NVMe架构与操作理论 - 第28页
你阅读的是 NVMe Base Specification 2.0b 第 2.1 节：Memory-Based Transport Model（基于内存的传输模型） 的起始部分。
这一节围绕两个重点展开讲解：
✅ 一、三种命令集在不同 Queue 上的使用规范
📌 Admin Command Set
- 用途：控制器管理（创建 I/O Queue、识别设备、设置特性等）
- 发送位置：只能通过 Admin Submission Queue
- 包括命令：
Identify,Set Features,Create I/O Submission Queue,Delete I/O Queue,Abort, 等
📌 I/O Command Set
- 用途：用于具体的数据操作，如读写、顺序写（ZNS）、键值存取（KV）等
- 发送位置：I/O Submission Queue
- 子集：
- 标准 NVM Command Set（Read/Write）
- Zoned Namespace Command Set（ZNS）
- Key Value Command Set（KV）
📌 Fabrics Command Set
- 用于 NVMe over Fabrics（远程访问）
- 可被发送到：
- Admin Submission Queue ✅
- I/O Submission Queue （仅部分 Fabric 命令）
- 特点：
- 即使控制器未启用（
CC.EN = 0），仍可处理 Fabrics 命令 - 用于 建立连接、认证、属性设置（Property Get/Set）
✅ 二、基于内存的队列模型介绍（Memory-Based Transport）
➤ 本质机制：使用共享内存中的 Submission 和 Completion Queue 实现命令传递
- 所有命令和响应通过 host/controller 共享的 DRAM 区域传输
- 只有 Doorbell 是 MMIO 寄存器（用于“敲门”通知控制器）
➤ 队列结构回顾：
- Submission Queue（SQ）：主机将命令写入此处
- Completion Queue（CQ）：控制器将完成信息写入此处
- 每对 SQ 和 CQ 称为一个 Queue Pair（QP）
➤ Admin Queue 是固定结构：
| Queue 类型 | Queue ID | 特殊说明 |
|---|---|---|
| Admin Submission Queue | 0 | 管理命令专用 |
| Admin Completion Queue | 0 | 仅接收 Admin 命令响应 |
| I/O Queue | 1 ~ 65,535 | 主机可根据核心并发灵活配置 |
✅ 三、Figure 6 图解：Queue Pair 一对一映射（1:1）
Core 0 → I/O SQ1 <--> CQ1 → Controller
Core 1 → I/O SQ2 <--> CQ2 → Controller
Core N-1 → I/O SQN <--> CQN → Controller
→ Admin SQ0 <--> CQ0 → Controller Mgmt
✨ 场景说明：
- 在一个多核系统中，每个核心维护自己的 I/O 队列对（避免锁竞争）
- Admin Queue 固定一对（队列 ID 为 0）
- 每个 I/O SQ 与 CQ 成对绑定（此图为典型 1:1 绑定结构）
📘 优点： - 数据本地性强（cache hit 高） - 不同核心可以并发提交/完成命令而互不干扰
✅ 四、后续内容预告：Figure 7
- 展示 n:1 的映射结构：多个 SQ 共享同一个 CQ
- 常用于：
- 节省 CQ 空间
- 将多个 SQ 的响应归入一个核处理
✅ 关键术语速查表
| 术语 | 中文解释 | 作用 |
|---|---|---|
| Admin SQ / CQ | 管理命令队列 | 控制器初始化/识别配置命令 |
| I/O SQ / CQ | 数据命令队列 | 读写等操作命令 |
| Queue Pair | 一组绑定的 SQ 与 CQ | 命令投递与完成响应机制 |
| Doorbell | 命令通知机制 | 主机敲门告诉控制器“我写好了” |
| CC.EN | 控制器启用位 | 为 0 时只有 Fabric 命令可执行 |
| Capsule | 封装命令的消息单元 | NVMe-oF 中用得多 |
✅ 小结与建议
你目前已经掌握：
- 三类命令集的使用机制及限制
- Memory-Based Transport 中的 SQ/CQ 结构
- 多核系统下如何高效构建 Queue Pair（1:1 绑定）
🔍 建议下一步深入阅读：
| 节 | 内容 | 理由 |
|---|---|---|
| §2.2 | 消息模型的队列实现（Capsule、In-Capsule Data） | 对比消息传输和内存传输机制 |
| §3.4.4 | Arbitration 机制 | 多队列如何调度顺序 |
| §4.2 | Command Capsule 的结构 | 理解 64B 命令结构及其投递方式 |
| §5.2 | Create I/O Submission Queue 命令 | 如何实际创建这些队列 |
| §5.27 | Set Features（例如 Arbitration、Queue Depth） | 实际配置 Queue 行为和优先级 |
如果你需要，我可以：
- 为你画出图 6 和图 7 的完整示意图；
- 演示一个典型系统中如何动态创建多个 Queue；
- 展示一个完整的 I/O 提交过程（从 SQ 投递到 CQ 返回）流程图。
你想继续看图 7 的 Queue 多对一结构，还是进入命令结构与 Doorbell 实战流程？我可以立即带你深入。