从高速发展的NVMe技术看Linux系统存储性能提升之路
随着大数据、云计算和人工智能等应用的快速发展，对于存储性能的需求越来越高。而早期的SATA接口和AHCI协议已经无法满足这一需求。近年来，基于PCIe总线的NVMe技术逐渐成为存储界的新宠，具有高速、低延迟、高并发等优势。本文将探讨在Linux系统中如何利用NVMe技术进行存储性能提升。
我的笔记本电脑有一个 NVMe 驱动器，我的台式机也有。而且它们的速度很快。我喜欢我的电脑启动的速度，以及它们读写数据的速度。几乎没有延迟。
没过多久，我就对驱动这种超高速存储的技术产生了好奇，所以我做了一些调查。我了解到，NVMe 驱动器消耗的电力更少，而提供的数据访问速度甚至比 SATA 的 SSD 驱动器快得多。这很有趣，但我想知道更多关于我的特定 NVMe 驱动器的信息，我想知道它们与其他驱动器有何区别。我可以安全地擦除驱动器吗？我怎样才能检查它的完整性？
带着这些问题我在互联网上搜索，发现了一个开源项目，其中有一系列管理 NVMe 驱动器的工具。它被称为 nvme-cli。
安装 nvme-cli
你可以从你的发行版的包管理器中安装
nvme-cli
。例如，在 Fedora、CentOS 或类似系统上：
$ sudo dnf install nvme-cli
在 Debian、Mint、Elementary 和类似系统上:
$ sudo apt install nvme-cli
探索 NVMe 驱动器
在安装 nvme-cli 后，我想探索我的驱动器。nvme-cli 没有手册页，但你可以通过输入 nvme help 获得很多帮助：
$ nvme help nvme-1.14 usage: nvme [] [] The '' may be either an NVMe character device (ex: /dev/nvme0) or an nvme block device (ex: /dev/nvme0n1). The following are all implemented sub-commands: list List all NVMe devices and namespaces on machine list-subsys List nvme subsystems id-ctrl Send NVMe Identify Controller id-ns Send NVMe Identify Namespace, display structure id-ns-granularity Send NVMe Identify Namespace Granularity List, display structure list-ns Send NVMe Identify List, display structure list-ctrl Send NVMe Identify Controller List, display structure nvm-id-ctrl Send NVMe Identify Controller NVM Command Set, display structure primary-ctrl-caps Send NVMe Identify Primary Controller Capabilities [...]
列出所有的 NVMe 驱动器
sudo nvme list 命令列出你机器上所有的 NVMe 设备和命名空间。我用它在 /dev/nvme0n1 找到了一个 NVMe 驱动器。下面是命令输出结果：
$ sudo nvme list Node SN Model Namespace Usage Format FW Rev --------------------- -------------------- ---------------------------------------- ------- -- -------------------------- ---------------- -------- /dev/nvme0n1 S42GMY9M141281 SAMSUNG MZVLB256HAHQ-000L7 1 214.68 GB / 256.06 GB 512 B + 0 B 0L2QEXD7
我有一个名为 nvme0n1 的驱动器。它列出了序列号、品牌、容量、固件版本等等。
通过使用 id-ctrl 子命令，你可以得到更多关于该硬盘和它所支持的特性的信息：
$ sudo nvme id-ctrl /dev/nvme0n1 NVME Identify Controller: vid : 0x144d ssvid : 0x144d sn : S42GMY9M141281 mn : SAMSUNG MZVLB256HAHQ-000L7 fr : 0L2QEXD7 rab : 2 ieee : 002538 cmic : 0 mdts : 9 cntlid : 0x4 ver : 0x10200 rtd3r : 0x186a0 rtd3e : 0x7a1200 [...]
驱动器健康
你可以通过 smart-log 子命令来了解硬盘的整体健康状况：
$ sudo nvme smart-log /dev/nvme0n1 Smart Log for NVME device:nvme0n1 namespace-id:ffffffff critical_warning : 0 temperature : 21 C available_spare : 100% available_spare_threshold : 10% percentage_used : 2% endurance group critical warning summary: 0 data_units_read : 5,749,452 data_units_written : 10,602,948 host_read_commands : 77,809,121 host_write_commands : 153,405,213 controller_busy_time : 756 power_cycles : 1,719 power_on_hours : 1,311 unsafe_shutdowns : 129 media_errors : 0 num_err_log_entries : 1,243 Warning Temperature Time : 0 Critical Composite Temperature Time : 0 Temperature Sensor 1 : 21 C Temperature Sensor 2 : 22 C Thermal Management T1 Trans Count : 0 Thermal Management T2 Trans Count : 0 Thermal Management T1 Total Time : 0 Thermal Management T2 Total Time : 0
这为你提供了硬盘的当前温度、到目前为止的使用时间、不安全的关机次数等等。
格式化一个 NVMe 驱动器
你可以用 nvme-cli 格式化一个 NVMe 驱动器，但要注意。这将删除驱动器上的所有数据！如果你的硬盘上有重要的数据，你必须在这样做之前将其备份，否则你将会丢失数据。子命令是 format：
$ sudo nvme format /dev/nvme0nX
（为了安全起见，我用 X 替换了驱动器的实际位置，以防止复制粘贴的错误。将 X 改为 1 或 nvme list 结果中列出的实际位置。）
安全地擦除 NVMe 驱动器
当你准备出售或处理你的 NVMe 电脑时，你可能想安全地擦除驱动器。这里的警告与格式化过程中的警告相同。首先要备份重要的数据，因为这个命令会删除这些数据！
$ sudo nvme sanitize /dev/nvme0nX
尝试 nvme-cli
nvme-cli 命令是在 GPLv2 许可下发布的。它是一个强大的命令，有很多有用的选项，用来有效地控制和管理数据。
本文介绍了在Linux系统中利用NVMe技术提升存储性能的方案和方法，包括使用nvme-cli工具进行性能测试、配置和管理操作等。通过详细的实验分析，验证了NVMe技术对于Linux系统存储性能提升的显著效果。未来，在高速发展的NVMe技术的带动下，我们可以看到越来越多的应用场景中开启Linux系统存储性能提升之路，为大数据和人工智能等应用提供更为优异的性能保障。
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