NVMe协会在FMS2018上通过一系列的演讲对NVMe、NVMe-oF、NVMe-MI、JBOF以及NVMe基准测试等方面做了介绍。并且发布了NVMe后续的演进方案的Roadmap。
从NVMe Roadmap来开，NVMe 1.4将会是NVMe协会接下来的主要工作。此次NVMe1.4的更新主要包含以下几大方面：
IO Determinism；
Persistent memory Region；
Multipathing；
IO Determinism是为了优化latency提供更好的QoS而生。
Persistent memory Region的特点是掉电不丢数据，为系统提供一种高效的Non-Volatile存储空间。从目前市场应用来看最可能的应用是存储一些系统的log文件，以及一些metadata等。
Multipathing提供了更加高效便捷的data share解决方案。其中IO Determinism应该是此次NVMe 1.4更新的重点内容。本文也主要针对IO Determinism做一些分析。
What is NVMe IO Determinism？
提供相对独立的访问空间；
提高IOPS，降低延时；
提供更加优秀的QoS；
为了做到以上几点，IO Determinism包含以下几部分内容，一个是NVM Sets，一个是PLM(Predictable Latency Mode)，还有RRL(Read Recovery Level)。
NVM Sets
NVMe 1.4中通过NVM Sets实现了对SSD物理资源的精细划分，每个Set可以独立占用一部分SSD的资源，每部分资源可以包含多个Flash channel以及多个Flash die，可以独立的进行read，write，erase等操作，如下图所示，在没有NVM Set之前多个application share所有的SSD资源，会出现一个application在执行的时候会block另一个application的操作，降低系统的QoS，在有NVM Sets之后每个一个application可以使用一个独立的NVM Set，这样application之间不会存在相互block的情况，提高了系统的QoS。
PLM
PLM是IO determinism中另外一个组成部分，主要用于优化系统的读写延时，提高系统的QoS。在PLM有效之后系统划分为DTWIN（Deterministic Window）以及NDWIN（Non-Deterministic Window）两种时间窗口，在DTWIN时间窗口内，SSD系统提供为读写指令提供deterministic latency，以提高系统的QoS，在NDWIN时间窗口内，SSD系统不需要提供deterministic latency，以完成SSD系统内部的GC等操作。
有了这两种时间窗口系统可以灵活调度对SSD的读写，以保证尽量将read/write执行放在DTWIN的时间段内执行，以减少latency，提高系统的QoS。
在DTWIN内有两个值需要注意，一个是typical value，这个值表示SSD系统可以在DTWIN时间窗口内可以执行的command数量（rand 4K read or Optimal Write Unit Size write）。另一个是reliable estimate value，这个值表示在DTWIN时间窗口内剩余的可执行的command数量值。以上两个值Host可以通过Get log page得到。
下图为大家展示了一个read DTWIN的typical value与estimate value之间的关系图。
随着reliable estimate value的减少，当小于某一threshold之后，SSD会自动从DTWIN跳到NDWIN。当然Host也可以通过set Features指令直接配置SSD处于DTWIN还是NDWIN时间窗口内。
在DTWIN以及NDWIN内有几个时间参数也需要注意：
NDWIN Time Minimum Low：SSD controller在收到请求进入DTWIN的set Feature指令之后需要在这个时间之内完成从NDWIN到DTWIN的转换。
NDWIN Time Minimum High：表示Host在上一个DTWIN Time Maximum之后需要在NDWIN窗口内需要花费的时间。
DTWIN Time Maximum：表示SSD系统可以保持在Deterministic Window的最大时间。
DTWIN Time Maximum与NDWIN Time Minimum High提供了一个系统在DTWIN与NDWIN的比例，例如Host在Deterministic Window保持了DTWIN Time Maximum的一半时间，那么host只需要在接下来的Non-Deterministic Window保持NDWIN Time Minimum High的一半时间。
RRL
由于在read过程中会出现数据错误，而数据出错的比例不同造成data recovery的时间也会不同，所以为了实现PLM，NVMe协议规定在支持PLM的时候需要同时支持Read Recovery Level Config。不同的Read Recovery Level对应不同的read latency。Recovery Level 0代表需要SSD尽最大努力去恢复数据，同时read latency也会更高，Recovery Level 15代表需要SSD尽快完成数据恢复工作，尽可能降低read latency，但是同时也有可能带来数据无法正确恢复。Host根据不同的需求可以配置不同的recovery level。
随着SSD的不断发展，SSD系统的峰值性能已经不再是客户追求的主要目标。客户需要性能更加稳定，延时更低的解决方案，NVMe IO determinism的出现将会在这两方面发挥重要作用。相信随着后续NVMe 1.4的正式发布会有越来越多的厂商关注NVMe IO determinism技术。
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