从SAS过渡到NVMe岂止仅换个底盘
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从SAS过渡到NVMe，是不是更换个底盘就完了？这里面事其实挺复杂的。
本文组织：
1． PowerMax简介
2． 说说从SAS到NVMe的过度
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PowerMax简介
2018年5月1日，戴尔EMC在DellTechnologies World宣布了最新的计算和存储产品方案。戴尔宣布了基于全闪存架构的PowerMax存储系统，该系统将全面取代之前的VMAX。这意味着后续DELLEMC的高端存储系统将全部是全闪存架构。
PowerMax存储阵列可以被视为历史悠久的VMAX产品家族的继任者，该产品家族的起源可追溯到1990年，而存储巨头EMC公司在2016年推出了首个全闪存VMAX，而这是EMC公司在被DELL公司收购之前所推出的。
PowerMax的命名与DELLEMC服务器产品线的PowerEdge相呼应，形成统一的命名风格。PowerMax内部的控制器也被命名为PowerBrick（之前是V-Brick），操作系统命名为PowerMax操作系统（之前为HyperMatrix操作系统）。
PowerBrick
之前VMAX的全闪存版本为VMAX-AF，而PowerMax相比VMAX的区别在于：
1、后端由SAS体系结构全面替换为基于PCIE的NVMe体系结构，性能大幅提高。
2、引入机器学习来辅助性能分析、故障检测和日常运维，彰显智能。
3、增加了对重删（Deduplication）的支持，存储空间使用效率提升。
DELLEMC本次发布了两款PowerMax型号，分别为2000和8000。其中2000可视为升级版的VMAX250F， 8000为升级版VMAX 950F。PowerMax使用SFF8639连接器的双端口NVMe SSD，并同时支持NVMe over Fabrics(NVMe-oF)协议。
控制器节点Brick使用的CPU也是沿着Intel产品发展路线从VMAX 250F/950F的Broadwells升级到Xeon E526xx v4，尽管最大Core数576没有发生变化，但IOPS从950F的670万上升到8000的1000万。
PowerMax 2000能够提供高达170万的IOPs和1PB容量，可以扩展到2个PowerBricks。PowerMax8000能够传输高达1000万的IOPs和4PB容量，可扩展到8个PowerBricks。
新增加的Inline重复数据删除功能，可以与现有的Inline压缩一起使用，可高达5:1的数据缩减率，支持灵活开关。最大有效容量与250F和950F的最大(1PB和4PB)保持一致，在10U的PowerBrick中支持从13TB开始起配。PowerMax的机架密度是VMAX的2倍，能耗降低了40%。
PowerMax的运行软件将有两个版本组成: 即Essentials和Pro。Essentials 版本提供了SnapVX，deduplication和QoS等特性，而Pro版本提供远程复制、PowerPath和SRM。
PowerMax对NVMe SCM的支持将极大地减少阵列的延迟。使用NVMe闪存驱动器的PowerMax的响应时间比之前的VMAX减低25%，而端到端NVMe和SCM的组合将使PowerMax的响应时间比VMAX快50%。
PowerMax操作系统使用机器学习、预测分析和模式识别等技术使得存储系统更加智能和自动化。在机器学习方面，PowerMax操作系统可从设备上收集的性能和相关数据(包括阵列的实时数据)，PowerMax可以决定哪些数据或数据块可以存储在哪些存储层上，它通过利用超过4000万套部署数据集(存储)和IO读、写、Get和Put等操作中变得更加智能。
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说说从SAS到NVMe的过度
PowerMax这次后端从SAS完全过渡到PCIE，这是个非常大的变化。这个过度并非升级，而是完全抛弃换新的底盘，基于这个底盘所构建的上层软硬件形态也需要跟着做很大的变化。这也意味着之前在SAS方面的积累几乎作废。但是有一点可以保留，那就是Enclosure Management部分可以重用之前的框架。
如上图所示，在SAS体系下，SAS Controller将整个SAS后端的一切都隐藏了起来，Host端看得到的只有SAS Controller的地址空间，通过上层驱动一层层识别到后端的SAS设备。这种松耦合方式灵活，方便运维。比如SAS热插拔等处理都非常方便。但是最大一个劣势，就是延迟相比NVMe盘而言太高，因为经过了SAS Controller、SAS Expander两个器件。然而过渡到PCIE之后，由于没有了HBA Controller，所有PCIE设备都被直接暴露在地址空间中，对NVMe设备的控制可以直接通过访存方式完成，而并不需要通过HBA Controller中转，所以性能得到巨大的释放和发挥，尤其是时延方面的降低，更符合互联网时代的快速响应的诉求。
在由NVMe设备、PCIE Switch组成的这个新底盘上，还有很多基础功能、高级功能有待开发完善，发展潜力很大。比如，已经解决的有热插拔，包括planned hot remove以及suprisingly hot remove。尚未解决或者说标准化的功能有LED灯控制，这方面NVMe标准正在快速推出，比如NVMe Management Interface（NVMe MI）的标准化已经成型，PCIE Switch可以像以往SAS Expander一样对NVMe的JBOF（Just a bunch of FLash）最对应的Enclosure Mangement。
上层软件方面，为了充分发挥NVMe硬盘的性能，OS内核的协议栈可能需要全盘优化甚至直接替换，或者，直接砍掉！将所有I/O协议栈做到用户态去，每次I/O调用不再需要进入到内核系统调用流程，进一步降低时延。
前端访问方面，提供SCSI协议之外的全新低时延访问协议：NVMe over Fabric，将整个系统路径的时延再次降低。
综上，PCIE生态系统已经成熟，以Microchip（收购了Microsemi，Microsemi收购了PMC）为代表的厂商已经推出了第二代PCIE3.0 Switch，马上就要推出PCIE 4.0 Switch，通道数量达到上百个。趋于成熟的底层生态必将让基于NVMe的全闪存存储系统在后续的产品规划、发展路径中如鱼得水。
然而，SAS其实也没闲着。SAS4下x4 PHY的速度已经可以达到单向96Gb/s，而且SAS4相比SAS3的一个很大提升则是支持基于时分复用的链路复用和全双工（目前仅Microchip/Microsemi 的SAS4产品支持）。SAS or PCIE？or both？冬瓜哥会持续关注相关底层产业生态发展，为大家持续提供消息。