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續(xù)上，隊(duì)列管理模塊采用隊(duì)列的存儲(chǔ)與控制分離的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，如圖1所示為隊(duì)列管理模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

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圖1 隊(duì)列管理結(jié)構(gòu)

由于提交隊(duì)列管理單元使用表單管理隊(duì)列信息，所以使隊(duì)列具有了可動(dòng)態(tài)配置的屬性，通過(guò)修改表單的信息便可以修改隊(duì)列數(shù)量和深度。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)出現(xiàn)大量隨機(jī)數(shù)據(jù)讀寫請(qǐng)求時(shí)，可以通過(guò)修改表單增加隊(duì)列數(shù)量和深度，增強(qiáng)隨機(jī)讀寫性能；在順序讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，可以清除表單減少隊(duì)列數(shù)量和深度，降低資源占用和功耗。

對(duì)于完成隊(duì)列，設(shè)置一個(gè)完成隊(duì)列管理單元、一個(gè)完成條目解析單元和一塊異常完成條目緩存。完成管理單元中同樣包含了完成隊(duì)列表單，與提交隊(duì)列表單不同的是完成隊(duì)列表單中只包含了門鈴地址、隊(duì)列深度和門鈴頭、尾指針，并且只設(shè)置了一個(gè)admin完成隊(duì)列和一個(gè)I/O完成隊(duì)列。

這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于兩個(gè)方面的考量：首先，當(dāng)完成條目狀態(tài)為正常完成時(shí)，只需將完成條目中的指令I(lǐng)D釋放到ID池，將對(duì)應(yīng)提交隊(duì)列ID的門鈴頭指針更新到提交隊(duì)列條目，當(dāng)完成條目狀態(tài)為異常時(shí)，將其寫入異常完成條目緩存等待處理，這些過(guò)程由完成條目解析單元在短時(shí)間內(nèi)并行處理，不會(huì)出現(xiàn)完成隊(duì)列寫請(qǐng)求的阻塞，因此不需要設(shè)置多個(gè)I/O完成隊(duì)列和完成條目的存儲(chǔ)空間。其次，由于ID池的存在，所有的NVMe指令都具有一個(gè)唯一的ID，完成條目中的提交隊(duì)列ID不再作為指令的標(biāo)識(shí)，因此僅使用一個(gè)I/O完成隊(duì)列對(duì)應(yīng)多個(gè)I/O提交隊(duì)列是可行的，并且異常的I/O完成條目和異常的admin完成條目存放在同一個(gè)緩存中也不會(huì)影響ID的辨識(shí)作用。

在有新的提交條目寫入提交隊(duì)列和新的完成隊(duì)列寫請(qǐng)求時(shí)，提交隊(duì)列管理單元和完成隊(duì)列管理單元向?qū)?yīng)的隊(duì)列發(fā)起門鈴寫請(qǐng)求，這些請(qǐng)求經(jīng)過(guò)Round Robin仲裁器的仲裁后被發(fā)送給SSD。實(shí)際上，隨著仲裁輸入數(shù)量的增加，仲裁的效率和時(shí)序也會(huì)變差[[i]]。假設(shè)采用完成隊(duì)列和提交隊(duì)列一一對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)，仲裁的輸入數(shù)量將是提交隊(duì)列數(shù)量的2倍，要保證仲裁效率和良好的時(shí)序，只能降低提交隊(duì)列數(shù)量，導(dǎo)致性能下降。而完成隊(duì)列管理單元所實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)只占用兩個(gè)仲裁請(qǐng)求輸入，基于此可以增加更多的I/O提交隊(duì)列，充分發(fā)揮SSD性能。

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審核編輯 黃宇