش فرضی برای ذخیره‌سازی تفکیک شده در زیرساخت‌های فضای ابری شود.

همین اواخر نیز NVMe over TCP با ارائه فناوری قدرتمندتر NVMe-oF وارد بازار شده است. و امید می‌رود که توسط آن بتوان به عملکرد بالاتر، هزینه‌های استقرار پایین‌تر، و همچنین پیچیدگی طراحی کمتر دست یافت. در واقع، NVMe over TCP با استفاده از TCP/IP fabric ساده و کارآمد، NVMe را در سرتاسر مرکز داده گسترش می دهد.

اریک کیلینگر، مدیر IT در شرکت مشاور تجارت و فناوری Capgemini North America می‌گوید: “قابلیت ارتباط در پهنای باند بالا و با تاخیر کمتر و در عین حال امکان جداسازی فیزیکی بین storage arrays و سپس اضافه کردن یک شبکه راه گزینی معمولی همراه با پروتکل TCP برای انتقال داده، رویدادی تعیین کننده و مهم خواهد بود”. او همچنین می‌افزاید: “افزایش دهندگان ظرفیت ذخیره‌سازی فضاهای ابری در حال حاضر از این فناوری استفاده کرده و آن را جایگزین فناوری دو یا سال پیش SSD کرده‌اند تا بتوانند دسترسی بیشتری به آنالیز داده و IoT داشته باشند”.

مقدمه: ظهور NVMe و NVMe-oF

هنگامی که اولین arraysها با NVMe SSDs ساخته شدند، سرعت ذخیره‌سازی افزایش قابل ملاحظه‌ای یافت. با این حال اتصال دستگاه‌ها با سرورها هنوز هم از طریق اتصال هاست مبتنی بر SCSI بود. استقرار NVMe-oF می‌تواند بر اساس NVMe امکان دسترسی حافظه مستقیم از راه دور (RDMA) را برای دستگاه‌های ذخیره‌ساز فراهم کند.

اریک بورگنر، معاون تحقیقاتی سیستم‌های زیرساختی در شرکت تحقیقات فناوری IDC می‌گوید: “این یک پروتکل ذخیره‌سازی تحت شیکه با عملکرد بالا است که اختصاصا برای SSD بهینه سازی شده است. تأخیر در آن بسیار پایین‌تر، پهنای باند بالاتر، موازی سازی و کارایی آن بسیار بهتر است”.

NVMe-oF را می‌توان در انواع مختلفی از شبکه‌های انتقال از جمله فیبر کانال (FC) ، اترنت و InfiniBand استفاده کرد. در اترنت، گزینه‌های مختلفی برای انتقال وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به RDMA over Converged Ethernet (RoCE) RDMA، iWARP و همچنین TCPاشاره کرد.

نکته منفی این است کهFC ، InfiniBand ، RoCE و iWARP همه به آداپتورها و درایورهای گذرگاه اصلی سفارشی شده نیاز دارند، که باعث می‌شود اجرا و نگهداری از آنها چالش برانگیز و پرهزینه باشد. بورگنر  می‌گوید: “NVMe over TCP یک استاندارد صنعتی واقعی است. و می‌تواند با آداپتورهای Converged Ethernet استاندارد که تقریباً از هر سرور سازمانی ارسال می‌شوند ، کار کند.” علاوه بر این، بیشتر نسخه‌های اصلی لینوکس در حال حاضر در توزیع استاندارد خود از یک درایور NVMe-over-TCP استفاده می‌کنند.

بورگنر می‌گوید: “این استاندارد، یک استاندارد منتشر شده و پذیرفته شده است، یعنی در طول زمان بر استقرار NVMe-Of غلبه خواهد کرد”، “همچنین اجرای آن هزینه کمتری داشته و نیازی به زمانبندی ارتقادهی خارج از آداپتورهای استاندارد لینوکس یا Ethernet ندارد. اما تأخیر آن کمی بیشتر از RoCE است. (RoCE گزینه دیگری از Ethernet است که تا به امروز به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است).

