存储协议目前主流的有三种,AHCI、NVMe、SCSI。 HDD 磁盘和早期 SSD 磁盘的传输协议一般采用AHCI(高级主机控制器接口,Advanced Host Controller Interface)。AHCI 为单队列模式,主机和 HDD/SSD 之间通过单队列进行数据交互。对于 HDD 这种慢速设备来说,主要瓶颈在存储设备,而非 AHCI协议。不同于 HDD 的顺序读写特点,SSD 可以同时从多个不同位置读取数据,具有高并发性。因此对于 SSD,AHCI 的单队列模式成为了限制并发性的瓶颈。随着存储介质的演进,SSD 盘的 IO 带宽越来越大,访问延时越来越低。AHCI 协议已经不能满足高性能和低延时 SSD 的需求, NVMe(NVM Express 非易失性内存主机控制器接口规范)应运而生。
NVM(non-volatile memory)是固态硬盘(SSD)的常见的闪存形式。此规范主要是为基于闪存的存储设备提供一个低延时、内部并发化的原生界面规范,也为现代CPU、计算机平台及相关应用提供原生存储并发化的支持,令主机硬件和软件可以充分利用固态存储设备的并行化存储能力。相比此前机械硬盘驱动器(HDD)时代的AHCI,NVMe/NVMHCI降低了I/O操作等待时间、提升同一时间内的操作数、更大容量的操作队列等。基于 NVMe 的驱动器可实现高达 16Gbps 的吞吐量,且当前供应商正在推动 32Gbps 或更高的吞吐量产品的应用。在 IO 方面,许多基于 NVMe 的驱动器,其 IOPS 可以超过 50 万,部分可提供 150 万、200 万甚至1000 万 IOPS。与此同时,许多驱动器的延迟低于 20 微秒,部分低于 10 微秒。
SCSI即小型计算机接口(Small Computer System Interface),指的是一个庞大协议体系,到目前为止经历了SCSI-1/SCSI-2/SCSI-3变迁。 SCSI协议定义了一套不同设备(磁盘,磁带,处理器,光设备,网络设备等)利用该框架进行信息交互的模型和必要指令集。SCSI协议本质上同传输介质(SATA线,PCIE线,网线等)无关,SCSI可以在多种介质上实现,甚至是虚拟介质。例如基于光纤的FCIP(Fiber Channel over IP)链路协议,基于SAS(Serial Attached SCSI)的链路协议,基于虚拟IP链路的iSCSI协议。通俗点说SCSI协议就是一个存储设备与服务器之间接口通讯的一个规范。因为这种“兼容各种传输介质”的特性,存储网络都是以 SCSI协议为基础框架,前端传输网络层一直以 FC(光纤通道,Fiber Channel)网络为主,后端则以 SAS(串行 SCSI 技术,Serial Attached SCSI)网络为主,这构成了服务器间以 IP 为主要互联手段的 IP 存储网络。
iSCSI(Internet Small Computer System Interface,Internet 小型计算机系统接口)是一种由IBM公司研究开发的IP SAN技术,该技术是将现有SCSI接口与以太网络(Ethernet)技术结合,基于 TCP/IP的协议连接iSCSI服务端(Target)和客户端(Initiator),使得封装后的SCSI数据包可以在通用互联网传输,最终实现iSCSI服务端映射为一个存储空间(磁盘)提供给已连接认证后的客户端。
存储区域网络 iSCSI SAN 是一个基于 IP 的系统,允许 SAN 连接到常规的千兆以太网交换机和 IP 路由器,一般没有额外的硬件要求。实施iSCSI SAN有以下几个优势:
1.简化与整合:iSCSI SAN 可以将数据整合到一个分层系统中,该系统自动利用网络上的所有存储设备来平衡负载。这极大地简化了存储结构,消除了对日益繁琐的 IT 环境的需求,从而减轻了 IT 人员的负担。
2.更好的性能和可靠性:iSCSI SAN 消除了传统上由服务器磁盘执行的繁重数据存储工作。通过专用于存储数据的 iSCSI 阵列,可以显着减轻网络其余部分的负担。为最终用户提供更强大的吞吐、更好的可靠性和更快的速度。
3.数据保护、备份和恢复:随着数据的增长,传统的备份系统变得越来越复杂并且对网络造成负担。数据越多,备份所需的时间越长,停机时间越长。此外,灾难发生后,恢复数据可能需要数天时间。ISCSI SAN解决方案提供自动化、更快的备份过程,对现有业务运营无中断。灾难发生后,数据可以在短短几分钟内恢复。
4.节约成本:使用iSCSI SAN,组织可以通过多种方式立即降低成本:1) 通过简化网络架构并消除对昂贵存储扩展硬件的持续需求,2) 减轻管理网络的 IT 人员的人力成本,3) 通过性能更高的系统提高整个组织的生产力 4) 通过降低能耗的硬件来降低能源成本。
目前主要的 iSCSI SAN 产品包括 Equallogic、Compellent、HBlock等。EqualLogic建立在虚拟化对等存储架构之上,为小型到大型组织简化和自动化数据存储;Compellent是基于可扩展 SAN 架构和虚拟化的企业级存储解决方案,使用强大的数据移动引擎,帮助组织更有效地管理数据;HBlock是纯软件的绿色存储控制器,可以将商用服务器及其内部的硬盘驱动器(HDDs)和固态驱动器(SSDs)转换成高性能的虚拟存储阵列。