NVME-SQ、CQ & DoorBell

参考资料：《深入浅出SSD》， NVME协议1.3

SQ和CQ

全称Submission/Completion Queue

1.主机往SQ中写入命令，SSD往CQ中写入命令执行的结果

2.SQ和CQ有两种，

　　一种是Admin，用来放Admin命令，用以主机管理控制SSD

　　一种是IO，用来放IO命令，用以主机与SSD之间传输数据

3.SQ和CQ可以是一对一的关系，也可以是多对一的关系，它们是成对的

4.系统中只有一对Admin SQ/CQ，它们是一一对应关系，IO SQ/CQ却可以有很多（最多为65536，即64k-1）

5.IO SQ/CQ不是一生下来就有的，它们需要通过Admin命令创建

6.主机端每个CPU只有一个CQ(主机端只能有一对Admin SQ/CQ，为一一对应关系；每个CPU最多可以有一个IO CQ，但是可以有多个SQ)

　可以有一个或多个SQ（多个SQ可以用来赋予不同的优先级）

　实际系统中需要多少SQ, 取决于系统配置和性能需求，可灵活设置IO SQ

7.SQ和CQ都有一定的深度，对Admin SQ/CQ来说，其深度可以是2 ~ 4096（4K）

　对IO SQ/CQ来说，其深度可以是2 ~ 65536（64K），队列深度是可以配置的（SQ和CQ的个数也是可以配置的）

NVME的性能可以通过配置队列个数和队列深度来灵活调节的

8.每个SQ放入的是命令条目，无论是Admin还是IO命令，每个命令条目大小都是64字节，

每个CQ放入的是命令完成信息的条目，每个条目大小是16字节

Queue

1. 队列要素

1）队列深度

2）队列内容

3）队列头部

队列头部的那个正在被服务或等待被服务，完成后将离开队伍

头部决定谁先被服务

4）队列尾部

尾部决定新来队列的站位

2.队列的生产者消费者模型

简述：如下图，生产者往队列的尾部写入东西，消费者从队列的头部取出东西

1）对SQ来说，主机是它的生产者（主机向SQ的尾部写入指令），SSD是它的消费者（SSD从SQ的头部取出指令执行）

2）对CQ来说，SSD是它的生产者（SSD向CQ的尾部写入命令的执行结果），主机是它的消费者（主机从CQ的头部读取命令的执行结果）

DoorBell

1.DoorBell是SSD控制器端的寄存器，记录SQ和CQ的头部和尾部

2.每个SQ或CQ都有两个对应的DoorBell，即Head DoorBell和Tail DoorBell

3.主机只能写DoorBell，不能读DoorBell

4.主机通过SSD往CQ中写入的命令完成状态获取其队列头部或者尾部

案例

下面我们以一个案例来说明SQ, CQ和DoorBell之间的联系

1.一开始，假设SQ1和CQ1都是空的，Head=Tail=0，如图

2.Host往SQ1写入三条指令，SQ的Tail变成3，Host写SQ1 Tail DoorBell（值为3），通知SSD控制器取指令，如图

3.SSD控制器收到通知，取回SQ1中的3条指令

4.SSD开始执行指令，SSD把SQ1中的3条指令都消费了，SQ1的Head变成3，Host写SQ1 Head DoorBell(为Head值3)，如图

5.SSD执行完成两条指令，SSD往CQ1中写入两条指令完成的信息，SSD写CQ1 Tail DoorBell（值为2）

6.SSD生成中断，通知Host有命令完成，如图

7.Host收到通知，从CQ1中取出两条命令的完成信息，开始处理，CQ1中的两条命令完成信息都消费了，CQ1的Head变为2

8.处理完毕，Host写CQ1 Head DoorBell（为CQ1的Head值2），如图