三大存储协议介绍与存储资源盘活系统 AHCI、NVMe、SCSI

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。