前几天某个晚上，山哥给我发微信说：NVMe Namespace不打算写篇文章吗？
我笑说，没有人关注，懒得写了。
其实这只是一方面，主要的是（jiang）没有（lang）找到话题（cai）写下去（jin）。山哥这么一说，倒是提醒了我，可以写写Namespace，毕竟这个东西我们在SATA上是看不到的。
那么什么是Namespace （以下简称NS，不打算翻译成中文）？
上图中红圈圈起来的是一个NVMe子系统，通常来说就是SSD。一个NVMe SSD主要由SSD Controller，闪存空间和PCIe接口组成。如果把闪存空间划分成若干个独立的逻辑空间，每个空间逻辑块地址（LBA）范围是0到N-1 (N是逻辑空间大小)，这样划分出来的每一个逻辑空间我们就叫做NS。对SATA SSD来说，一个闪存空间只对应着一个逻辑空间，与之不同的是，NVMe SSD可以是一个闪存空间对应多个逻辑空间。
每个NS都有一个名称与ID，如同每个人都有名字和身份证号码，ID是独一无二的，系统就是通过 NS的ID来区分不同的NS。
如上图例子，整个闪存空间划分成2个NS，名字分别是NS A和NS B，对应的NS ID分别是1和2。如果NS A大小是M （以逻辑块大小为单位），NS B大小是N，则他们的逻辑地址空间分别是0到M-1和0到N-1。Host读写SSD，都是要在命令中指定读写的是哪个NS中的逻辑块。原因很简单，如果不指定NS，对同一个LBA来说，假设就是LBA 0，SSD根本就不知道去读或者写哪里，因为有两个逻辑空间，每个逻辑空间都有LBA 0。如同我只说德州，如果不告诉你是哪个国家的，你怎知道我说的是美国德州还是山东德州。
一个NVMe命令一共64字节，其中第4到第7个Byte指定了要访问的NS。
对每个NS来说，都有一个4KB大小的数据结构来描述它。
该数据结构描述了该NS的大小，整个空间已经写了多少，每个LBA的大小，以及端到端数据保护相关设置，该NS是否属于某个Controller还是几个Controller可以共享，等等。
NS由Host创建和管理，每个创建好的NS，从Host操作系统角度看来，就是一个独立的磁盘，用户可在每个NS做分区等操作。
上例中，整个闪存空间划分成两个NS，NS A和NS B，操作系统看到两个完全独立的磁盘。我的天呀，太神奇了，我买一个SSD，居然得到两个磁盘，赚大发了。
每个NS是独立的，逻辑块大小可以不同，端到端数据保护配置也可以不同：你可以让一个NS使用保镖，另一个NS不使用保镖，再一个NS半程使用保镖（见《蛋蛋读NVMe之五》）。这样我就在想，是不是可以把我的SSD划分成两个NS: 一个NS使用数据端到端保护，上面存放操作系统、软件和其他重要数据，另外一个NS不使用端到端数据保护，上面只存放小电影之类的数据。
其实，NS更多的是应用在企业级，可以根据客户不同需求创建不同特征的NS，也就是在一个SSD上创建出若干个不同功能特征的磁盘（NS）供不同客户使用。
NS的另外一个重要使用场合是：SR-IOV。
什么是SR-IOV？ 英文全称为 Single Root- I/O Virtualization，SR-IOV技术允许在虚拟机之间高效共享PCIe设备，并且它是在硬件中实现的，可以获得能够与本机性能媲美的I/O 性能。单个I/O 资源（单个SSD）可由许多虚拟机共享。共享的设备将提供专用的资源，并且还使用共享的通用资源。这样，每个虚拟机都可访问唯一的资源。
如上图所示，该SSD作为PCIe的一个Endpoint，实现了一个物理功能 (Physical Function ,PF)，有4个虚拟功能（Virtual Function，VF）关联该PF。每个VF，都有自己独享的NS，还有公共的NS （NS E)。此功能使得虚拟功能可以共享物理设备，并在没有 CPU 和虚拟机管理程序软件开销的情况下执行 I/O。关于SR-IOV更多知识，请自行百度或者谷歌。这里我们只需知道NVMe中的NS有用武之地就可以。
对一个NVMe子系统来说，除了包含若干个NS，还可以由若干个 SSD Controller。注意，这里不是说一个SSD Controller有多个CPU，而是说一个SSD有几个实现了NVMe功能的Controller。
