上回書說道，NVMe有三寶：SQ,CQ和DB。接下來我們就詳細的看看這吉祥三寶。

Host往SQ中寫入命令， SSD往CQ中寫入命令完成結果。SQ與CQ的關系，可以是一對一的關系，也可以是多對一的關系，但不管怎樣，他們是成對的：有因就有果，有SQ就必然有CQ。

有兩種SQ和CQ，一種是Admin，另外一種是I/O，前者放Admin命令，用以Host管理控制SSD，后者放置I/O命令，用以Host與SSD之間傳輸數據?！蹦闾糁鴵?#xff0c;我牽著馬”（西游記的節奏呀），Admin SQ/CQ 和I/O SQ/CQ各司其職，你不能把Admin命令放到I/O SQ中，同樣，你也不能把I/O命令放到Admin SQ里面。如果你不信這個邪，可以不遵守這個規矩試試，看看會發生什么，反正后果自負。

正如上圖所示，系統中只有一對Admin SQ/CQ，它們是一一對應的關系；I/O SQ/CQ卻可以很多，多達65535（64K減去一個SQ/CQ）。行政人員少，干活的人多，很多公司都是這樣的吧，所以Admin SQ/CQ少，I/O SQ/CQ多就不難理解了。Host端每個Core可以有一個或者多個SQ，但只有一個CQ。給每個Core分配一對SQ/CQ好理解，為什么一個Core中還要多個SQ呢？一是性能需求，一個Core中有多線程，可以做到一個線程獨享一個SQ；二是QoS需求，什么是QoS？Quality of Service，服務質量。腦補一個場景，蛋蛋一邊看小電影，同時迅雷在后臺下載小電影，由于電腦配置差，看個小電影都卡。蛋蛋最討厭看小電影的時候卡頓了，因為你剛剛燃起的激情會被那個緩沖澆滅。所以，蛋蛋不要卡頓！怎么辦？NVMe建議，你設置兩個SQ，一個賦予高優先級，一個低優先級，把看小電影所需的命令放到高優先級的SQ，迅雷下載所需的命令放到低優先級的SQ，這樣，你那破電腦就能把有限的資源優先滿足你看小電影了。至于迅雷卡不卡，下載慢不慢，這個時候已經不重要了。能讓蛋蛋舒舒服服的看完一個小電影，就是好的QoS。

實際系統中用多少個SQ，取決于系統配置和性能需求，可靈活設置I/O SQ個數。關于系統中I/O SQ的個數，NVMe白皮書給出如下建議：

作為隊列，每個SQ和CQ都有一定的深度：對Admin SQ/CQ來說，其深度可以是2-4096（4K）；對I/O SQ/CQ，深度可以是2-65536(64K)。隊列深度也是可以配置的。

SQ/CQ的個數可以配置，每個SQ/CQ的深度又可以配置，因此NVMe的性能是可以通過配置隊列個數和隊列深度來靈活調節的。NVMe太牛了吧，想胖就胖，想瘦就瘦；想高就高，想矮就矮，整一孫悟空呀！我們已經知道，AHCI只有一個命令隊列，且隊列深度是固定的32，就凡人一個，和NVMe相比，無論是在命令隊列廣度還是深度上，都是無法望其項背的；NVMe命令隊列的百般變化，更是AHCI無法做到的。說到百般變化，我突然又想到一件殘忍的事情：PCIe也是可以的。一個PCIe接口，可以有1,2,4,8,12,16,32條lane！SATA都要哭了，單挑都挑不過你，你還來群毆我。總之AHCI/SATA和NVMe/PCIe 這么一比較，畫面太美，蛋蛋不敢看。

