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NVMe-Speicherzugriff vereinfachen

Eine einheitliche API vereinfacht die Kommunikation mit NVMe-Geräten für Entwickler.

Simon A. F. Lund, Vivek Shah

― 7 min Lesedauer


Vereinfachte Vereinfachte NVMe Speicherkommunikation zuzugreifen. einfacher, auf NVMe-Technologie Die Unified API macht es Entwicklern
Inhaltsverzeichnis

NVme steht für Non-Volatile Memory Express. Das ist ein schicker Begriff, um zu sagen, dass es Computern hilft, schnelle Speicher wie SSDs (Solid-State-Laufwerke) zu nutzen. Stell dir vor, das ist der coole neue Typ in der Nachbarschaft, der schneller läuft als alle anderen. Wenn deine traditionelle Festplatte wie Fahrradfahren ist, dann ist NVMe wie Fliegen in einem Jet.

Warum interessiert uns NVMe?

In den letzten zehn Jahren nutzen immer mehr Geräte NVMe, weil es ihnen ermöglicht, Daten schnell zu lesen und zu schreiben. Stell dir vor, du versuchst, eine SMS zu schicken, die ewig braucht, um durchzukommen. Frustrierend, oder? NVMe hilft, das zu vermeiden, indem es alles beschleunigt. Und da die Daten jeden Tag mehr werden, brauchen wir Speicher, der mithalten kann. NVMe kommt wie ein Superheld mit einer Mission, um uns vor langsamen Datenübertragungen zu retten.

Das Problem mit Speichersystemen

Jetzt wird's tricky. Auch wenn NVMe super ist, ist die Nutzung nicht immer einfach. Es gibt ein verworrenes Netz aus Software, das die Dinge kompliziert macht. Du hast verschiedene Möglichkeiten, auf Speicher zuzugreifen, fast so, als müsstest du verschiedene Sprachen lernen, um mit Leuten aus aller Welt zu reden. Das macht das Leben für Entwickler schwer, die reibungslose Erfahrungen für die Nutzer schaffen wollen.

Die chaotische Welt des Storage I/O

Stell dir ein riesiges Spaghetti-Dinner vor, bei dem jede Nudel ihr eigenes Ding macht. So läuft es mit den Storage I/O-Pfaden in verschiedenen Betriebssystemen. Da gibt's POSIX, das schon lange ein Standard ist, und dann tauchen all diese neuen Methoden auf wie unerwartete Gäste auf einer Party. Jede hat ihre eigenen Macken und Regeln, was die Auswahl schwer macht. Das Ergebnis? Verwirrung und verschwendete Zeit.

Eine einfache Lösung

Um die Sache einfacher zu machen, wurde ein Projekt ins Leben gerufen, das einen einzigen, unkomplizierten Weg bietet, um mit NVMe-Geräten zu kommunizieren. Stell dir das wie eine universelle Fernbedienung für deinen Fernseher vor – die es dir ermöglicht, zwischen Geräten zu wechseln, ohne mit mehreren Fernbedienungen jonglieren zu müssen. Dieses neue Projekt erlaubt es Entwicklern, mit verschiedenen Speichertechnologien zu kommunizieren, ohne sich in den Details zu verlieren.

Warum nicht einfach beim Alten bleiben?

Auch wenn ältere Systeme zu ihrer Zeit gut funktioniert haben, waren sie nicht für die schnelle Welt von heute gemacht. Stell dir vor, du versuchst, in Hosen von vor zehn Jahren reinzupassen; die könnten dir nicht mehr passen! Die Geschwindigkeit des modernen NVMe-Speichers war einfach zu viel für die alten Protokolle, also brauchten wir etwas Frisches, das mithalten kann.

Die neue einheitliche API

Dieser einheitliche Ansatz verwendet einen einzigen Regelset, bekannt als API (Application Programming Interface), um alles harmonisch zu machen. Mit dieser API können Entwickler Befehle an Speichergeräte senden, ohne sich darum kümmern zu müssen, wie sie es für jede Technologie anders formulieren sollen. Das ist wie ein Wörterbuch, das alles in eine Sprache übersetzt.

