nvme磁碟調度演算法

❶ 【科普向】磁碟（三）固態硬碟

我們在上一期講了機械硬碟的原理，以及在選購機械硬碟時的注意事項，那麼這一期我們就來講一講一種更為高端的硬碟——固態硬碟

固態硬碟發展史

1970年，StorageTek開發了第一個固態硬碟驅動器。

1989年，英特爾發布了世界上第一款固態硬碟。

2006年，三星發布了一款32GB容量的固態硬碟筆記本電腦，標志著固態硬碟正式走入移動設備。

2007年，SanDisk發布了1.8寸32GB固態硬碟產品和2.5寸32GB型號。

2009年，大量的廠商湧入固態硬碟市場，固態硬碟技術得到了飛速發展。

存儲顆粒

固態硬碟，又被成為SSD（Solid State Disk），是一種現代的儲存硬碟。拿到一塊固態硬碟，可以看到它和之前我們所講的機械硬碟有很大的不同。一般的固態硬碟並不像機械硬碟那樣被包在一個密封的鐵盒子里，而是由一大塊PCB板組成。電路板上這些小的黑色的方格子就是存儲顆粒了。作為固態硬碟最核心的東西，用來存儲數據。

存儲顆粒分為三種：SLC顆粒、MLC顆粒和TLC顆粒。

我們知道，硬碟在電腦中就像一個倉庫，它儲存著我們的數據。倉庫中很多貨架用來存放數據，不同的顆粒就相當於不同類型的貨架

SLC顆粒

SLC中的S是single的縮寫，就是單一的意思。意味著SLC顆粒的存儲顆粒上每一個存儲單元只存放1bit的數據。

我們將顆粒理解為倉庫里的貨架，那麼SLC顆粒就是每個貨架上放有一個貨物。當需要調取貨物時，因為貨架上只有一個貨物，所以不需要對貨物進行篩選和分類，只需要找到對應的貨架之後直接將貨物拿走就可以了，調取的速度非常快。也就是說SLC顆粒時固態硬碟中速度最快的顆粒，同時也是壽命最長的。

MLC顆粒

MLC中的M是multi的縮寫，是多個的意思。MLC存儲顆粒每個儲存單元存放2bit的數據。也就是說每一個MLC的貨架上放有兩個貨物，在提取貨物時需要先鑒別兩個貨物，然後再取走需要的那個貨物。這就浪費了一些時間。所以MLC顆粒的速度要比SLC顆粒的速度慢一些，壽命也比SLC更短一些。

TLC顆粒

TLC中的T是triple的縮寫，就是三個的意思。所以TLC的存儲顆粒每個儲存單元存放3bit的數據。不過有一些廠商也會將自己的TLC顆粒稱之為3bit-MLC顆粒。

同樣的道理，TLC的每個貨架放有三個貨物，調取的速度更慢了，所以TLC顆粒是這三種顆粒中速度最慢的那一個。由於其「貨架」的使用頻率高於MLC和SLC，所以TLC同時也是這三種儲存顆粒中壽命最短的那個。

由於TLC價格較低，所以現在市面上大多數的固態硬碟使用的都是TLC顆粒。

這三種儲存顆粒在速度和壽命上都有差距，不過即使壽命最短的TLC也可以正常使用五年左右，這一點不要擔心。

存儲顆粒作為固態硬碟的核心部件，並不是所有廠商都有自主生產的能力，很大一部分廠商只能購買別家的存儲顆粒用來生產自己的固態硬碟。

英特爾、三星、美光、海力士、閃迪和東芝是目前具有自主生產儲存顆粒能力的廠商。

那廠商口中的白片黑片都是什麼呢?

