什么是 nvme 命名空间？它们是如何工作的？

Question

我最近开始支持安装在带有内置 nvme ssds 的设备上的 Linux。我注意到设备文件有一个额外的数字，超出了识别驱动器号和分区号的数字。IDE/SATA/SCSI 驱动器通常只有一个驱动器号和分区号。

例如：/dev/nvme0n1p2

我想知道 n1 部分是什么，经过一番搜索，它看起来像是标识了一个 nvme“命名空间”。它的定义有点模糊：“NVMe 命名空间是一定量的非易失性存储器 (NVM)，可以格式化为逻辑块。”

那么，这是否像在硬件控制器级别而不是在 MBR 或 GPT 分区表中定义的分区？命名空间可以跨越多个物理 nvme ssd 吗？例如，您能否创建一个命名空间，将多个 ssd 的存储集中到一个逻辑命名空间中，类似于 RAID 0？

对于使用分区表或 LVM 或可以管理多个卷（如 ZFS、Btrfs 等）的文件系统无法实现的 NVME 命名空间，您会怎么做？

另外，为什么命名空间编号似乎从 1 而不是 0 开始？这是否只是与 NVME 如何在低级别跟踪命名空间编号有关（例如，分区也从 1 开始，而不是 0，因为这是分区编号标准的设置方式，因此 Linux 内核只使用任何分区编号存储在磁盘上的是 - 我猜 nvme 的工作方式相同吗？）

Answer 1

在 NVM Express 和相关标准中，控制器可以访问划分为一个或多个命名空间的存储。命名空间可以通过控制器创建和删除，只要它们有空间（或底层存储支持精简配置），并且多个控制器可以提供对共享命名空间的访问。据我所知，标准没有指定底层存储的组织方式。

然而，典型的 NVMe SSD 不能组合，因为它们每个都提供自己的存储和连接到 PCI Express 端口的控制器，而接入点是控制器，在命名空间之上——因此命名空间不能组合多个控制器（多个控制器可以提供对共享命名空间的访问）。最好将命名空间视为类似于企业存储（SAN 等）中使用的 SCSI LUN 的东西。

命名空间编号从 1 开始，因为这是每个控制器命名空间标识符的工作方式。命名空间还有更长的、全局唯一的标识符。

可以使用该nvme命令操作命名空间，该命令提供对低级 NVMe 功能的支持，包括：

• 格式化，执行低级格式化并允许使用各种功能（安全擦除、LBA 格式选择...）；
• 附加和分离，允许控制器附加到命名空间或从命名空间分离（如果它们支持它并且命名空间允许它）。

您在笔记本电脑或台式机 NVMe 驱动器中不会遇到连接和分离的问题。您可以将它与 NVMe 存储托架一起使用，例如 Dell EMC 出售的那些，它们取代了过去的 iSCSI SAN。

有关详细信息，请参阅NVM Express 标准（它们相对容易阅读），以及此 NVM Express 教程演示文稿以获得很好的介绍。

Answer 2

从马嘴里说出来：

主机软件希望将 NVMe SSD 分解为多个命名空间的原因有很多：逻辑隔离、多租户、安全隔离（每个命名空间加密）、出于恢复目的而写保护命名空间、过度配置以提高写入性能和耐用性等等。

您可以使用命令检查名称空间支持哪些功能nvme，例如通过：

# nvme id-ns -H /dev/nvme0n1  
NVME Identify Namespace 1
[..]
LBA Format  0 : Metadata Size: 0   bytes - Data Size: 512 bytes
                                         - Relative Performance: 0x2 Good (in use)
LBA Format  1 : Metadata Size: 0   bytes - Data Size: 4096 bytes
                                         - Relative Performance: 0x1 Better

您可以检查您的设备支持多少个命名空间，如下所示：

# nvme id-ctrl -H /dev/nvme0 | grep nn 
nn        : 1

查看NVMe 基本规范 1.4b，它定义有效的 NSID 大于 0：

有效 NSID 是可用于引用 NVM 子系统中存在的命名空间的可能 NSID 范围。任何 NSID 均有效，除非该 NSID 为 0h 或大于识别控制器数据结构中报告的命名空间字段数量（请参阅图 251）。NSID FFFFFFFFh 是一个广播值，用于指定所有命名空间。无效 NSID 是任何既不是有效 NSID 也不是广播值的值。

（第 6.1.2 节有效和无效 NSID）

将 0 作为无效值的优点是您可以使用 0 来终止命名空间 ID 数组（参见第 4.10 节命名空间列表）。