Vorteile einer einheitlichen API

Der Grund für diese Veränderung ist ziemlich klar. Eine einheitliche API hilft Entwicklern:

  • Zeit sparen: Keine unterschiedlichen Sprachen mehr für jeden Speicher.
  • Fehler reduzieren: Weniger Verwirrung bedeutet weniger Fehler.
  • Effizienz verbessern: Bessere Werkzeuge führen zu schnellerem und effektiverem Arbeiten.

Veränderung annehmen

Auch wenn einige Leute sich gegen Veränderungen sträuben (wir kennen alle diese Person, die an ihrem Klapphandy festhält), ist es wichtig, sich anzupassen. Die Welt der Daten wächst, und an veralteten Praktiken festzuhalten, hilft niemandem. Indem wir neuere Werkzeuge akzeptieren, können wir die unglaubliche Geschwindigkeit der NVMe-Technologie voll ausschöpfen.

Die verschiedenen Nutzer von Storage I/O

Wer wird diese Werkzeuge also tatsächlich nutzen? Sie kommen aus allen Ecken der Technik.

Entwickler

Zuerst haben wir Entwickler, die an Speichersystemen wie Datenbanken, Dateisystemen und anderen Anwendungen arbeiten. Sie sind wie Köche, die etwas Besonderes zaubern, und sie brauchen die richtigen Werkzeuge, um leckere Gerichte für die Nutzer zuzubereiten. Mit der einheitlichen API können sie kreativ sein, ohne sich darum kümmern zu müssen, wie sie verschiedene Zutaten mischen.

Manager für Virtuelle Maschinen

Als nächstes haben wir die, die virtuelle Maschinen erstellen, die wie digitale Versionen von Computern sind, die in deinem tatsächlichen Computer laufen. Sie brauchen einen Weg, verschiedene Speicherpfade zu verwalten, um die beste Erfahrung für die Nutzer zu bieten. Die einheitliche API fungiert dabei wie der Kellner, der genau weiss, was jeder am Tisch möchte.

Hardware-Ingenieure

Vergiss nicht die Hardware-Ingenieure! Sie sind die Leute, die die physischen Teile des Systems entwerfen. Sie wollen sicherstellen, dass alles reibungslos mit der Software funktioniert. Je einfacher die Kommunikation, desto leichter wird ihr Leben.

Entwickler für Sprachbindungen

Schliesslich haben wir Entwickler, die Bibliotheken für verschiedene Programmiersprachen erstellen. Das sind wie Übersetzer, die sicherstellen, dass verschiedene Gruppen kommunizieren können. Mit idiomatischen Sprachbindungen können Entwickler Werkzeuge nutzen, die sich vertraut anfühlen, anstatt mit fremden Konzepten zu kämpfen.

Brücken über Sprachgrenzen bauen

Einer der Schlüssel zum Erfolg ist sicherzustellen, dass diese neue API in verschiedenen Programmiersprachen funktioniert. Denk daran, als würde man sicherstellen, dass jeder auf der Party sich versteht, obwohl sie verschiedene Dialekte sprechen. Eine freundliche API zu liefern, die sich für jede Sprache richtig anhört und anfühlt, wird alle glücklich und bequem halten.

Einfach halten

Benutzerfreundlichkeit ist entscheidend. Wenn jemand einen Berg erklimmen muss, um ein Werkzeug zu nutzen, wird er es wahrscheinlich umgehen. Indem wir das Projekt einfach halten, mit einfacher Installation und minimalen Anforderungen, senken wir die Hürde für neue Nutzer. Schliesslich will niemand einen Nachmittag damit verbringen, Dinge nur einzurichten!

Ausblick

Der Weg nach vorne ist spannend!

Verbesserung des Speicherzugriffs

Da immer mehr Geräte und Anwendungen auf schnellen Datenzugriff angewiesen sind, wird es wichtig, sicherzustellen, dass NVMe-Speicher einfach zugänglich ist. Das bedeutet, Wege zu erkunden, um eine schnelle Kommunikation zwischen GPUs und NVMe-Speicher zu ermöglichen, was entscheidend ist, um Dinge wie KI-Workloads zu unterstützen.