原片

指的是有固態硬碟廠商親自認證的原廠合格的儲存顆粒。

白片

是檢驗不合格的瑕疵品，被廠商檢測後淘汰。由一寫末流廠商進行簡單的加工製成價格較低、品質較差的固態硬碟。

黑片

可以說就是廢料，幾乎沒有價值。由於其性能低下，大部分的黑片用來製作成了U盤和SD卡。

匯流排

是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線。我們可以簡單理解為從固態硬碟到CPU用來傳輸數據的道路。在固態硬碟中，匯流排非為兩類：SATA匯流排和PCI-E匯流排。我們可以把CPU和固態硬碟想像成兩個城市，而SATA匯流排就是兩個城市之間的普通火車軌道，PCI-E匯流排就是高鐵軌道。

目前SATA匯流排的最快速度也只有550MB/s，而PCI-E匯流排最高可達3000MB/s。

不過PCI-E也是有不同等級的，PCI-E x1、PCI-E x2、PCI-E x4、PCI-E x8和PCI-E x16。而固態硬碟通常使用的都是PCI-E x2和PCI-E x4。PCI-E x2匯流排要比PCI-E x4慢一些，大概只有1000MB/s左右。而更高的PCI-E x8和PCI-E x16通常都是顯卡在使用。

介面

目前常見的固態硬碟介面分為三種：SATA介面、M.2介面和PCI-E介面。

SATA介面

機械硬碟一般使用的都是SATA介面，不過SATA介面也可以被用在固態硬碟上。使用SATA介面的固態硬碟一般體積都比較大，而且只能走SATA匯流排。所以一般SATA介面的固態硬碟速度比較慢。

                      （SATA介面）

M.2介面

使用M.2介面的固態硬碟又可以分為三種，按速度由低到高的順序排列分別是走SATA匯流排的、走PCI-E x2匯流排的以及是走PCI-E x4匯流排的。這三種匯流排的區別已經在上文提到過了，這里不再是贅述。

而使用M.2介面走PCI-E x4匯流排的硬碟又可以分為兩種，一種是支持NVME協議的，另一種是不支持NVME協議的。

NVME協議是什麼呢？

其實，造成上文提到的那兩種匯流排速度差異的主要原因就是協議不同。SATA匯流排使用的是AHCI協議，而PCI-E匯流排上使用的是NVME協議。說白了就是這兩條軌道對與在軌道上行駛的列車做出了不同的要求和限制。由於SATA軌道製作不精細，導致SATA軌道上無法行駛高速列車，從而導致了速度變慢。

支持NVME協議的M.2介面的固態硬碟就像高速火車（NVME協議）跑在高速鐵路上（PCI-E匯流排），速度是最快的，能達到3000MB/s。而不支持NVME協議的硬碟就像普通火車（不支持NVME協議）跑在高速鐵路上（PCI-E匯流排），速度自然就慢一些，能達到1500MB/s。

需要注意的是雖然都叫M.2介面，但是走不同的匯流排，介面的形狀其實是也是不一樣的。

走PCI-E x4匯流排的硬碟介面有兩個金手指，對應的插槽是socket 3介面。

                  （socket 3介面）

走SATA匯流排和PCI-E x2匯流排的硬碟介面有三個金手指，專屬插槽是socket 2介面。

                  （socket 2介面）

不過這種擁有三個金手指的介面通用性更強一點，socket 2和socket 3插槽都是可以用的。

PCI-E介面

使用PCI-E介面的固態硬碟走的是PCI-E x4匯流排，一般都是支持NVME協議的。

值得注意的是介面只是物理上的插孔而已，並不會直接影響性能。如果廠商願意，無論多麼奇怪的介面都是可以的。真正影響硬碟速度的是介面背後的協議和匯流排。所以使用SATA介面SATA匯流排AHCI協議的固態硬碟和機械硬碟的速度是相近的。

而使用M.2介面PCI-E x4匯流排NVME協議的硬碟和使用PCI-E介面PCI-E x4匯流排NVME協議的硬碟速度是相近的。雖然他們一個使用了M.2介面，一個使用了PCI-E介面，但是因為它們背後的匯流排和協議是一樣的，所以速度並不會出現明顯的差距。

                （不同的PCI-E介面）

為了防止大家混亂，我在這里做個小的導圖幫助理解。

緩存

一般情況下，緩存的讀寫速度是比碟片的速度快的，緩存就像一個數據的臨時存放點，硬碟在寫入數據時，先將數據寫入到緩存，寫入完成後，系統就會提示數據寫入完成了，用戶就可以做別的事情了，而在計算機後台，數據再從緩存中寫入硬碟。

