利用pcie突破存储传输信道瓶颈

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1、利用PCIe突破存储传输信道瓶颈尽管储存总线规格一直以每3～4年更新一代的速度持续发展，但仍跟不上处理器与固态储存设备的进步，面对这种情况，一些过去被认为是非主流应用的储存总线规格，便有了大展身手的机会在这次封面故事中，我们将介绍以PCIe作为传输接口的储存产品，包括内接型式与储存局域网络两种应用型态，并与传统的SAS/SATA与FibreChannel/iSCSI规格作一对照。PCIe储存界面的新应用突破I/O瓶颈：从InfiniBand到PCIe(1)相对于进步迅速的处理器与固态储存技术，储存总线已成为IT系统的效能瓶颈所在。而PCIe藉由其高带宽与低延迟

2、的特性，可望成为解决I/O瓶颈的一个新方向PCIe外接储存产品概览目前PCIe外接储存设备供货商主要有世仰科技、NextIO、ViolinMemory与Virtensys等几家，其中世仰与NextIO都能提供包括储存装置与交换设备在内的DAS与SAN解决方案PCIeSAN实测：世仰ExaSANExaRAIDHD大区块顺序访问速度突出，适于影音编辑、串流媒体播放等顺序访问要求大的应用突破I/O瓶颈：从InfiniBand到PCIe服务器虚拟化与固态储存装置的发展，从两个面向同时推动了高速储存总线的需求。服务器虚拟化让一台实体主机，同时承载了过去由多台实体主机负担

3、的任务，这也带来了更高的运算能力与I/O带宽的需求。更高的运算能力需求，可透过速度更快的新一代处理器与更大容量的内存来满足，但连接处理器与储存设备间的总线传输效能若未同步提升，则储存总线便会形成整体效能上的瓶颈。在另一方面，透过以DRAM或Flash式内存作为储存单元基础，固态储存装置在I/O处理能力与传输速率方面的性能表现，都远远超过传统机械式磁盘。但在实际应用中，储存装置只是影响整个系统储存效能的一个环节，当磁盘部份透过引进固态储存装置而大幅提高效能后，若系统其余环节如传输信道、控制器等没有跟着一起提升，整个系统的速度也将会受较慢的环节所拖累，无法发挥固态

4、储存装置应有的性能。储存传输信道瓶颈已现储存传输通道可分内接与外接两种应用类型，内接应用是指作为从磁盘装置到控制器╱处理器之间的传输接口，目前最常见的是SAS与SATA两种规格，其他还有光纤信道（FibreChannel，FC）以及老旧的IDE与SCSI等规格。外接应用则是指作为从外接储存设备控制器到服务器主机之间的传输接口，又分为直接连接储存（Direct-AttachedStorage，DAS）与储存局域网络（StorageAreaNetwork，SAN）等类型，属于DAS类型的传输信道规格有SAS、eSATA与旧的SCSI等，属于SAN类型的规格则有FC

5、、iSCSI等。前述传输信道规格中，除了老旧的SCSI、IDE与内接类型的FC已停止发展外，其余规格目前仍持续不断的更新中。以内接类型来说，SAS已发展了两代（SAS1.0与SAS2.0），SATA则有4代（SATA1.0/1.5/2.0/3.0）。在外接类型方面，两种主要SAN传输协议FC与iSCSI也分别发展了数个世代，如FC已陆续推出1/2/4/8Gb等4种规格，最新的第5代16Gb规格也即将实用化，而以以太网络为基础的iSCSI，亦先后发展了1Gb与10Gb两个世代。单就传输通道自身来看，这样的更新速度并不能说慢，在短短6、7年内，内接传输通道的带宽就

6、增加了至少4倍，外接传输通道的带宽也增加了2～10倍。但服务器虚拟化与固态储存的发展，却让储存传输通道的进步显得黯然失色。服务器虚拟化需要更高I/O效能服务器虚拟化的目的，是希望透过虚拟主机分别独立承担不同工作，来提高实体主机资源使用率。从另一方面来看，实体主机每承担1个任务，便需耗用一定的处理器效能与I/O带宽，当透过虚拟化使其虚拟为2台虚拟主机分别承担2个任务时，若欲维持原有服务等级，则需要耗用的处理器效能与I/O带宽也会跟着加倍。换言之，要让实体主机承载更多虚拟主机，便需提供更多的运算与I/O资源。但显然的，服务器运算效能的提高，远比I/O带宽的增加更为

7、容易。依照摩尔定律，处理器效能每18个月就能增加一倍，I/O带宽的提升速度却远低于此。如SAS界面从3Gb/s进化到6Gb/s就花了5～6年，从SATA3Gb/s到SATA6Gb/s也花了5年多。再来看外接接口，FC规格亦是以每3～4年发表新一代规格的速度更新，也就是说要每4年左右才有带宽提高一倍的新规格可用。而在承载iSCSI协议的以太网络方面，虽然是以每次提高10倍带宽的速度更新，且10GbE规范发布时间也只与GbE相隔3、4年，但过了6、7年后，10GbE仍不能取代GbE的地位。换言之，储存总线的进步速度，要远低于处理器效能的进步速度，储存I/O往往跟不

8、上处理器性能的提升，以致成为效能瓶颈所