深入理解nvme 协议中的SGL

深入理解nvme 协议中的SGL

深入理解nvme 协议中的SGL能够提供DMA的效率，进而更好地利用硬件的特性。为此，需要了解它的相关寄存器、数据结构和使用过程。

重要的寄存器

Offset 14h: CC – Controller Configuration

Memory Page Size (MPS): This field indicates the host memory page size. The memory page size is (2 ^ (12 + MPS)). Thus, the minimum host memory page size is 4 KiB and the maximum host memory page size is 128 MiB。

重要的数据结构

nvme 中的metadata

关于PRP

每个PRP 的结构如下，就是一个64bit 的地址（包含偏移）

描述了PRP entry 及其和下一个PRP entry page 之间的链接方式：

A physical region page list (PRP List) is a set of PRP entries in a single page of contiguous memory. A PRP List describes additional PRP entries that could not be described within the command itself. Any PRP entries described within the command are not duplicated in a PRP List. If the amount of data to transfer requires multiple PRP List memory pages, then the last PRP entry before the end of the memory page shall be a pointer to the next PRP List, indicating the next segment of the PRP List. Figure 109 shows the layout of a PRP List where each PRP entry identifies memory pages that are physically contiguous. Figure 109 shows the layout of a PRP List where each PRP entry identifies a different memory page (i.e., the memory pages are not physically contiguous).

SGL 重要数据结构

entry 摆放方式

entry 分类

下表列出了主要的几种sgl descriptor的类型：

其实每个主类型里还有子类型，这里就不具体列举了。

entry 的结构

每个entry 都是16 bytes, 下面介绍几种最主要的entry.

SGL Data Block Descripotr

（通过它，可以把LBA上相邻的数据，通过DMA合并一起读写）

SGL bit bucket Descpritor

通过它，可以调过NVME 设备上业务不需要访问的数据区域，告诉DMA这里需要新启一个DMA传输。

SGL Segment Descripotr

SGL Last Segment Descriptor:

用来链接最后一个SGL descriptor，告诉DMA 这是最后一个传输了。

示例

下面一个示意图，用到了上面列出的四种描述符，是一个SGL用法非常好的例子：

Command Format – Admin and NVM Command Set 定义了每个NVME submit queue entry 格式

指定执行什么NVME命令操作

Command Dword 0 ： 指定命令类型、 使用PRP 还是SGL 来传输数据

指定在哪个name space 上执行

Namespace Identifier (NSID):

元数据指针：Metadata Pointer (MPTR):

Metadata Pointer (MPTR): This field is valid only if the command has metadata that is not interleaved with the logical block data, as specified in the Format NVM command. This is a reserved field in NVMe over Fabrics implementations.

如果CDW0.PSDT 为0， 这个字段表示使用PRP 来描述是PRP (Physical Region pointer);否则，表示数据走SCL机制；

（Metadata Pointer 到底做什么用？和后面的 Date buffer 字段相比，功能上有和联系和区别？）

数据指针：Data Pointer (DPTR):

如果使用PRP： 表示PRP Entry2如果数据不跨memory page, 保留无用； 如果数据跨越memory page, 就表示第二个physical region memroy page; 如果使用SGL：表示SGL1： 指向第一个SGL segment

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