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NVM Express(NVMe) 規范系列定義了主機軟件如何通過 PCI Express (PCIe)、RDMA、TCP 等多種傳輸方式與非易失性存儲器進行通信。它是所有外形規格(U.2、M.2、AIC、EDSFF)的固態硬盤 (SSD) 的行業標準。NVM Express 是由定義、管理和營銷 NVMe 技術的技術行業領導者組成的非營利聯盟。該系列規范的最新版本 NVMe 2.0 規范已于 2021 年 6 月 3 日發布。

NVM Express 規范的 2.0 版現在已經有十年歷史了。與其他 NVMe 規范更新一樣，2.0 版帶有各種新特性和功能供驅動器實現(通常作為可選特性)。但最重要的變化也就是將其稱為 2.0 版而不是 1.5 版的原因，是規范已經通過并徹底重組，以更好地適應 NVMe 現在包含的廣泛功能。從最初不起眼的作為基于 PCI Express 運行的塊存儲協議的開始，NVMe 已經發展成為最重要的網絡存儲協議之一，現在還支持與 NVMe 最初提供的類似硬盤的塊存儲抽象完全不同的存儲范式。

2.0 版不是典型 PCIe SSD 的基本規范和單獨的 NVMe over Fabrics 規范，而是被設計為更加模塊化的規范，并已拆分為多個文檔。基本規范現在涵蓋了本地連接的設備和 NVMeoF，但更抽象地 — 已經從基本規范中移出了足夠多的內容，以至于它不再足以定義實現簡單 SSD 所需的所有功能。真實設備還需要參考至少一個傳輸規范和至少一個命令集規范. 對于典型的消費類 SSD，這意味著使用 PCIe 傳輸規范和塊存儲命令集。其他傳輸選項目前包括使用 TCP 或 RDMA 的網絡 NVMe over Fabrics。

其他命令集選項包括 Zoned Namespace 和 Key-Value 命令集。去年批準納入時，我們已經深入介紹了Zoned Namespaces。三個標準化命令集(塊、分區、鍵值)涵蓋了從簡單的 SSD 到底層閃存上的簡單抽象，到相對復雜的智能驅動器，這些驅動器承擔了一些傳統上可能需要的存儲管理任務。由主機系統上的軟件處理。

NVMe 2.0 中的許多新功能是對現有功能的次要擴展，使這些功能更有用和更廣泛使用。例如，NVMe 1.4 中引入了將設備的存儲劃分為NVM 集和耐久性組，但規范沒有說明如何創建這些劃分;該配置要么需要由驅動器的固件硬編碼，要么使用供應商特定的命令處理。

NVMe 2.0 為要分配的耐力組和 NVM 集添加了標準容量管理機制，并且還添加了另一層分區(域)，以便需要更多工具來分割可用存儲池的海量 NVMeoF 存儲設備，或隔離不同用戶對共享驅動器或陣列的性能影響。

NVMe 規范最初預測了基本塊存儲命令集之外的多個命令集的可能性。但是用于支持多個命令集的原始機制不足以滿足當今的用例：控制器功能數據結構中的少量保留位不足以涵蓋當今 SSD 可能實現的所有可能性。特別是，處理多個命令集的新系統現在可以讓同一控制器后面的不同命名空間支持不同的命令集，而不是要求所有命名空間都支持其父控制器支持的所有命令集。

當 NVMe 1.4 完成時，分區和鍵值命令集已經在雷達上，現在這些技術已被納入 2.0，與原始塊存儲命令集具有同等地位。未來的命令集(例如用于計算存儲驅動器)仍在進行中，尚未準備好標準化，但 NVMe 規范現在能夠更輕松地整合此類新開發。NVMe 原則上還可以添加一個開放通道命令集，以公開管理 NAND 閃存(頁面、擦除塊、缺陷管理等)的大部分或全部原始細節，但普遍的行業共識是分區存儲范式達到了更合理的平衡，并且對開放通道 SSD 的興趣正在減弱，有利于分區命名空間。

對于企業用例，NVMe 繼承了 SCSI/SAS 的保護信息支持，將一些額外信息與每個邏輯塊相關聯，用于驗證端到端數據完整性。NVMe 2.0 將現有的保護信息支持從支持 16 位 CRC 擴展到還支持 32 位和 64 位 CRC，從而為大規模存儲系統提供更強大的數據保護。

NVMe 2.0 引入了一項重要的新安全功能：命令組控制，使用新的 Lockdown 命令進行配置。NVMe 1.4 添加了命名空間寫保護功能，允許主機系統將命名空間置于寫保護模式，直到明確解鎖或驅動器重新啟動。NVMe 2.0 的 Lockdown 允許類似的控制來禁止其他命令。這可用于將驅動器置于允許普通讀取和寫入的狀態，但各種管理命令被鎖定，因此無法重新配置驅動器的其他功能。與之前的寫保護功能一樣，此命令組控制支持設置這些限制，直到它們被明確刪除，或者直到重新啟動。

對于 NVMe over Fabrics 用例，NVMe 2.0 闡明了如何在可通過多個控制器訪問共享存儲的情況下處理固件更新和安全設備關機。現在還明確支持硬盤驅動器。盡管硬盤驅動器不太可能很快切換到本地使用 PCIe 連接而不是 SAS 或 SATA，但支持多種旋轉介質意味著企業可以使用 NVMe over Fabrics 統一他們的存儲網絡，并放棄像 iSCSI 這樣的舊協議。

總的來說，NVMe 2.0 并沒有像之前的一些更新那樣帶來那么多的新功能。特別是，此更新中沒有任何內容與客戶端/消費者 SSD 相關。但是規范重組應該使迭代和試驗新功能變得更加容易，并且在接下來的幾年里，有望看到更頻繁的更新和更小的更改，而不是將兩三年的工作捆綁在大的規范更新上。

參考鏈接：https://www.anandtech.com/show/16702/nvme-20-specification-released