緩存分為兩種，一種是DDR緩存，一種是SLC-cache緩存

DDR緩存

這種緩存和和內存條中上使用的是同一種規格的，這種緩存的優點在於速度非常快，但是它的空間一般比較小，無法儲存大量的數據，對SSD性能的提升不大。

SLC-cache緩存

也叫SLC緩存。我們在前文已經提到，SLC顆粒是所有固態硬碟顆粒中速度最快的，但是為了節約成本，市面上大多數固態硬碟都是MLC和TLC顆粒的。但是為了提高讀寫性能，廠商會讓一部分MLC或TLC模擬SLC顆粒工作，這就是SLC緩存。

這就可以解釋為什麼很多固態硬碟在傳輸大文件時，前一段時間速度非常快，但是一段時間後硬碟的速度會斷崖式下跌。原因就是SLC緩存顆粒已經全部填滿文件了，這時，硬碟就會恢復正常的MLC或者TLC的速度，整體的讀寫速度就慢下來了。

SLC緩存也時目前市面上最為常見的一種緩存行駛，對小文件的讀取速度有顯著提升。

主控

主控負責整個固態硬碟的數據管理和調控，可以簡單的理解為固態硬碟的CPU。由於主控對整個固態硬碟進行管理，所以主控也對硬碟性能有著較大的影響。目前第一梯隊的主控廠商有三星、英特爾和馬牌。

讀寫速度

我們經常能在某個固態硬碟的產品界面看到「順序讀寫」和「4K隨機讀寫」，那麼這兩種有什麼區別呢？

順序讀寫

順序讀寫速度一般非常快，賣家也常常會將這個數值作為宣傳的速度。但是日常使用中，順序讀寫速度對我們的影響並沒有那麼大。

順序讀寫就是對一個大文件進行讀寫，比如對一個100GB的大文件進行讀寫，用到的就是順序讀寫。而如果要對100個1GB的文件進行讀寫，用到的就是4K隨機讀寫。

4K隨機讀寫

4K隨機讀寫速度更加貼近我們日常的使用，我們很少會對一個大型文件進行讀寫，通常都是一個一個文件進行讀寫的。4K隨機讀寫速度通常是要比順序讀寫速度慢的，所以在選購固態硬碟時，我們更要關注4K隨機讀寫速度。

以上就是固態硬碟的基本參數了，希望能對各位在選購固態硬碟時提供幫助。

我們作為一個新團隊十分缺乏經驗，可能會存在種種疏漏，還請各位大佬嘴下留情，反饋問題。感激不盡！

文/ 同兒睡不著。

責編/ M.微博

圖/ 網路、同兒睡不著。

小蓬軟體工作室

❷ ngff與nvme有什麼區別

1、標準的范圍不同

Ngff是物理形態的標准，指磁碟的大小，即形狀。

Nvme是一種新的硬碟傳輸標准，是一種用於m.2磁碟的數據傳輸協議。

2、同層級不同

在同一水平，Ngff是2.5英寸，3.5英寸，這是指磁碟的形狀標准。

ngff旁邊是2.5英寸，而不是PCIe（此外，ngff現在已經改名為m.2，所以最好跟上時代，改為m.2）。PCIe是匯流排標准，它與SATA並行。

nvme是取代現在的AHCI的。

3、通道不同

ngff速度較慢。

nvme速度更快。

4、介面不同

NGFF有兩種介面：Socket 2和Socket 3。

前者支持SSD、WWAN等非存儲設備，介面採用SATA和PCI-e2，Socket 3專為高性能存儲而設計，支持PCI-E X4介面，該介面更小，帶寬高達4GB/s，Ngff（也稱為m.2）包含世達線路。

nvme是M.2介面。

❸ 1t的nvme為什麼顯示953gb

1t的nvme顯示953gb，是操作系統中和BIOS的演算法不同導致的。出現這樣情況不是硬碟本身的問題，而是操作系統和BIOS的演算法不同導致的，BIOS一般是1000作為基數的，而實際在二進制中，都是以1024作為基數，所以硬碟容量的計算方式導致了1t的nvme顯示953gb。