如上图例子，一个NVMe子系统包含了两个Controller，分别实现不同功能（也可以是相同功能）。整个闪存空间分成3个NS，其中NS A由Controller 0（左边）独享，NS C由Controller 1（右边）独享，而NS B是两者共享。独享的意思是说只有与之关联的Controller才能访问该NS，别的Controller是不能对之访问的，上图中Controller 0是不能对NS C进行读写操作的，同样，Controller 1也不能访问 NS A；共享的意思是说，该NS（这里是NS B）是可以被两个Controller共同 访问的。对共享NS，由于几个Controller都可以对它进行访问，所以要求每个Controller对该NS的访问都是原子操作，从而避免同步问题。
事实上，一个NVMe子系统，除了可以有若干个NS，除了可以有若干个Controller，还可以有若干个PCIe接口。
与前面的架构不一样，上图的架构是每一个Controller有自己的PCIe接口，而不是两者共享一个。Dual Port，哈哈，在SATA SSD上没有见过吧。这两个接口，往上有可能连着同一个主机，也可能连着不同的主机。现在能提供 Dual PCIe Port的SSD 接口只有SFF-8639 （关于这个接口，可参看站内文章《SFF-8639接口来袭》），也叫U.2，它支持标准的NVMe协议和Dual-Port，号称SSD接口明日之星。
下图是两个PCIe接口连着一个主机的情况：
为什么要这么玩？
我认为，一方面，Host访问SSD，可以双管齐下，性能可能更好点。不过对访问NS B来说，同一时刻只能被一个Controller访问，双管齐下又如何。考虑到还可以同时操作NS A 和 NS C，性能或多或少的有所提升。
我觉得，更重要的是，这种双接口冗余设计，可以提升系统可靠性。假设 PCIe A接口出现问题，这个时候Host可以通过 PCIe B无缝衔接，继续对NS B进行访问。当然了，NS A是无法访问了。
如果Host突然死机怎么办？据小道消息，阿法狗输给李世石那盘，就是阿法狗死机了，然后重启再战，结果超时认输。哈哈，开个玩笑。在一些很苛刻的场景下，是不允许Host宕机的。但是，是电脑总有死机的时候，怎么办？最直接有效的办法还是采用冗余容错策略：SSD有两个Controller，有两个PCIe接口，那么我主机也弄个双主机：一个主机挂了，另一个主机接管任务，继续执行，你就慢慢重启吧。
我们来看一个Dual Port的真实产品。
2015年，OCZ发布了业界第一个具有Dual Port的PCIe NVMe的SSD： Z-Drive 6000系列。
物理上，这些SSD都有两个PCIe Port，但可以通过不同的固件，实现Single Port 和Dual Port功能。
如果只用一个Port，那么它就是一个4通道的PCIe接口，向上连接一个主机：
如果使能Dual Port，那么可以配置成2个2通道的PCIe接口，即每个Port有两个通道。
具体来看，整个系统就是这个样子：
每个Port可以连接两个独立的Host，Host有两个独立的数据通道（Data Path）对闪存空间进行访问，如果其中一个数据通道发生故障，OCZ的Host热交换（Hot-swap ）技术能让另外一个Host无缝低延时的接管任务。有些应用，比如银行金融系统、在线交易处理（OnLine Transaction Processing，OLTP)、在线分析处理（OnLine Analytical Processing，OLAP)、高性能计算（High Performance Computing ，HPC),大数据等，对系统可靠性和实时性要求非常高，这个时候，带有Dual Port的SSD就能派上用场了。
带有Dual Port的这种SSD，主要是面向企业用户，特别是上面提到的那些应用行业。对我们普通用户来说，我感觉使用Dual Port就没有这个必要了。
多NS，多Controller，多PCIe接口，给NVMe SSD开发者，以及存储架构师很大的发挥空间。给不同的NS配置不同的数据保护机制，或者虚拟化，或者使用冗余容错提高系统可靠性，抑或别的设计，NVMe提供了这些基础设施，怎么玩就看你的想象力了。
文章最后，我要特别感谢南山：首先，南山建议我写个NS相关的话题，才有了此文的开始；其次，本文定稿前，南山帮把关，提出了很多建议，和提供相关资料。如果没有南山的支持，本文就可能只是泛泛而谈，大家就看不到这么精彩的文章了
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