蛋蛋在這里總是貶低AHCI/SATA，有人要說蛋蛋忘恩負義，過河拆橋。怎么說？想當年，你SSD剛出來的時候，要不是AHCI/SATA收留了你，辛苦把你養大，都不知道你現在在哪里流浪?，F在好了，你SSD翅膀硬了，不說一句感謝的話，倒反過來嫌棄我。各位看官，誤會了，前面都是演戲，不說你AHCI/SATA不好，怎么能突出我NVMe/PCIe的好，畢竟后者才是男女一號，這么做完全是劇情需要。戲外，SSD不會忘記你AHCI/SATA的好。忘恩負義？蛋蛋不是那種人。

雖然是在戲里，但總說AHCI/SATA的不好，這樣真的好嗎？蛋蛋是個懷舊的人，突然就有種蛋蛋的憂傷。好吧，以后就談NVME，不說AHCI了。孰好孰壞，留與讀者評說。

戲還得繼續演。

每個SQ放入的是命令條目，無論是Admin還是I/O命令，每個命令條目大小都是64字節；每個CQ放入的是命令完成狀態信息條目，每個條目大小是16字節。

在繼續談大寶（DB）之前，先對SQ和CQ做個小結：

SQ用以Host發命令，CQ用以SSD回命令完成狀態
SQ/CQ可以在Host的內存中，也可以在SSD中，但一般在Host 內存中（所有系列文章都是基于SQ/CQ在Host內存中講的）;
兩種類型的SQ/CQ：Admin和I/O，前者發送Admin命令，后者發送I/O命令;
系統中只能有一對Admin SQ/CQ，但可以有很多對I/O SQ/CQ;
I/O SQ與CQ可以是一對一的關系，也可以是一對多的關系；
I/O SQ是可以賦予不同優先級的；
I/O SQ/CQ深度可達64K，Admin SQ/CQ深達4K；
I/O SQ/CQ的廣度和深度都可以靈活配置；
每條命令大小是64字節，每條命令完成狀態是16字節；
不要過河拆橋。

SQ/CQ中的”Q”,是Queue，隊列的意思，無論SQ還是CQ，都是隊列，并且是環形隊列。隊列有幾要素，除了隊列深度，隊列內容，還有兩個重要的，就是隊列的頭（Head）和尾巴（Tail）。大家都排過隊，你加入隊伍的時候，都是站到隊伍的最后，如果你插隊，蛋蛋就會鄙視你。隊伍最前頭的那個，正在被服務或者等待被服務，一旦完成，就離開隊伍。隊列的頭尾很重要，頭決定誰會被馬上服務，尾巴決定了新來的人站的位置。DB，就是用來記錄了一個SQ或者CQ的Head和Tail。每個SQ或者CQ，都有兩個對應的DB: Head DB和Tail DB。DB是在SSD端的寄存器，記錄SQ和CQ的頭和尾巴的位置。

上面是一個隊列的生產/消費模型。生產者往隊列的Tail寫入東西，消費者往隊列的Head取出東西。對一個SQ來說，它的生產者是Host，因為它往SQ的Tail位置寫入命令，消費者是SSD，因為它往SQ的Head取出指令執行；對一個CQ來說，剛好相反，生產者是SSD，因為它往CQ的Tail寫入命令完成信息，消費者則是Host，它從CQ的Head取出命令完成信息。

舉個例子，看圖說話.

開始假設SQ1和CQ1是空的，Head = Tail = 0.

這個時候，Host往SQ1中寫入了三個命令，SQ1的Tail則變成3。 Host在往SQ1寫入三個命令后，同時漂洋過海去更新SSD Controller端的SQ1 Tail DB寄存器，值為3。Host更新這個寄存器的同時，也是在告訴SSD Controller：有新命令了，需要你去取。

SSD Controller收到通知后，于是派人去SQ1把3個命令都取回來執行。SSD把SQ1的三個命令都消費了，SQ1的Head從而也調整為3，SSD Controller會把這個Head值寫入到本地的SQ1 Head DB寄存器。