NVMe代表非易失性存儲器的首字母縮略字，這是固態硬碟的常見的快閃記憶體形式。此規范主要是為基於快閃記憶體的存儲設備提供一個低延時、內部並發化的原生界面規范。

為現代CPU、計算機平台及相關應用提供原生存儲並發化的支持，令主機硬體和軟體可以充分利用固態存儲設備的並行化存儲能力。

NVMe產生的時代背景

在NVMe出現之前，高端SSD只得以採用PCI Express匯流排製造，但需使用非標准規范的介面。若使用標准化的SSD介面，操作系統只需要一個驅動程序就能使用匹配規范的所有SSD，這也意味著每個SSD製造商不必用額外的資源來設計特定介面的驅動程序。

以上內容參考網路-NVMe

❹ nvme固態硬碟怎麼達到2000m/s

用DPX指令。
DPX指令。新的DPX指令可加速動態規劃，適用於包括路徑優化和基因組學在內的一系列演算法，與CPU和上一代GPU相比，其速度提升分別可達40倍和7倍。
閃迪至尊高速NVMe3D固態硬碟採用了藍色PCB板，由於單面設計，背部非常整潔，整個硬碟也非常纖薄。具體的性能方面，官方標稱閃迪至尊高速NVMe3D固態硬碟（1TB）版的順序讀、寫速度為2400MB/s、1950MB/s。

❺ PCIE，M.2，SATA，NVMe，ACHI 各是什麼關系

nvme是一種傳輸協議針對ssd，achi是一種硬碟演算法針對機械硬碟，你可以簡單理解成nvme好於achi，至於前面的只是介面類型但要休息SATA不支持nvme協議

❻ NVMe協議的M.2 SSD能否組成RAID

可以，z170的時候這個功能就有了，不少z170至少可以兩塊nvme m2做raid，到現在z370和x299已經可以做到5塊nvme的m2做raid了。

區別如下：

1、協議方面：m.2 nvme是支持Nvme協議的高速SSD，走的是PCle通道，速度超級快。m.2不支持協議，走的是SATA通道，和普通的SATA介面差不多。則是較為低速的SSD。

2、適配方面：nvme固態需要主板有PCIE的介面支持，而普通的m.2固態則不需要。

3、介面方面：m.2固態硬碟，如果是SATA協議，針腳處有兩個凹，三段金手指；如果是NVMe協議則是一個凹，兩段金手指。 可根據主板M.2插槽的樣子看出來該插槽支持什麼協議，兩種協議不兼容。

(6)nvme磁碟調度演算法擴展閱讀：

m.2介面主要有兩個方面的優勢：

1、第一是速度方面的優勢。

M.2介面有兩種類型：Socket 2（B key——ngff）和Socket 3（M key——nvme）。

其中Socket2支持SATA、PCI-E X2介面，而如果採用PCI-E ×2介面標准，最大的讀取速度可以達到700MB/s，寫入也能達到550MB/s。而其中的Socket 3可支持PCI-E ×4介面，理論帶寬可達4GB/s。

2、第二個是體積方面的優勢。

M.2標準的SSD同mSATA一樣可以進行單面NAND快閃記憶體顆粒的布置，也可以進行雙面布置，其中單面布置的總厚度僅有2.75mm，而雙面布置的厚度也僅為3.85mm。另外，M.2也可以提供更高的存儲容量。

❼ 什麼是NVMe硬碟

NVMe固態硬碟是雙全工可同時執行讀寫操作的，NVMe協議要比SATA所用的AHCI協議更高效、更能充分利用多核心、中斷執行效率更高、隊列深度支持更好。

用個比較通俗的比喻：

SATA固態硬碟就像國道，本身速度是要比類似機械硬碟的市區道路通暢很多的，但依然會遇到有路口需要讓行的時候。而NVMe固態硬碟就像全封閉全立交的高速公路，所有數據都可以不受干擾地直達目的地。此外，NVMe固態硬碟讀寫帶寬高於SATA固態硬碟，就如同高速公路的限速要比國道高很多。

(7)nvme磁碟調度演算法擴展閱讀：

NVMe硬碟的特點：

1、NVMe是為PCIe制定的標准介面協議。

2、解除了舊標准施放在SSD上的各種限制。

3、支持所有常見的操作系統。

4、良好的可拓展性。

5、具有低延遲，低能耗，高性能等優點。

❽ Linux中常見IO調度器

對於磁碟I/O，Linux提供了cfq, deadline和noop三種調度策略

考慮到硬體配置、實際應用場景（讀寫比例、順序還是隨機讀寫）的差異，上面的簡單解釋對於實際選擇沒有太大幫助，實際該選擇哪個基本還是要實測來驗證。不過下面幾條說明供參考：

