作為一般消費(fèi)者，在京東上會(huì)看到各種M.2接口的固態(tài)硬盤往往會(huì)無所適從，不知道選擇什么好。尤其是有的SSD寫得支持SATA協(xié)議，有的是支持NvME，到底選擇哪種好呢？

NVMe作為新出現(xiàn)的技術(shù)，它當(dāng)然比SATA的SSD硬盤要快，延遲要小。尤其現(xiàn)在SATA接口無疑構(gòu)成了SSD速度的瓶頸，今天我們就從技術(shù)的層面來了解一下為什么NVMe比SATA快，快多少。并對(duì)一般消費(fèi)者如何選擇做一個(gè)方向性的指導(dǎo)。

技術(shù)分析

我們來看一下他們的對(duì)比：

走SATA協(xié)議的M.2 SSD會(huì)被連接到南橋的SATA port上，在其上走傳統(tǒng)的AHCI協(xié)議棧（SCSI的一個(gè)子集），漫長而延遲很高。AHCI只有1個(gè)命令隊(duì)列，隊(duì)列深度32，如果發(fā)生大量小文件操作，就會(huì)發(fā)生擁堵。

走NVMe的SSD，直接走PCIe通道，協(xié)議棧很淺。而NVMe可以有65535個(gè)隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列都可以深達(dá)65536個(gè)命令。NVMe也充分使用了MSI的2048個(gè)中斷向量?jī)?yōu)勢(shì)，延遲大大減小，尤其大量小文件時(shí)速度更是飛快。

從操作系統(tǒng)的協(xié)議棧本身來看：

AHCI還是基于傳統(tǒng)的塊傳輸。而NVMe使用了一種叫做“Doorbell”的機(jī)制來充分利用了極長的隊(duì)列，大大減小了延遲。

數(shù)據(jù)

我們來一起看一下具體的數(shù)據(jù)。首先來看NVＭe如何減小了協(xié)議棧本身的時(shí)間消耗，我們用blktrace工具來分析一組傳輸在應(yīng)用程序?qū)印⒉僮飨到y(tǒng)層、驅(qū)動(dòng)層和硬件層消耗的時(shí)間和占比，來了解AHCI和NVMe協(xié)議的性能區(qū)別：

硬盤HDD作為一個(gè)參考基準(zhǔn)，它的時(shí)延是非常大的，達(dá)到14ms，而AHCI為125us，NVMe為111us。我們從圖中可以看出，NVMe相對(duì)AHCI，協(xié)議棧及之下所占用的時(shí)間比重明顯減小，應(yīng)用程序?qū)用娴却臅r(shí)間占比很高，這是因?yàn)镾SD物理硬盤速度不夠快，導(dǎo)致應(yīng)用空轉(zhuǎn)。NVMe也為將來Optane硬盤這種低延遲介質(zhì)的速度提高留下了廣闊的空間。

在實(shí)際使用情況如何呢？我們以MySQL數(shù)據(jù)庫來說：

1）是一個(gè)SATA SSD硬盤，雜草叢生的綠色表面大量時(shí)間在等待。

2）是四個(gè)SATA SSD組成了RAID，等待時(shí)間減小了不少。

3）是一個(gè)NVMe的硬盤，幾乎看不到綠色了，幾乎不再等待。

4）是RAM disk，綠色完全沒有了，用戶態(tài)占比很高。

從上面的分析，我們可以看出NVMe相對(duì)SATA協(xié)議，在軟件和硬件上做了巨大優(yōu)化，大大減小了協(xié)議棧的無謂消耗（overhead）,提高了響應(yīng)度。

結(jié)語

對(duì)性能十分敏感的服務(wù)器市場(chǎng)已經(jīng)越來越多的使用NVMe了：

那么對(duì)于一般消費(fèi)者呢？當(dāng)然是盡量選擇NVMe了，尤其是SATA的M.2價(jià)格相對(duì)并不便宜，存在僅僅是為了適用于老的主板。

有些主板做了特殊處理，BIOS根據(jù)插入的M.2硬盤不同，可以走PCH的SATA通道或者走PCIe通道支持NVMe，這時(shí)一定要買NVMe的SSD。這么做BIOS需要修改不少，有些主板廠商或主板廠商的BIOS承包商為了簡(jiǎn)單和一些安全考慮，出廠時(shí)限定了支持哪種，這時(shí)就需要閱讀主板說明書，別買錯(cuò)了，就只能退貨了。當(dāng)然老的主板只支持SATA的接口，就無從選擇了。