第6章 NVMe 介绍 ６.１－６.３

6.1 AHCI 到 NVMe

        AHCI协议。NVMe协议。

        HDD 和早期的 SSD 绝大多数都是使用SATA接口，跑的是AHCI，它是一种系统接口标准。

        后来，AHCI 和 SATA 不能满足高性能和低时延 SSD 的需求，SSD 需要更快、更高效的协议和接口。因此 NVMe 出现了。

        NVMe 出现之前，SSD 绝大多数用的是 AHCI + SATA 的组合。

  1. 什么是NVMe？？？

  答：NVMe，即Non-Volatile Memory Express，是非易失性存储器标准，是跑在PCIe接口上的协议标准。

  2. NVMe 和 AHCI 相比，它的优势体现在哪里？？？

  （1）低时延（Latency）

   （2）高性能（Throughput&IOPS）

   （3）低功耗

        NVMe加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能。第八章具体介绍。

6.2 NVMe 综述

      NVMe是一种主机（Host）和 SSD 之间通信的协议，它在协议栈中隶属高层。

       NVMe 作为命令层和应用层协议，理论上可以适配在任何接口协议上。但 NVMe 协议的原配是 PCIe，因此，后续章节都是基于NVMe + PCIe。

        NVMe 所制定的任何命令，都交给PCIe去完成。虽然也可以交给别的接口完成，但交给PCIe的性能好。

        NVMe定制了主机和 SSD 之间通信的命令以及命令是如何执行的。NVMe有两种命令：一种是Admin命令，用以主机管理和控制 SSD；一种是 I / O 命令，用以主机和 SSD之间数据的传输。

 

命令有了，主机是如何把这些命令发送给 SSD 执行的呢？？？

答：NVMe有三宝：Submission Queue（SQ）、Completion Queue（CQ）和 Doorbell Register（DB）。SQ 和 CQ 位于主机的内存中，DB 位于 SSD 的控制器内部。

        图中，NVMe子系统一般就是SSD。

即，SQ 是用来放命令的，并通知SSD来取命令；CQ 是命令执行完之后存放命令的执行状态的；DB 是用来通知 SSD 来获取命令并执行的。 

NVMe 是如何处理命令的？？？

答：一共需要八步。

        第一步：主机写命令到 SQ；

        第二步：主机通过写 SQ 的 Tail DB，通知 SSD 来取命令；

        第三步：SSD 收到命令后，到 SQ 中取命令；

        第四步：SSD 执行指令；

        第五步：指令执行完成，SSD往CQ中写指令执行的结果；

        第六步：SSD发中断通知主机指令完成；

        第七步：收到中断，主机处理CQ，查看指令的完成状态；

        第八步：主机处理完CQ中的指令执行结果，通过DB回复SSD，指令执行结果已处理。

6.3 SQ、CQ 和 DB

      主机往 SQ 中写入命令，SSD 往 CQ 中写入命令完成的结果。SQ 和 CQ 的关系，可以是一对一，也可以是多对一。

SQ 和 CQ 的种类：

（1）Admin 类型。放 Admin 命令，用以主机管理控制 SSD；

（2）IO 类型。放 IO 命令，用以主机和 SSD 之间的数据传输。

IO SQ / CQ 是通过 Admin 命令创建的。

        主机端每个 CPU 核（Core）可以有一个或多个 SQ，但只有一个 CQ。为什么一个CPU核中要分配多个SQ呢？原因如下：

　原因一：性能需求。一个CPU核中有多线程，可以做到一个线程独享一个SQ；

　原因二：QoS，Quality of Service，即服务质量。

可以有一个或多个 SQ，但只有一个 CQ。为什么一个 CPU 核中要分配多个 SQ 呢？

SQ／CQ小结：

DB 小结：