NVMe SQ Associations：從儲存歸屬到 I/O 佇列分流

先辨認三種物件

01.02.namespace 是命令要存取的邏輯儲存空間；NVM Set 是可配置出 namespace、也可保留未配置空間的儲存集合；SQ 是主機放置待執行命令的佇列。它們分別回答「存取誰、屬於哪組儲存、從哪裡提交」。不能把 SQ 的記憶體空間當作 namespace 的資料容量。

關聯描述的是 SQ 的預定用途

01.03.主機把某個 SQ 關聯到 Set 7，意思是打算把 Set 7 內 namespace 的 I/O 送到這個 SQ。這項關聯不會建立 namespace，也不會把原本屬於 Set 9 的 namespace 搬到 Set 7。I/O 命令本身仍以 NSID 指定真正的資料對象。

NVMSETID

NVM Set Identifier；Set 的 16-bit 識別值，和 SQ 編號、NSID 都不同。

為什麼要讓控制器知道

01.04.Predictable Latency Mode 以 NVM Set 為單位提供服務品質屬性。若主機把不同 Set 的工作混在同一個 SQ，控制器比較難單靠佇列判斷工作所屬；提供關聯並遵守分流規則，讓佇列資訊能配合 Set 層級的處理。規格沒有替這項提示指定固定的加速倍數。

提示、模式與延遲保證分別看

01.05.支援 SQ Associations、已建立 SQ 關聯、已啟用 Predictable Latency Mode，是三個不同狀態。建立 SQ 關聯不會順便把模式打開；模式也可以在不使用此選用提示的情況下運作。主機若希望取得關聯的效益，還必須持續按正確 Set 分流。

先讀控制器的能力宣告

02.03.Identify Controller 的 CTRATT 位於 bytes 99:96。SQA bit 8 為 1 表示支援 SQ Associations；同時必須有 NSETS bit 2 與 PLM bit 5。這三個 bit 是不同能力，不可只看到支援 NVM Sets，就自行推論控制器也支援 SQ Associations。

NSETS

NVM Sets；CTRATT 中表示是否支援 NVM 集合的 bit。

PLM

Predictable Latency Mode；CTRATT 中表示是否支援可預測延遲模式的 bit。

支援不等於目前已啟用

02.04.模式是以 NVM Set 為單位配置的。假設 Set 7 已啟用 Predictable Latency Mode，Set 9 沒有啟用，兩者仍可存在於宣告 PLM 支援的同一個控制器內。本篇設定 SQ 關聯的命令不會取代模式配置；範例的效益討論以相關 Set 已啟用該模式為前提。

觀察到的資訊	足以說明什麼	還不能據此推出什麼
CTRATT 三個 bit 為 1	控制器支援 SQA、NVM Sets、PLM	Set 7 現在已啟用模式
Set 7 已啟用模式	該 Set 使用模式的工作視窗規則	此刻必定在 DTWIN
Set 7 目前在 DTWIN	現在能在符合條件時提供確定性延遲	主機可無限增加工作量，或保證全部 PCIe 延遲
SQ3 已關聯 Set 7	控制器收到此 SQ 的預定用途	主機之後一定送對每筆 I/O

PCIe

PCI Express，NVMe memory-based controller 使用的 transport 與裝置互連。

模式內還有兩種工作視窗

02.05.例如 Set 7 在 DTWIN 接收讀寫，之後進入 NDWIN 準備下一個視窗；這時延遲性質已改變，SQ3 關聯 Set 7 的設定卻可以保持不變。規格的服務品質描述適用於 subsystem 內部，不涵蓋 PCIe 傳輸路徑的全部延遲。因此不能僅靠 SQA=1 保證應用程式端的每次 I/O 延遲。

保持正確路由仍不足以無限延長 DTWIN

02.06.DTWIN 還受到讀取量、最佳寫入大小的寫入量、視窗時間及廠商定義屬性限制；若超過相關典型或最大值，或發生需控制器立即處理的 Deterministic Excursion，Set 可能轉入 NDWIN。SQ 關聯幫助工作分組，但沒有取消這些模式規則。

