Cách (thực sự) vô hiệu hóa NCQ trong Linux

Tôi đã triển khai Bộ chuyển đổi Bus-ATA Host-Bus (HBA) của riêng mình trong VHDL và lập trình nó lên một đồ họa. Một FPGA là chip có thể được lập trình với bất kỳ mạch kỹ thuật số nào. Nó cũng được trang bị bộ thu phát nối tiếp để tạo tín hiệu tốc độ cao cho SATA hoặc PCIe.

Bộ điều khiển SATA này hỗ trợ tốc độ dòng của SATA 6 Gb / s và sử dụng các lệnh ATA-8 DMA-IN / OUT để truyền dữ liệu trong tối đa 32 khối MiB đến và từ thiết bị. Thiết kế được chứng minh là hoạt động ở tốc độ tối đa (ví dụ: Samsung SSD 840 Pro -> trên 550 MiB / s).

Sau một số thử nghiệm với một số thiết bị SSD và HDD, tôi đã mua một ổ lưu trữ mới Seagate 6 TB Archive ( ST6000AS0002 ). Ổ cứng này đạt hiệu suất đọc lên tới 190 MiB / s, nhưng hiệu suất ghi chỉ từ 30 đến 40 MiB / s!

Vì vậy, tôi đã đào sâu hơn và đo các khung truyền đi (vâng, điều đó là có thể với thiết kế đồ họa). Theo như tôi có thể nói, Seagate HDD đã sẵn sàng để nhận 32 MiB đầu tiên của một lần chuyển trong một mảnh. Việc chuyển này xảy ra ở tốc độ dòng tối đa là 580 MiB / s. Sau đó, ổ cứng lưu trữ các byte còn lại trong hơn 800 ms! Sau đó, ổ cứng đã sẵn sàng để nhận 32 MiB tiếp theo và lưu trữ lại trong 800 ms. Tất cả trong tất cả một lần chuyển 1 GiB cần hơn 30 giây, tương đương với khoảng 35 MiB / s.

Tôi giả sử rằng ổ cứng này có bộ đệm ghi 32 MiB, được xóa giữa các chu kỳ nổ. Truyền dữ liệu với ít hơn 32 MiB không hiển thị hành vi này.

Bộ điều khiển của tôi sử dụng lệnh DMA-IN và DMA-OUT để truyền dữ liệu. Tôi không sử dụng lệnh QUEUED-DMA-IN và QUEUED-DMA-OUT, được sử dụng bởi các bộ điều khiển AHCI có khả năng NCQ. Việc thực hiện AHCI và NCQ trên nền tảng FPGA là rất phức tạp và không cần thiết cho lớp ứng dụng của tôi.

Tôi muốn tái tạo kịch bản này trên PC Linux của tôi, nhưng trình điều khiển AHCI Linux có NCQ được bật theo mặc định. Tôi cần phải tắt NCQ, vì vậy tôi đã tìm thấy trang web này mô tả cách tắt NCQ , nhưng nó không hoạt động.

Máy tính Linux vẫn đạt hiệu suất ghi 190 MiB / s.

> dd if=/dev/zero of=/dev/sdb bs=32M count=32
1073741824 bytes (1.1 GB) copied, 5.46148 s, 197 MB/s

Tôi nghĩ rằng có một lỗi trong bài viết ở trên: Giảm độ sâu hàng đợi NCQ xuống 1 không vô hiệu hóa NCQ. Nó chỉ cho phép HĐH chỉ sử dụng một hàng đợi. Nó vẫn có thể sử dụng các lệnh QUEUED-DMA - ** để chuyển. Tôi thực sự cần phải vô hiệu hóa NCQ để trình điều khiển phát lệnh DMA-IN / OUT cho thiết bị.

Vì vậy, đây là những câu hỏi của tôi:

1. Làm thế nào tôi có thể vô hiệu hóa NCQ?
2. Nếu độ sâu hàng đợi NCQ = 1, trình điều khiển AHCI của Linux có sử dụng các lệnh QUEUED-DMA - ** hoặc DMA - ** không?
3. Làm cách nào để kiểm tra xem NCQ có bị vô hiệu hóa không, vì thay đổi /sys/block/sdX/device/queue_depthkhông được báo cáo trong dmesg?

Nhờ @frostschutz, tôi có thể đo hiệu suất ghi trong Linux mà không cần tính năng NCQ. Tham số khởi động kernel đã libata.force=noncqtắt NCQ hoàn toàn.

Về vấn đề hiệu suất ghi Seagate 6TB của tôi, không có thay đổi về tốc độ. Linux vẫn đạt 180 MiB / s.

Nhưng sau đó tôi có một ý tưởng khác:
Trình điều khiển Linux không sử dụng chuyển 32 khối MiB. Bộ đệm hạt nhân nhỏ hơn nhiều, đặc biệt nếu NCQ với 32 hàng đợi được bật (32 hàng đợi * 32 MiB => 1 bộ đệm AHCI GiB).

Vì vậy, tôi đã thử nghiệm bộ điều khiển SATA của mình với 256 lần chuyển KiB và voilà, có thể đạt tới 185 MiB / s.

Vì vậy, tôi đoán phần sụn Seagate ST6000AS0002 không có khả năng xử lý các vụ chuyển nhượng lớn ATA. Tiêu chuẩn ATA cho phép lên tới 65.536 khối logic, tương đương với 32 MiB.

SMR - Ghi âm từ tính

Một khả năng khác cho hiệu suất ghi xấu có thể là kỹ thuật ghi từ tính được sử dụng bởi Seagate trong các thiết bị lưu trữ này. Rõ ràng, tôi đã kích hoạt một hiệu ứng hiếm có với việc triển khai FPGA của tôi.