NOOP全稱No Operation,中文名稱電梯式調度器，該演算法實現了最簡單的FIFO隊列，所有I/O請求大致按照先來後到的順序進行操作。NOOP實現了一個簡單的FIFO隊列,它像電梯的工作方式一樣對I/O請求進行組織。它是基於先入先出（FIFO）隊列概念的 Linux 內核里最簡單的I/O 調度器。此調度程序最適合於固態硬碟。

Deadline翻譯成中文是截止時間調度器，是對Linus Elevator的一種改進，它避免有些請求太長時間不能被處理。另外可以區分對待讀操作和寫操作。DEADLINE額外分別為讀I/O和寫I/O提供了FIFO隊列。

Deadline對讀寫request進行了分類管理，並且在調度處理的過程中讀請求具有較高優先順序。這主要是因為讀請求往往是同步操作，對延遲時間比較敏感，而寫操作往往是非同步操作，可以盡可能的將相鄰訪問地址的請求進行合並，但是，合並的效率越高，延遲時間會越長。因此，為了區別對待讀寫請求類型，deadline採用兩條鏈表對讀寫請求進行分類管理。但是，引入分類管理之後，在讀優先的情況下，寫請求如果長時間得到不到調度，會出現餓死的情況，因此，deadline演算法考慮了寫餓死的情況，從而保證在讀優先調度的情況下，寫請求不會被餓死。

總體來講，deadline演算法對request進行了優先權控制調度，主要表現在如下幾個方面：

CFQ全稱Completely Fair Scheler ，中文名稱完全公平調度器，它是現在許多 Linux 發行版的默認調度器，CFQ是內核默認選擇的I/O調度器。它將由進程提交的同步請求放到多個進程隊列中，然後為每個隊列分配時間片以訪問磁碟。 對於通用的伺服器是最好的選擇，CFQ均勻地分布對I/O帶寬的訪問 。CFQ為每個進程和線程，單獨創建一個隊列來管理該進程所產生的請求,以此來保證每個進程都能被很好的分配到I/O帶寬，I/O調度器每次執行一個進程的4次請求。該演算法的特點是按照I/O請求的地址進行排序，而不是按照先來後到的順序來進行響應。簡單來說就是給所有同步進程分配時間片，然後才排隊訪問磁碟。

多隊列無操作I / O調度程序。不對請求進行重新排序，最小的開銷。NVME等快速隨機I / O設備的理想選擇。

這是對最後期限I / O調度程序的改編，但設計用於 多隊列設備。一個出色的多面手，CPU開銷相當低。

❾ m.2 nvme和m.2的區別是什麼

區別如下：

1、協議方面：nvme是一種協議，走的是PCle通道，速度超級快。而普通的M.2 走的是SATA通道，發揮不出M.2的優勢，和普通的SATA介面差不多。

2、速度方面：走pcie通道的 就是我們說的nvme ，速度快出m.2的10倍。

3、介面方面：走sata的速度跟傳統sata介面的沒區別，就是介面變成了m2的了。走pcie的，就是我們說的nvme介面是m2的，性能也強了。

M.2介面有SATA也有NVMe PCIe協議。這個是同一個介面的，但是要看主板支持哪個通道。主板M.2走的是PCIE通道就可以支持M.2 NVME，如果是走MSATA通道，就無法通用。

(9)nvme磁碟調度演算法擴展閱讀

對於桌面台式機用戶來講，SATA介面已經足以滿足大部分用戶的需求了，不過考慮到超極本用戶的存儲需求，Intel才急切的推出了這種新的介面標准。雖然，我們在華碩、技嘉、微星等發布的新的9系列主板上都看到了這種新的M.2介面，現已普及。

NVMe具體優勢包括：

①性能有數倍的提升；

②可大幅降低延遲；

③NVMe可以把最大隊列深度從32提升到64000，SSD的IOPS能力也會得到大幅提升；