因為NVMe的出現，硬盤的性能得到了極大的提升。這個極大是多少呢？讀帶寬從500MB/s提高到了3200MB/s，寫帶寬從400MB/s提高到了1200MB/s左右。而讀IOPS則達到了50萬，甚至更高。也就是說，現在一塊基于NVMe的SSD硬盤的性能比一個企業級磁盤陣列還要好。

牛皮吹了這么多，那到底什么是NVMe呢？NVMe的全稱是Non-Volatile Memory Express，如果翻譯過來就是非易失性內存主機控制器接口規范。你可能還是一頭霧水，那我們上搜索引擎搜索一下這個關鍵詞，可能會得到如下圖片。

圖1 NVMe存儲

廢話說了半天，到底什么是NVMe呢？首先它是一種接口規范，其次它是用于存儲設備的接口規范。準確的說是目前最新的存儲設備通信協議。這個協議就好比SAS和SATA一樣，用于定義硬件接口和傳輸協議。

關于存儲的幾個概念

為了徹底搞清楚什么是NVMe，我們先理清楚幾個關于存儲的概念。

尺寸外形：也就是設備的形狀和大小，通常存儲設備的尺寸外形包括如下：

• 2.5寸或者3.5寸驅動器（在SFF標準中定義）
• M.2 和 PCI Express（PCIe）（在PCI-SIG標準中定義）

接口：也就是設備如何與計算機通信。常見的存儲設備接口包括：

• SATA接口，通常用于2.5寸和3.5寸硬盤，有時候一些M.2設備也會使用
• PCI Express(PCIe)接口， 用于M.2和PCIe設備
• SAS（串行SCSI）和FC（Fibre Channel）接口，僅用于服務器領域和數據中心
• PCIe接口要比SATA接口快的多，SATA3最大帶寬是6Gb/s，而基于4X PCIe的M.2接口最大可以達到32Gb/s。

協議：定義了如何在計算機與設備之間傳輸數據。常見的協議包括：

• 用于SATA接口的AHCI或者ATA協議，
• 用于PCIe接口的NVMe協議

到這里我們應該比較清晰了，NVMe是運行在某種接口上的通信協議，用于規范計算機與存儲設備的數據傳輸。上述設備尺寸、接口和協議通常是可以組合的。下面是常見的集中組合形式。

• 一個2.5寸SSD硬盤，基于SATA接口，通信協議是AHCI或者ATA。具體設備大概如圖2所示。

圖2 SATA接口的SSD

• 一個M.2的SSD， 基于PCIe接口，通信協議是NVMe。具體設備大概如圖3所示。

圖3 M.2的SSD

• 一個PCIe的SSD，基于PCIe接口，通信協議是NVMe。具體設備大概如圖4所示。

圖4 PCIe的SSD

這里只是給出了幾個具體的例子，便于大家理解接口、設備和協議的關系。具體來說，還有其它很多種組合形式，本文不在贅述。

為什么NVMe會這么快

上面我們介紹了什么是NVMe，下面本文將介紹一下為什么NVMe如此之快（注意：這里說的快是基于SSD設備的，如果是機械硬盤則不然）。由于SSD本身的物理特性，其數據的訪問已經非常快了，性能的瓶頸就是出在計算機與設備連接的接口和協議上面。

我們舉一個簡單的例子。比如我們有一個倉庫會不斷的生產出產品來，我們可以機械手將產品從倉庫拿到其它地方（如圖5所示）。對于SATA的SSD，類似于一個單臂的機器人，倉庫生產的很快，但機器人每次只能拿一個，搬移的速度就比較慢。

圖5 單臂機器人

然而對于基于NVMe的SSD呢？相當于這個機器人長了數百只手，這樣速度顯然就比前者快的多了。

圖6 多臂機器人

NVMe協議的原理也是如此，它本質是上建立了多個計算機與存儲設備的通路，這樣搬運數據的速度自然就提高了。在NVMe協議中，多個通路其實就是多個隊列，具體如圖7所示。在SATA中計算機與存儲設備只能有一個隊列，即使是多CPU情況下，所有請求只能經過這樣一個狹窄的道路。而NVMe協議可以最多有64K個隊列，每個CPU或者核心都可以有一個隊列，這樣并發程度大大提升，性能也自然更高了。

圖7 NVMe的多隊列