今年6月，我們看到了NVMe標準的更新。該更新定義了一個軟件接口，以通過SSD和NAND閃存實際工作的方式幫助實際讀寫驅(qū)動器。
新的NVMe分區(qū)命名空間可選功能取代了SSD從硬盤驅(qū)動器和較早的存儲技術(shù)繼承而來的傳統(tǒng)塊設(shè)備模型，而是允許SSD在閃存上實現(xiàn)不同的存儲抽象。這與SAS和SATA為適應(yīng)SMR硬盤而添加的擴展非常相似，但對SSD來說卻有一些額外的功能。具有這種新功能的 "分區(qū) "固態(tài)硬盤可以提供比普通固態(tài)硬盤更好的性能，減少過度配置和減少DRAM。缺點是應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)必須更新以支持分區(qū)存儲，目前這項工作正在進行中。
NVMe分區(qū)命名空間(ZNS)規(guī)范已被批準并作為技術(shù)提案發(fā)布。它建立在當前NVMe 1.4a規(guī)范的基礎(chǔ)上，為NVMe 2.0做準備。即將發(fā)布的NVMe 2.0規(guī)范將整合所有已批準的技術(shù)提案，但也將同樣的功能重新組織成多個較小的組件文件：一個基礎(chǔ)規(guī)范（針對塊、分區(qū)、鍵值的每個命令集，以及未來可能出現(xiàn)的更多命令集），以及針對每個傳輸協(xié)議（PCIe、RDMA、TCP）的單獨規(guī)范。分區(qū)命名空間的標準化為這項技術(shù)更廣泛的商業(yè)化和采用掃清了道路，到目前為止，這項技術(shù)一直受到廠商特定分區(qū)存儲接口和非常有限的硬件選擇的阻礙。
將閃存用于固態(tài)硬盤的根本挑戰(zhàn)是，我們所有的計算機都是圍繞著硬盤工作的概念而建立的，而閃存的表現(xiàn)并不像硬盤。閃存的組織結(jié)構(gòu)與硬盤驅(qū)動器有很大的不同，因此，針對閃存增強的性能特點來優(yōu)化我們的計算機，將使它值得一試。
磁盤是一種相當模擬的存儲介質(zhì)，沒有固有的結(jié)構(gòu)來決定扇區(qū)大小等特征。選擇512字節(jié)扇區(qū)標準只是為了方便起見，當我們的硬盤容量達到多TB范圍時，企業(yè)級硬盤現(xiàn)在支持4K字節(jié)扇區(qū)。相比之下，閃存芯片在設(shè)計中內(nèi)置了幾個層次的結(jié)構(gòu)。最重要的數(shù)字是頁面大小和擦除塊大小。數(shù)據(jù)可以以頁大小的粒度（通常在幾kB的數(shù)量級）進行讀取，空頁可以通過程序操作寫入，但擦除操作要清除整個多MB塊。讀取/程序操作和擦除操作之間的大量大小不匹配是普通機械硬盤不必處理的復(fù)雜問題。閃存有限的程序/擦除周期持久性也增加了挑戰(zhàn)，因為寫入次數(shù)減少會增加壽命。
如今，幾乎所有的SSD都是作為具有512字節(jié)或4kB扇區(qū)的簡單的類似HDD的塊存儲設(shè)備的抽象形式呈現(xiàn)給軟件的。這掩蓋了我們多年來詳細介紹的SSD的所有復(fù)雜性，例如頁面和擦除塊的大小，損耗均衡和垃圾回收。這種抽象也是為什么SSD控制器和固件比硬盤驅(qū)動器控制器更大，更復(fù)雜（更容易出錯）的一部分。在大多數(shù)情況下，塊設(shè)備抽象仍然是正確的折衷方案，因為它允許未經(jīng)修改的軟件享受閃存的大部分性能優(yōu)勢，并且諸如而寫入擴展等缺點是可管理的。
多年來，存儲行業(yè)一直在探索塊存儲抽象的替代方法。對于開放通道SSD，已經(jīng)有一些建議，這些建議將閃存的許多細節(jié)直接開放給主機系統(tǒng)，將SSD固件的許多職責(zé)移交給了在主機CPU上運行的軟件。從具有完全驅(qū)動器管理的閃存轉(zhuǎn)換層（FTL）的典型SSD到完全由軟件管理的解決方案之間，已推廣的各種開放通道SSD標準已在頻譜上達到了不同的平衡。業(yè)界一致認為，某些最早的標準，例如LightNVM 1.x規(guī)范，由于開放了太多細節(jié)，需要軟件來處理不同供應(yīng)商的閃存之間或SLC，MLC，TLC等之間的某些差異。較新的標準已尋求找到更好的平衡和抽象水平，以便更易于大規(guī)模采用同時仍允許軟件繞過典型SSD的低效率。
從另一個方向解決該問題，NVMe標準已經(jīng)獲得了一些功能，這些功能允許驅(qū)動器與主機共享有關(guān)數(shù)據(jù)訪問和布局的最佳模式的更多信息。在大多數(shù)情況下，這些是軟件可以利用的提示和可選功能。之所以可行，是因為不了解這些功能的軟件仍將照常運行。在過去的NVMe規(guī)范修訂版中，已添加了指令和流，NVM集，可預(yù)測的延遲模式以及各種對齊方式和粒度提示，以使軟件和SSD可以更好地協(xié)作。
最近，受硬盤市場的影響，第三種方法獲得了發(fā)展。帶狀磁記錄（SMR）是一種通過使硬盤驅(qū)動器盤片上的磁道部分重疊來增加存儲密度的技術(shù)。這種方法的缺點是，不再可能直接修改任意字節(jié)的數(shù)據(jù)而不破壞相鄰重疊的磁道，因此SMR硬盤驅(qū)動器將磁道分組到區(qū)域中，只允許在區(qū)域內(nèi)順序?qū)懖僮鳌?/span>這對包括隨機寫操作的工作負載具有嚴重的性能影響，這也是驅(qū)動器管理的SMR硬盤在市場上受到褒貶不一的部分原因。然而，在服務(wù)器存儲市場中，主機管理的SMR也是一個可行的選擇:它要求操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序軟件能夠直接感知區(qū)域，但在使用受控環(huán)境時，進行必要的軟件更改并不是不可克服的挑戰(zhàn)。
事實證明，用于SMR硬盤的分區(qū)存儲模型也非常適合與閃存配合使用，并且是NVMe分區(qū)命名空間的前身。SMR硬盤驅(qū)動器的區(qū)域狀結(jié)構(gòu)反映了SSD的頁面和擦除塊結(jié)構(gòu)。寫入限制并不完全匹配，但已經(jīng)足夠接近了。
