上一篇文章中，我们提到了SATA接口搭配AHCI主机控制器接口已经无法满足时代对性能的要求，这时PCIe接口与NVMe主机控制器接口这对组合横空出世。 AHCI NVMe Latency 6 us 2.8 us Maximum queue & queue depth 1 command queue 32 commands per queue 64K queues 64K commands per queue Uncacheable register access (each consumes 2K cycles) 6 per non-queued command 9 per queued command 2 per command MSI-X and interrupt steering Single Interrupt 2K MSI-X Interrupts Parallelism and multi-thread support Requires synchronization lock to issue command No locking, doorbell register per queue 4 KB command efficiency (4 KB critical in client PCs) Two serialized host DRAM fetches required One 64 B fetch 我们根据上面表格的内容，在六个方面比较一下AHCI与NVMe的分别： 1. 延迟：AHCI有6us延迟，但是NVMe的延迟只有2.8us. 2. 命令队列：AHCI只有一个命令队列与所有core共享，并且每个队列最大只能放置32个命令，当需要执行的命令很多时，这时就会因为命令执行的等待浪费大量的时间；而NVMe最多可以支持64K个命令队列，每个队列最大包含64K个命令。与NVMe相比，AHCI真的弱爆了。 3. 寄存器：AHCI配备了很多个寄存器，如果是NCQ本征命令队列，AHCI需要9个读写寄存器，如果命令操作是非NCQ操作，则需要6个读写寄存器。 相比之下，NVMe只需要2个寄存器即可完成命令的读写周期。AHCI过多寄存器的访问开销会造成大量的延迟，这也是为什么SATA硬盘执行命令较慢的原因。但是，随着具有低延迟特点的PCIe固态硬盘的出现，搭配NVMe可以完美搞定这个问题。 4. 中断：AHCI支持一个中断向量，而NVMe最大可以支持2K MSI-X中断向量，提升了响应的速度。 5. 平行性：AHCI要求有同步时钟触发命令，而NVMe只需要触发每个队列的寄存器即可。 6. 4KB命令效率：AHCI需要两块串行内存读取，而NVMe一次可以取出64个字节。 不过，AHCI和NVMe虽然都支持并行性，但是由于不一样的规划目标造成了他们提供的方式的不一样。其中，NVMe通过采用系统多个IO路径的内核实现PCIe固态硬盘的并行性。NVMe驱动程序会在主机和设备之间配对Submission Queue和Completion Queue, 主控的每个core都会被分配对应的Submission Queue和Completion Queue, 主机和设备之间也是基于队列内容进行数据交互。   |
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