Deterministic Excursion

subsystem 中罕見但需要控制器立即處理的事件，可能讓 Set 離開 DTWIN。

用 CNS 選正確的問題

03.03.Identify 的 CNS=01h 取得控制器能力，CNS=04h 取得 NVM Set List，CNS=08h 取得指定 namespace 的 I/O Command Set Independent 資料。CNS 放在 CDW10 bits 7:0；CNS=04h 用 CDW11 的 CNSSID 低 16 bits 提供清單起始 Set 編號，CNS=08h 則以命令 NSID 選 namespace。

CNSSID

CNS Specific Identifier；用途由 CNS 選項決定的識別欄位。

CDW

CDW（Command Dword）；命令中的 32-bit 欄位單位，例如 CDW10 的 10 是欄位 index，不是 byte offset。

清單的數量與位置要各自計算

03.04.NVM Set List 前 128 bytes 是 header，NUMENT 在 byte 0，直接表示 0～31 筆。每筆 entry 為 128 bytes，所以索引 i 的起點為 128+i×128。NUMENT=0 就是空清單，不把後面的補零區解成 Set 0；最多 31 筆加 header 正好是 4096 bytes。

NUMENT

Number of Entries；這份清單中實際回傳的項目數。

header

資料結構的前置區；NVM Set List 的前 128 bytes 保存項目數與保留空間。

entry

清單中的一筆資料；此處每筆 NVM Set Attributes Entry 為 128 bytes。

清單內的索引	整份清單的 byte 範圍	entry 內的 NSETID	建立 SQ 時使用
0	128～255	7	CDW12=00000007h
1	256～383	9	CDW12=00000009h

NSETID

NVM Set Identifier；NVM Set Attributes Entry 內對 Set 識別欄位使用的縮寫。

起始識別值使用大於或等於

03.05.CNS=04h 回傳的 Set 識別值從指定起點開始，採大於或等於，並按識別值排序。若上一批最後一個 NSETID 是 37，而還要繼續查，可以用 38 當下一次起點，避免又取回 37。這個起點是識別值，不是第幾頁，也不是記憶體 byte offset。若到 FFFFh 就不能再加 1 回繞成 0。

byte offset

相對資料結構起點、以 byte 計算的距離；不等於項目索引或識別值。

offset

offset；從指定起點算出的位移。它回答「離起點多遠」，不等於 index。

從 namespace 的回覆找歸屬

03.06.對有效且目前可透過該控制器存取的 NSID 使用 CNS=08h，回覆 bytes 11:10 的 NVMSETID 指出其 Set。若查 inactive NSID，回的是全零結構，不能把它當成「有效 namespace 屬於 Set 0」。不支援 NVM Sets 或 namespace 沒有已格式化儲存空間時，此欄也為 0，因此要連同查詢條件判斷。

能力或配置改變後，對照表也要跟著更新

03.07.命令的 NSID 決定真正的資料對象，主機保存的對照表只是目前認識。若 namespace 被刪除或配置已變，不能繼續拿舊的 NSID→Set→SQ 關係送命令。建立 SQ 前先確認目標 Set 在可用清單中，之後也要讓路由與目前有效的 namespace 配置一致。

先準備完成結果的去處

04.03.CQ 保存完成項目，SQ 保存待執行命令。Create I/O SQ 的 CQID 必須指定已建立的有效 I/O CQ；不能填 Admin CQ 的 0。多個 SQ 可以把結果送往同一個 CQ，因此 CQ2 的編號與 Set 7 沒有必須相同的關係。

Admin

Administrative，建立、設定、查詢或管理 controller 與 queue 的控制路徑。

CDW10 同時裝深度與 SQ 編號

04.04.bits 31:16 的 QSIZE 採數量減 1，64 筆填 63，也就是 003Fh；bits 15:0 的 QID 填 SQ3 的 3。合成 (63<<16)|3=003F0003h。QSIZE=0 不是空 SQ 的合法建立要求；QID=0 是 Admin Queue，也不能用來建立一般 I/O SQ。

