NVME-Namespace

參考資料：《深入淺出SSD》 ， NVME協議1.3

Namespace

1.概念

NVME SSD主要由SSD控制器，閃存空間和PCIE接口組成，如果把閃存空間划分成若干個獨立的邏輯空間，

每個空間邏輯塊的地址范圍為0到N-1（N是邏輯空間大小），這樣划分的每個邏輯空間叫做Namespace。

 

2.注意

對SATA SSD來說，一個閃存空間只對應一個邏輯空間，對NVME SSD來說，一個閃存空間可以對應若干個邏輯空間

每個Namespace都有一個名稱和ID，系統是通過NS的ID來區分不同的NS.

 

3.案例，將閃存空間划分為兩個NS

以下圖為例

1）把整個閃存空間划分成兩個NS，NS A和NS B，其對應的NS ID分別為1和2.

2）如果NS A的大小是M，NS的大小是N（以邏輯塊大小為單位），那么 它們的邏輯地址空間分別為0到M-1和0到N-1

3）主機讀寫SSD時，首先要指定讀寫的NS，否則對於LBA為0，有兩個邏輯空間都有LBA 0，SSD根本不知道去個邏輯空間讀寫

 

NVME命令中的NS域

1.一個NVME命令有64字節，其中Byte[7:4]指定了要訪問的NS

2.對每個NS來說，都有一個4KB大小的數據結構來描述它（NS的大小，整個空間已經寫了多少，每個LBA的大小，端到端數據保護相關設置，

　　該NS屬於某個控制器還是幾個控制器共享等）

3.NS由Host創建和管理，從主機操作系統的角度來看，每個NS就是一個獨立的磁盤，用戶可以在每個NS做分區等操作，比如

　　將整個空間划分為兩個NS， NS A和NS B，操作系統看到兩個完全獨立的磁盤

4.每個NS都是獨立的，邏輯塊大小可以不同，端到端數據保護配置也可以不同，你可以讓一個NS使用保鏢，另一個NS不使用報表，第三個NS半程使用保鏢

5.NS更多是應用在企業級，可以根據客戶不同的需求創建不同特征的NS，即在一個SSD上創建若干個不同功能特征的NS（磁盤）供不同客戶使用

 

NS的一個重要使用場合

SR_IOV

1）SR-IOV，全稱為Single Root-IO Virtualization

2）SR-IOV技術允許在虛擬機之間高效共享PCIE設備，並且它是在硬件中實現的，可獲得與本機性能相媲美的IO性能

3）單個SSD可以由多個虛擬機共享，共享的設備提供專用的資源，並且還使用共享的通用資源，以下圖為例

 

 

說明

1）該SSD作為PCIE的一個Endpoint，實現了一個物理功能，有4個虛擬功能關聯該物理功能

2）每個虛擬功能都有自己獨享的NS，還有共享的NS E

3）此功能使得虛擬功能可以共享物理設備，並在沒有CPU和虛擬機管理程序軟件開銷的情況下執行IO

 

多個控制器

對於一個NVME子系統，可以有若干個控制器，即一個SSD有幾個實現了NVME功能的控制器，如下圖

 

 

說明

1）一個NVME子系統包含兩個控制器，可以分別實現不同的功能

2）整個閃存空間划分為3個NS，NS A由控制器0獨享，NS C由控制器1獨享，NS B由兩個控制器共享

      （獨享，即只有與之關聯的控制器才能訪問該NS，別的控制器不能對其訪問；

　　  共享，即NS B可以被兩個控制器共同訪問，但是要求每個控制器對該共享NS的訪問都是原子操作，以避免同步問題）

 

多個PCIE接口

1.一個NVME子系統可以有多個PCIE接口，如下圖，雙控制器雙端口NVME系統

 

 

說明

1）每一個控制器都有自己的PCIE接口，而不是兩者共享一個

2）這兩個PCIE接口可能連着同一個主機，也可能連着不同的主機

 

2.雙端口子系統連接主機

 

 

 

 說明

1）主機訪問SSD，可以雙管齊下，性能可能更好些

2）對訪問NS B，同一時刻只能被一個控制器訪問

3）可以同時操作NS A 和NS C，性能或多或少會有所提升

4）可以提升系統的可靠性，比如PCIE A接口出現問題，主機可以通過PCIE B無縫銜接，繼續對NS B訪問，但是NS A

 

3.雙端口雙主機系統

一個主機掛了，由另一個主機接管任務，繼續執行