淺談NVMe SSD雙端口（1）：應(yīng)用設(shè)計實現(xiàn)

雙端口對于SSD和數(shù)據(jù)中心來講著實是個重要特性，所以我們 請了研發(fā)部門的工程師寫了上下兩篇雙端口文章，從應(yīng)用模型、設(shè)計實現(xiàn)到可靠性和性能測試，都介紹一遍。這篇是上篇，介紹了雙端口應(yīng)用模式和設(shè)計實現(xiàn)。

雙數(shù)據(jù)路徑（或多路徑）對企業(yè)級應(yīng)用并不陌生。原來，電腦都通過單一路徑連接到一個裝置。隨著時間的推移，這種實現(xiàn)模式逐漸暴露出了種種弊端。在單路徑場景中，如果從主機到驅(qū)動器本身的數(shù)據(jù)路徑受到破壞，則無法訪問數(shù)據(jù)，這為雙路徑（或多路徑）概念鋪平道路。

SCSI設(shè)備是第一個使用兩個物理連接實現(xiàn)雙端口功能的設(shè)備。隨著串行連接的SCSI（SAS）的出現(xiàn)，通過一個物理連接來實現(xiàn)雙端口連接成為可能。由于雙端口允許數(shù)據(jù)從兩個端口獨立傳輸，因此該技術(shù)可以為任何一條數(shù)據(jù)路徑提供容錯。雙端口很快成為流行的配置。

隨著NVMe SSD技術(shù)的飛速發(fā)展，雙端口技術(shù)在企業(yè)級存儲系統(tǒng)中的應(yīng)用也成為必然，由于其在高性能高可靠性上的優(yōu)勢，有著更為廣闊的前景及市場。

雙端口NVMe SSD支持單個主機內(nèi)存在的兩條數(shù)據(jù)路徑，同時通過兩個控制器訪問相同的存儲設(shè)備實現(xiàn)冗余。在另一種常見的應(yīng)用場景中，兩個主機系統(tǒng)也可以同時使用雙端口訪問同一存儲系統(tǒng)。如果在一條數(shù)據(jù)路徑丟失時發(fā)生系統(tǒng)故障或電源丟失，可用的數(shù)據(jù)路徑將繼續(xù)運行，對業(yè)務(wù)連續(xù)無影響，對QoS的影響達到最小。

雙端口應(yīng)用模型

根據(jù)雙端口應(yīng)用的場景，可以分為雙活，主從，以及鏈路冗余等模式。如下圖所示，

圖1雙活模式

Server A 與server B分別通過PCIe switch連接同一塊NVMe SSD，兩者能夠同時訪問相同的存儲空間，互相做存儲數(shù)據(jù)的冗余備份。當然整個系統(tǒng)可以有多塊PBlaze5，這要看服務(wù)器的配置而定。

圖2主從模式

Server A 與server B 分別通過PCIe switch 連接到多塊NVMe SSD，兩個server通過心跳線互為雙機熱備，在一條路徑失敗的情況下，可以保證服務(wù)不中斷。

圖3鏈路冗余模式

一個Server分別通過兩個PCIe switch連接到同一塊NVMe SSD，相當于對數(shù)據(jù)鏈路做了冗余，在這種模型下，server可以看到2個x2的PCIe設(shè)備，即2個NVMe設(shè)備，通過操作系統(tǒng)本身的multiple path等技術(shù)使能鏈路冗余。

雙端口設(shè)計實現(xiàn)

雙端口PBlaze5 PCIe NVMe SSD既可以應(yīng)用于常規(guī)的server采用單端口模式，提供PCIe3.0 x4的帶寬，又可以接入雙端口服務(wù)器自動適配成雙端口模式，每個控制器達到PCIe3.0 x2的帶寬。在雙端口模式下，兩個端口完全獨立，控制器提供兩組PCIe接口的端口寄存器，包括端口控制，端口狀態(tài)，時鐘狀態(tài)寄存器。由于存儲設(shè)備是獨立供電的，每一個server完全獨立于另一個server實現(xiàn)上電或者下電，互不影響。

圖4 單端口與雙端口模式對比

另外，由于NVMe 協(xié)議支持multiple namespace，將multiple namespace擴展到雙端口NVMe SSD將會使企業(yè)級存儲系統(tǒng)更加靈活和多元化。

圖5：multiple namespace下雙端口模式

這節(jié)就先寫到這，后續(xù)有一個多圖進階篇，介紹雙端口盤的可靠性測試，并展示雙端口模式下各種場景中的性能效果。好看的還在后面。