SSD執行完了兩個命令，于是往CQ1中寫入兩個命令完成信息，同時更新CQ1對應的Tail DB 寄存器，值為2。SSD并且發消息給Host：有命令完成，請注意查看。

Host收到SSD的短信通知，于是從CQ1中取出那兩條完成信息處理。處理完畢，Host又漂洋過海的往CQ1 Head DB寄存器中寫入CQ1的head，值為2。

看完這個例子，又重溫了一下命令處理流程。之前我們也許只記住了命令處理需要8步（距離曹植一步之遙），看完上面的例子，我們應該對命令處理流程有個更深入具體的認識。

那么，DB在命令處理流程中起了什么作用呢？

首先，如前所示，它記住了SQ和CQ的頭和尾。對SQ來說，SSD是消費者，它直接和隊列的頭打交道，很清楚SQ的頭在哪里，所以SQ head DB由SSD自己維護；但它不知道隊伍有多長，尾巴在哪，后面還有多少命令等待執行，相反，Host知道，所以SQ Tail DB由Host來更新。SSD結合SQ的頭和尾，就知道還有多少命令在SQ中等待執行了。對CQ來說，SSD是生產者，它很清楚CQ的尾巴在哪里，所以CQ Tail DB由自己更新，但是SSD不知道Host處理了多少條命令完成信息，需要Host告知，因此CQ Head DB由Host更新。SSD根據CQ的頭和尾，就知道CQ能不能以及能接受多少命令完成信息。

DB的另外一個作用，就是通知作用：Host更新SQ Tail DB的同時，也是在告知SSD有新的命令需要處理；Host更新CQ Head DB的同時，也是在告知SSD，你返回的命令完成狀態信息我已經處理，同時表示謝意。

這里有一個對Host不公平的地方，Host對DB只能寫，還僅限于寫SQ Tail DB和CQ Head DB，不能讀取DB。蛋蛋突然想唱首歌：

我倆太不公平
愛和恨全由你操縱
可今天我已離不開你
不管你愛不愛我

Host就是這樣癡情。在這個限制下，我們看看Host是怎樣維護SQ和CQ的。SQ的尾巴沒有問題，Host是生產者，對新命令來說，它清楚自己應該站在隊伍哪里。但是Head呢？SSD在取指的時候，是偷偷進行的，Host對此毫不知情。Host發了取指通知后，它并不清楚SSD什么時候去取命令，取了多少命令。怎么破？機智如你，如果是你，你會怎么做？山人自有妙計。給個提示：

這是什么鬼東西？這是SSD往CQ中寫入的命令完成狀態信息（16字節）。

是的，SSD往CQ中寫入命令狀態信息的同時，還把SQ Head DB的信息告知了Host！！這樣，Host對SQ中Head和Tail的信息都有了，輕松玩轉SQ。

CQ呢？Host知道Head，不知道Tail。那怎么能知道Tail呢？思路很簡單，既然你SSD知道，那你告訴我唄！SSD怎么告訴Host呢？還是通過SSD返回命令狀態信息中。哈哈，看到上圖中的“P”嗎？干什么用，做標記用。

具體是這樣的：一開始CQ中每條命令完成條目中的”P” bit初始化為0，SSD在往CQ中寫入命令完成條目時，會把”P”寫成1。記住一點，CQ是在Host端的內存中，Host可以檢查CQ中的所有內容，當然包括”P”了。Host記住上次的Tail，然后往下一個一個檢查”P”，就能得出新的Tail了。就是這樣。

最后，給大寶做個小結：

DB在SSD Controller端，是寄存器
DB記錄著SQ和CQ的Head和Tail
每個SQ或者CQ有兩個DB: Head DB 和Tail DB
Host只能寫DB，不能讀DB
Host通過SSD往CQ中寫入的命令完成狀態獲取Head或者Tail
http://www.ssdfans.com/?p=8139

總結

以上是生活随笔為你收集整理的蛋蛋读NVMe之二的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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