RoCE و iWARP از RDMA پشتیبانی می‌کنند اما FC و TCP از RDMA پشتیبانی نمی‌کنند. قابلیت پشتیبانی از RDMA باعث ایجاد تأخیر اندکی می‌شود، با این حال، همه این روش‌ها می‌توانند نسبت به فناوری‌های ذخیره‌سازی تحت شبکه مبتنی بر SCSI ، مانند کانال فیبر (FC) و iSCSI باعث افزایش قابل توجه عملکرد شوند.

استقرار و استفاده از NVMe / TCP

دلیل اصلی برای استفاده از NVMe / TCP، تأخیر کم و حل ذخیره‌سازی مشترک است.

“اگر شما یک ذخیره‌ساز  all-flash array مبتنی بر NVMe داشته باشید، اما هنوز به سرورهای ذخیره‌ساز مبتنی بر SCSI شبکه متصل می‌شوید، به بسیاری از قابلیت‌های بالقوه آن دسترسی نخواهید داشت و نمی‌توانید از منابع SSD خود به صورت کافی استفاده کنید”. “اگر می‌خواهید که عملکرد ذخیره‌ساز  all-flash array مبتنی بر NVMe در تمامی عملکردها و اپلیکیشن‌های شما اعمال شود، باید ذخیره‌ساز تحت شبکه NVMe-oF داشته باشید”.

بیشتر سازمان‌ها و شرکت‌ها برای انتقال داده یا باید از تکنولوژی که از قبل در آن شرکت وجود داشته استفاده کنند و یا روش انتقال داده خود را متناسب با الزامات تطابق دهند.

بورگنر می‌گوید: ” بهترین روش انتقال برای تطابق با الزامات، FC است. اما تمایز دهنده با هر بار انتشار شبکه‌های اترنت با پهنای باند بیشتر، محدودتر می‌شود چرا که اترنت می‌تواند با پهنای باند بیشتر، از پس حجم ذخیره‌سازی بالاتر برآید”. او همچنین افزود: “تعداد زیادی اپلیکیشن حساس به عملکرد وجود دارد که با FC (به عنوان لایه انتقال برایNVMe-oF) بهتر عمل می‌کنند، اما با گذشت زمان تعداد این اپلیکیشن‌ها کمتر و کمتر خواهد شد”.

اگر سازمانی از قبل شبکه FC داشته باشد نصب NVMe-oF روی آن نسبتاً آسان است. (همانطور که بسیاری از سازمان‌ها قبلاً این کار را انجام داده‌اند). بورگنر می‌گوید “بیشتر استقرارهای تجاری Greenfield تصمیم دارند که از اترنت استفاده کنند و TCP در نهایت آنجا برگ برنده را خواهد داشت.

از نظر کاربرد در اپلیکیشن‌ها، بورگنر می‌گوید:” ما در آینده برای آنالیز بیگ دیتا AI/ML- (به خصوص اگر ماهیت ریل تایم داشته باشد) احتمالا شاهد تعداد زیادی NVMe over TCP خواهیم بود”. جای دیگری که از این تکنولوژی ممکن است استفاده شود، محیط‌هایی است که حجم زیادی را فقط در یک آرایه ذخیره‌سازی ادغام می‌کنند و در نتیجه باید بتوانند عملکردی مطابق با تراکم کاری بالا داشته باشند”.

با این که استفاده از آنالیز بیگ دیتا مبتنی بر AI/ML در حال افزایش است. این تکنولوژی هنوز در مراحل نسبتاً ابتدایی خود می‌باشد. به زودی، در محیط‌هایی که ذخیره‌ساز فلش فوق عظیم استقرار یافته است. (خصوصا هنگامی که مخازن بزرگی از داده‌های با تاخیر کم بایستی از طریق امکانات موجود در شبکه‌های راهگزینی با پهنای باند بالا قابل دسترسی باشند)، NVMe / TCP کم کم جایگاه خود را خواهد یافت.

کیلینجر می‌گوید: ” کمپانی‌های Hyperscaler از جمله کاربران معمول این فناوری خواهند بود، چرا که این تکنولوژی امکان دسترسی فوق سریع به داده را امکان‌پذیر ساخته و اجازه می‌دهد تا داده‌ها در سرتاسر پادهای مراکز داده متعدد توزیع شود؛ همچنین بدون هزینه اضافی ناشی از استقرار شبکه فیبر نوری قادر به ایجاد شبکه برق، خنک کننده و معماری محلی با دسترسی بالا می باشد”.

