存储笔记--NVMe原理篇之数据传输

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1。read–write 命令基本流程

Host在与SSD的数据传输过程中,Host是被动的一方,SSD是主动的一方。你Host需要数据,是我SSD主动把数据写入到你的内存中;你Host写数据,同样是我SSD主动去你Host的内存中取数据,然后写入到闪存。

Write命令通过指定LBA来告诉SSD写入的是什么数据。对NVMe/PCIe来说,SSD收到Write命令后,通过PCIe去Host的内存数据所在位置读取数据,然后把这些数据写入到闪存中,同时得到LBA与闪存位置的映射关系。

read 命令 ,执行时SSD根据LBA,查找映射表,找到对应闪存物理位置,然后读取闪存获得数据。数据从闪存读上来以后,对NVMe/PCIe来说,SSD会通过PCIe把数据写入到Host指定的内存中。这样就完成了Host对SSD的读访问。

2。Host如何告诉SSD数据所在内存位置?

一是PRP (Physical Region Page, 不是P2P!)
二是SGL (Scatter/Gather List)。

2.1 PRP

PRP Entry本质就是一个64位内存物理地址,只不过把这个物理地址分成两部分:页起始地址和页内偏移。最后两bit是0,说明PRP表示的物理地址只能四字节对齐访问。页内偏移可以是0,也可以是个非零的值。
这里写图片描述
把若干个PRP Entry链接起来,就成了PRP List
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NVMe有两种命令,一种叫Admin Command,用以Host管理和控制SSD;另外一种就是I/O Command,用以Host和SSD之间数据的传输,每个NVMe命令中有两个域:PRP1和PRP2,Host就是通过这两个域告诉SSD数据在内存中的位置或者数据需要写入的地址。
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对Admin命令来说,它只用PRP告诉SSD内存物理地址;对I/O 命令来说,除了用PRP,Host还可以用SGL的方式来告诉SSD数据在内存中写入或者读取的物理地址。
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Host在命令中会告诉SSD采用何种方式。具体来说,如果命令当中DW0[15:14]是0,就是PRP的方式,否则就是SGL的方式。

2.2 SGL

SGL是一个数据结构,用以描述一段数据空间,这个空间可以是数据源所在的空间,也可以是数据目标空间。SGL(Scatter Gather List)首先是个List,是个链表,由一个或者多个SGL Segment组成,而每个SGL Segment又由一个或者多个SGL Descriptor组成。SGL Descriptor是SGL最基本的单元,它描述了一段连续的物理内存空间:起始地址+空间大小。
SGL Descriptor类型
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  1. Data Block就是描述的这段空间是用户数据空间
  2. Segment描述符,前面一个Segment就需要有个指针指向下一个Segment,这个指针就是SGL Segment描述符,它描述的是它下个Segment所在的空间
  3. 对链表当中倒数第二个Segment,它的SGL Segment描述符我们把它叫做SGL Last Segment描述符,碰到SGL Last Segment描述符,就知道链表快到头了,后面只有一个Segement了
  4. SGL Bit Bucket,它只对Host读有用,用以告诉SSD,你往这个内存写入的东西我是不要的。好吧,你既然不要,我也就不传了.

无论是PRP还是SGL,本质都是描述内存中的一段数据空间,这段数据空间在物理上可能连续的,也可能是不连续的。Host在命令中设置好PRP或者SGL,告诉SSD数据源在内存的什么位置,或者从闪存上读取的数据应该放到内存的什么位置。

SGL 和 PRP 区别?

一段数据空间,对PRP来说,它只能映射到一个个物理页,而对SGL来说,它可以映射到任意大小的连续物理空间。
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