QSIZE

Queue Size；Create I/O SQ 中以項目數減 1 編碼的深度。

QID

Queue Identifier；本命令準備建立的 SQ 編號。

命令位置	本例如何組成	送出的值
CDW10	高 16 bits：64−1=63；低 16 bits：QID3	003F0003h
CDW11	高 16 bits：CQID2；PC=1；QPRIO=0	00020001h
CDW12	低 16 bits：Set 7；高 16 bits 保留	00000007h
PRP1	4 KiB 對齊、已配置的連續主機記憶體	0000000000100000h

round robin

輪詢仲裁；輪流從佇列選取待處理命令，本例不使用加權優先級。

QPRIO

Queue Priority；僅在指定的加權輪詢仲裁機制下使用的 SQ 優先級。

PRP1

PRP Entry 1；本命令依 PC 選擇存放 SQ 基底位址或 PRP List 位址。

PC

Physically Contiguous；1 表示 SQ 的記憶體實體連續，0 表示用頁面清單描述。

CDW11 管完成路徑、優先級與記憶體配置

04.05.CQID 放高 16 bits，本例是 2。低位 PC=1 表示實體連續 SQ 記憶體；QPRIO bits 2:1 只在 weighted round robin with urgent priority class 仲裁時使用，本例採 round robin，因此控制器忽略 QPRIO。剩餘 bits 15:3 保留。這些欄位都不會代替 CDW12 的 Set 選擇。

CDW12 才是這篇的 Set 提示

04.06.低 16 bits 放 NVMSETID=7，高 16 bits 保留。0 在此有明確定義：不與特定 Set 關聯；它不是廣播到全部 Set。這和某些必須指定有效 Set 的其他命令對 0 的規則不同，必須依 Create I/O SQ 的定義解讀。

PRP1 指向佇列記憶體

04.07.PC=1 時，PRP1 放實體連續 SQ 的基底位址，並依已配置的記憶體頁大小對齊。以 4 KiB 頁、每項 64 bytes、64 筆為例，SQ 恰好占一頁，可用 00100000h 等已配置且對齊的主機位址。這個位址保存命令項目，不是 Set 7 的儲存媒體位址。

等建立成功，再使用這個 SQ

04.08.SQ 的 QID、CQID、深度與 Set 識別值都需要各自有效。建立命令成功後，主機才可按該 SQ 的配置提交 I/O。若支援 SQA 卻把不存在的 Set 99 填入 CDW12，這是建立參數錯誤；與之後把其他 Set 的 I/O 送錯佇列是不同問題。

以資料對象為起點

05.02.先看 I/O 命令的 NSID，再查這個 namespace 的 NVMSETID，最後從主機建立的關聯中選同一個 Set 的 SQ。不要反過來先找一個空 SQ，就假定它可以承載任何 namespace；這會讓主機提供給控制器的提示與實際工作不一致。

一個 Set 可以使用多個 SQ

05.03.一個 Create I/O SQ 命令只能填一個 NVMSETID，但主機可以建立多個 SQ，逐一填入同一個 Set 編號。例子裡 SQ3、SQ4 都服務 Set 7。這表示關聯不是一個 Set 只能有一個 SQ，也不表示每個 namespace 必須獨占一個 SQ。

不同的關聯錯誤有不同後果

05.04.建立時指定不存在的 Set，Figure 578 明定命令中止；建立成功後卻把 Set 9 的命令送入關聯 Set 7 的 SQ，違反的是主機操作規則。§8.1.28 說這可能影響可預測延遲，沒有在此規定每次都回某個錯誤碼，因此不能靠「沒報錯」證明路由正確。

CQ 共用不等於 Set 混用

05.05.SQ3 與 SQ5 可以都使用 CQ2；CQ 裡的完成項目仍用命令與佇列識別資訊對應原命令。SQ→CQ 是結果回報路徑，SQ→Set 是工作分組提示。要判斷主機是否遵守 SQA 規則，應比較 Set 歸屬，不是比較 CQID。

關聯是在建立時提出的

05.06.§8.1.28 的啟用方式是在建立 SQ 時給出關聯，不提供直接改寫既有 SQ 關聯的操作。若要換一套佇列配置，主機可先妥善完成既有工作，再依新的配置建立並使用對應 SQ；不能只修改自己記憶體裡的路由表，就宣稱控制器收到新的 Set 提示。