همچنین NVMe/TCP به کاربرانش اجازه می‌دهد تا از امکانات موجود در تکنولوژی شبکه راهگزینی که قبلاً تجاری شده و برای بسیاری از OEM ها در دسترس هستند استفاده کنند. كیلینجر می‌گوید: “هزینه هر پورت برای اتصال به پورت‌های اترنت راهگزین 10G چند اتصاله در مقایسه با هر یک از Infiniband یا Fiber Channel به تنهایی باعث خواهد شد كه از stack TCP استفاده شود”.

بسیاری از کاربرانی که از ذخیره‌سازی پیشرفته استفاده می‌کنند و قبلاً از شبکه‌های ذخیره‌سازی FC استفاده می‌کردند، هم اکنون یا به RoCE ارتقا یافته و یا قصد ارتقا به آن را دارند. با این حال این شرایط احتمالاً طی چند سال آینده نیز تغییر خواهد کرد.

هر قدر که زیرساخت‌های ذخیره‌سازی بیشتر و بیشتر به سمت SSD می‌روند و مشتریان نیز بیش از پیش نسبت به اهمیت عملکرد زیرساخت‌ها آگاهی می‌یابند، NVMe over TCP نیز بیش از پیش بر SCSI غلبه خواهد نمود و اجرای آن ارزان تر و آسانتر خواهد شد.

دسترس پذیری NVMe-over-TCP

NVMe و خصوصیات آن متعلق به NVM Express, Inc. (که کنسرسیومی از شبکه، ذخیره‌سازی و دیگر شرکت‌های مرتبط با IT می‌باشد) است. خصوصیات NVMe که در سال 2011 منتشر شد نحوه ارتباط نرم‌افزار هاست با حافظه غیر فرار را توسط یکbus  PCI Express  (PCIe)تعریف می‌کند و اکنون نیز از نظر تمامی فاکتورها، SSDهای PCIe خود یک استاندارد صنعتی هستند. NVMe/TCP در سال 2018 توسط کنسرسیوم NVM Express تصویب شد.

در حال حاضر و با وضعیت موجود، پشتیبانی از NVMe / TCP از طریق وندورهای شبکه مانند Mellanox Technologies (که اکنون متعلق به NVIDIA است) و همچنین تعداد اندکی از استارتاپ‌های ذخیره‌سازی از جملهLightbits Labs ،Excelero ، Pavilion Data و Infinidat در دسترس است. Kioxia سازنده تراشه SSD (که قبلاً بخشی از Toshiba بود) نیز از NVMe over TCP پشتیبانی می‌کند.

انتظار می‌رود که میزان در دسترس بودن NVMe / TCP طی چند سال آتی به سرعت رشد کند. بورگنر پیش بینی می‌کند که “بیشتر وندورهای ذخیره‌سازی سازمانی بزرگ هنوز NVMe / TCP را معرفی نکرده‌اند، اما احتمالاً طی 12 تا 18 ماه آینده این کار را انجام خواهند داد.”

موانع فعلی موجود که سد راه استفاده گسترده از NVMe-over-TCP می‌شوند نیز دقیقا همان‌هایی هستند که در طولانی مدت باعث موفقیت آن خواهند شد.

کیلینگر می‌گوید: “اکثر سازمان‌های IT با تخمین اینکه بیش از 90٪ از مشاغل در یک یا چند فضای ابری عمومی حضور دارند، در حال آزمایش آن با سرویس‌های فضای ابری عمومی هستند”. در همین حین، نرخ تازه‌سازی IT در حال کاهش است و بسیاری از سازمان‌ها بودجه کافی برای تازه‌سازی زیرساخت‌های ذخیره‌سازی قدیمی خود با فناوری‌های پیشرفته NVMe در نظر نگرفته‌اند. کیلینگر خاطرنشان می‌کند: “برخی از همین شرکت‌ها برای جایگزینی سرویس IT شرکت‌های بزرگ خود به دنبال ارائه دهندگان خدمات ابری عمومی هستند و این همان نقطه‌ای است که NVMe over TCP رشد خواهد کرد، و رشد آن نیز بسیار بیشتر از توان خرید شرکت‌های IT خواهد بود”.

