NVMe 规范更新：为本地连接 SSD 引入虚拟化功能

NVM Express（NVMe）规范已迎来更新，新增了包括支持后量子密码学、SSD 虚拟化及实时迁移等功能，以更好地支持虚拟化环境。

NVM Express 联盟宣布，其 11 项 NVMe 规范套件均已更新，加入了新功能和工程变更通知（ECNs）。该联盟表示，这代表了该标准的进一步演进。NVMe 最初是作为支持通过系统 PCIe 总线连接的存储设备的协议而创建的。

核心亮点：PCIe 导出 NVM 子系统迁移

或许最引人注目的新功能是 PCIe 导出 NVM 子系统迁移（PCIe Exported NVM Subsystem Migration）。该功能将现有的 NVMe 虚拟化扩展到了本地连接的 PCIe SSD 上。其原理是将物理硬盘抽象为由主机定义的虚拟化 NVM 子系统，从而允许虚拟机（VM）在无需重新配置存储的情况下实现无缝迁移。

当虚拟机从一台服务器移动到另一台服务器时，其存储也需要随之迁移，且不能对虚拟机内运行的应用程序造成任何干扰。

三星固态硬盘高级总监兼 NVM Express 董事会成员 Mike Allison 表示：“借助 NVM 子系统迁移，NVMe SSD 能够呈现导出的 NVM 子系统，从而隐藏底层硬件的复杂性。”

他在 NVM Express 博客中解释道：“主机看到的只是导出的控制器和命名空间，而不是直接与物理控制器和命名空间交互。这在虚拟机所看到的表象与底层实际发生的情况之间，建立了一个清晰的隔离层。”

“Allison 补充说：“这里的一项关键创新是赋予主机对导出标识符的控制权。在迁移过程中，这些标识符可以从源系统完全一致地传递到目标系统。这种一致性至关重要：即使底层硬件使用不同的内部 ID，虚拟机也看不到任何变化，并且可以在无需重新配置存储的情况下，无缝接续之前的工作。”

实际上，NVMe 层现在使虚拟机管理器（VMM）能够依赖 SSD 内置的虚拟化功能。闪存驱动器本身会暴露逻辑化的虚拟化存储结构，从而将这部分复杂性从 VMM 中卸载下来。

其他重要更新

后量子密码学增强（Post-Quantum Cryptography）： 协议进行了更新，以支持由美国国家标准与技术研究院（NIST）批准的抗量子算法，从而加强了主机与 SSD 之间的端到端数据保护。这只有在量子计算机真正具备破解现有加密算法的能力时，才会显得至关重要。

速率限制（Rate Limiting）： 通过基于控制器的服务质量（QoS），直接在 NVMe SSD 上强制执行带宽和 IOPS（每秒输入/输出操作数）限制，旨在优化存储性能。这种限制不仅有助于维持系统性能的稳定性，还允许云存储提供商基于 IOPS 和带宽阈值来定义不同的服务层级。

电压监控（Voltage Monitoring）： 用于实时监控 NVMe 设备的健康状况，有助于在性能或可靠性受到影响之前识别出电源异常。

恢复出厂默认设置（Restore Manufacturing Default Settings）： 新增将 NVMe 子系统恢复至出厂默认设置的功能，便于故障排除并确保系统配置的一致性。

更新的规范版本

本次更新的规范包括：NVMe 2.4 基础规范、NVM Express 管理接口（NVMe-MI）2.2、NVMe 启动（Boot）1.4、传输层规范（NVMe over PCIe 传输 1.4、NVMe over RDMA 传输 1.3、NVMe over TCP 传输 1.3）以及各类命令集规范。

所有更新后的 NVMe 规范均可在 NVM Express 官方网站上下载。