Mehr Sprachunterstützung

Aktuell liegt der Schwerpunkt des Projekts darauf, nahtlose Unterstützung für Sprachen wie C, Python und Rust zu bieten. Allerdings wird es vorteilhaft sein, die Unterstützung auf zusätzliche Programmiersprachen auszudehnen. Das Ziel ist, es so zu gestalten, als wären sie ursprünglich in die Sprache integriert, anstatt im Hinterzimmer einer Bibliothek zu stecken.

Integration mit bestehenden Systemen

Ein weiteres Ziel ist die Verbindung der einheitlichen API mit bestehenden Open-Source-Datenverwaltungssystemen. Die Integration mit beliebten Systemen ermöglicht es Entwicklern, die Vorteile der einheitlichen API zu nutzen, ohne das Rad neu erfinden zu müssen.

Integration mit virtuellen Maschinen-Überwachungssoftware

Ausserdem gibt es ein wachsendes Interesse an der Integration mit virtueller Maschinen-Software. Das könnte die Dinge für Entwickler vereinfachen und einen kohärenteren Ansatz für virtualisierte Umgebungen ermöglichen.

Unterstützung für Computational Storage

Zuletzt gewinnt die Computational Storage als neues Entwicklungsfeld an Bedeutung. Diese Geräte werden Aufgaben vom Host-Computer auslagern, was zu einer besseren Effizienz führt. Die Sicherstellung der Kompatibilität wird ein wesentlicher Schwerpunkt in der Zukunft sein.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass NVMe-Speicher die Grenzen des Möglichen im Datenmanagement verschiebt, während die neue einheitliche API Türen für unzählige Entwickler öffnet. Indem wir die Kommunikation vereinfachen und es allen ermöglichen, zusammenzuarbeiten, können wir das Beste aus dieser Technologie herausholen. Am Ende geht es darum, das Leben für alle Beteiligten einfacher, schneller und ansprechender zu gestalten. Ganz wie bei einer lustigen Dinnerparty, bei der jeder weiss, was auf der Speisekarte steht und alle sich gut verstehen!

Originalquelle

Titel: xNVMe: Unleashing Storage Hardware-Software Co-design

Zusammenfassung: NVMe SSD hardware has witnessed widespread deployment as commodity and enterprise hardware due to its high performance and rich feature set. Despite the open specifications of various NVMe protocols by the NVMe Express group and NVMe being of software abstractions to program the underlying hardware. The myriad storage I/O paths such as POSIX storage API, ad-hoc OS mechanisms, and userspace I/O libraries have different syntax and semantics that complicate software development and stand in the way of mass adoption and evolution of the NVMe ecosystem. To unify the diverse I/O storage paths, we built xNVMe that exposes a single message-passing API to support both asynchronous and synchronous communication with NVMe devices. xNVMe provides various command sets to support diverse storage I/O paths in different OS (e.g., Linux, FreeBSD, Windows, and MacOS) and userspace libraries (e.g., SPDK) with minimal overhead. xNVMe is an Open Source project and has gained traction amongst various industry stakeholders. In this paper, we elaborate on the lessons that we have learned in the project during its evolution. We also provide some ongoing and future work planned for the project. We hope the database and storage systems community can join in the effort to both extend xNVMe and leverage it as a building block for innovative co-design of storage systems on modern NVMe hardware.

Autoren: Simon A. F. Lund, Vivek Shah

Letzte Aktualisierung: 2024-11-11 00:00:00

Sprache: English

Quell-URL: https://arxiv.org/abs/2411.06980

Quell-PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.06980

Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Änderungen: Diese Zusammenfassung wurde mit Unterstützung von AI erstellt und kann Ungenauigkeiten enthalten. Genaue Informationen entnehmen Sie bitte den hier verlinkten Originaldokumenten.

Vielen Dank an arxiv für die Nutzung seiner Open-Access-Interoperabilität.

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