بورگنر آینده روشنی را برای NVMe / TCP می‌بیند. با این حال او پیشبینی می‌کند: ” استفاده از این فناوری احتمالاً تا پایان سال 2022 یا 2023 افزایش چشمگیری نخواهد داشت”.

کیلینجر همچنین خوشبین است که NVMe / TCP سرانجام تبدیل به یک تکنولوژی اصلی شود. او می‌گوید: “من هیچ دلیلی برای عدم رشد  NVMe over TCP و یا حتی عدم تسریع استقرار SSD در سالهای آینده نمی‌بینم.”

کیلینجر انتظار دارد که به زودی از طرف OEMهای ذخیره‌سازی SSD (که مشتاق نشان دادن عملکرد محصولات خود در NVMe over TCP هستند) فشار بازاریابی بزرگی ایجاد شود. او می‌گوید: “به عنوان معاون رئيس شرکت IT، همین فشار کافی است تا تصمیم آنها به خرید تحت تأثیر قرار گیرد”.

[/av_textblock] [av_one_full first min_height=” vertical_alignment=” space=” custom_margin=” margin=’0px’ row_boxshadow=” row_boxshadow_color=” row_boxshadow_width=’10’ link=” linktarget=” link_hover=” padding=’0px’ highlight=” highlight_size=” border=” border_color=” radius=’0px’ column_boxshadow=” column_boxshadow_color=” column_boxshadow_width=’10’ background=’bg_color’ background_color=” background_gradient_color1=” background_gradient_color2=” background_gradient_direction=’vertical’ src=” background_position=’top left’ background_repeat=’no-repeat’ animation=” mobile_breaking=” mobile_display=” av_uid=’av-kw5bhw’] [av_hr class=’custom’ height=’50’ shadow=’no-shadow’ position=’center’ custom_border=’av-border-thin’ custom_width=’50px’ custom_border_color=” custom_margin_top=’30px’ custom_margin_bottom=’30px’ icon_select=’yes’ custom_icon_color=’#7bb0e7′ icon=’ue857′ font=’entypo-fontello’ av_uid=’av-kk8jxbw4′ custom_class=” admin_preview_bg=”] [av_icon_box position=’top’ icon_style=” boxed=” icon=’ue81f’ font=’entypo-fontello’ title=” link=” linktarget=” linkelement=” font_color=” custom_title=” custom_content=” color=” custom_bg=” custom_font=” custom_border=” av-medium-font-size-title=” av-small-font-size-title=” av-mini-font-size-title=” av-medium-font-size=” av-small-font-size=” av-mini-font-size=” av_uid=’av-kk8jy12r’ custom_class=” admin_preview_bg=”]

بیشتر بدانید

[/av_icon_box] [av_postslider link=’category,1673′ wc_prod_visible=” prod_order_by=” prod_order=” columns=’3′ items=’6′ offset=’no_duplicates’ contents=’title’ preview_mode=’auto’ image_size=’portfolio’ autoplay=’no’ interval=’5′ av_uid=’av-kk8jyjdz’ custom_class=”] [av_hr class=’default’ height=’50’ shadow=’no-shadow’ position=’center’ custom_border=’av-border-thin’ custom_width=’50px’ custom_border_color=” custom_margin_top=’30px’ custom_margin_bottom=’30px’ icon_select=’yes’ custom_icon_color=” icon=’ue808′ av-desktop-hide=” av-medium-hide=” av-small-hide=” av-mini-hide=” av_uid=’av-rq7rtg’] [av_social_share title=’اشتراک این مطلب’ style=’minimal’ buttons=’custom’ share_twitter=’aviaTBshare_twitter’ share_linkedin=’aviaTBshare_linkedin’ share_mail=’aviaTBshare_mail’ av_uid=’av-k4b6xs3w’ custom_class=” admin_preview_bg=”] [/av_one_full]