시작

• 아무것도 모르고 SSD 에 대해서 아는거라곤, 개발자를 위한 SSD 라는 카카오에서 올린 글(https://tech.kakao.com/2016/07/13/coding-for-ssd-part-1/) 와 [[simplessd]] 논문만 보고 무턱대고 시작한 공부

Linux NVMe 공부

• [[workqueue]]
• [[block layer]]
• [[IO mapping]]
• [[blk_mq]]
• [[IOMMU]]
• [[SGL]]{Scatter-Gatter List}

nvme 자료구조

• https://testkernel.tistory.com/3

의문점

• linux/drivers/nvme/host 에 있는 nvme 함수들은 어떻게 호출되는가? -> scsi interface 를 사용해서
• -> 그러면 어디에 있지? source code를 찾아보고 싶다. -> 일단 request 는 찾았다. block device 에 접근 하려면 (실제로 block device는 아닐수도 있지만 SSD를 일단 Block 으로 사용하고 FTL 로 처리?할테니까)
• -> 흠? 그런데 찾아보니까 /include/nvme.h 라는 파일이 있는데? 이건 만약 nvme 가 단순히 scsi 로만 처리된다면 굳이 맨 바깥쪽 include 에 있을 필요는 없는거 아닌가? 이건 마친 nvme 가 단독으로 interface를 가지고 있는거 같은데?

  중간 결론

• interface 마다 module 을 만들어 놓고 어떤 interface 를 사용하는지 KConfig 에 정의 되어있다.
  • BLK_DEV_NVME : block device 로 생각하고 접근
  • NVME_MULTIPATH : NVMe multipath support
  • NVME_HWMON : hardware monitoring
  • NVME_FABRICS : 사용 X
  • NVME_RDMA : NVM Express over Fabrics RDMA host driver
  • NVME_FC : NVM Express over Fabrics FC host driver
  • NVME_TCP : NVM Express over Fabrics TCP host driver
• 일단 나는 block layer를 통하는 path 를 공부하는게 목표 : 이럴 경우 PCI 와 NVMe Core 부분만 보면 된다.

PCI driver structure (실제로 module 의 interface)

• 참고 : PCI driver structure 설명 : https://wiki.kldp.org/wiki.php/PCI%20Drivers

static struct pci_driver nvme_driver = {
	.name		= "nvme",
	.id_table	= nvme_id_table,
	.probe		= nvme_probe,
	.remove		= nvme_remove,
	.shutdown	= nvme_shutdown,
#ifdef CONFIG_PM_SLEEP
	.driver		= {
		.pm	= &nvme_dev_pm_ops,
	},
#endif
	.sriov_configure = pci_sriov_configure_simple,
	.err_handler	= &nvme_err_handler,
};

• 하나씩 보면 name 은 driver 이름, id_table : driver 가 처리하는 id table 의 포인터

static const struct pci_device_id nvme_id_table[] = {
	{ PCI_VDEVICE(INTEL, 0x0953),
		.driver_data = NVME_QUIRK_STRIPE_SIZE |
				NVME_QUIRK_DEALLOCATE_ZEROES, },
	{ PCI_VDEVICE(INTEL, 0x0a53),
		.driver_data = NVME_QUIRK_STRIPE_SIZE |
				NVME_QUIRK_DEALLOCATE_ZEROES, },
	{ PCI_VDEVICE(INTEL, 0x0a54),
		.driver_data = NVME_QUIRK_STRIPE_SIZE |
				NVME_QUIRK_DEALLOCATE_ZEROES, },
	{ PCI_VDEVICE(INTEL, 0x0a55),
		.driver_data = NVME_QUIRK_STRIPE_SIZE |
				NVME_QUIRK_DEALLOCATE_ZEROES, },
	{ PCI_VDEVICE(INTEL, 0xf1a5),	/* Intel 600P/P3100 */
		.driver_data = NVME_QUIRK_NO_DEEPEST_PS |
				NVME_QUIRK_MEDIUM_PRIO_SQ |
				NVME_QUIRK_NO_TEMP_THRESH_CHANGE },
  /* 이하 생략 */
};

• probe : id 테이블과 매치한 뒤, 아직 다른 드라이버에 의해 처리되지 않은 모든 장치들에 대한 장치 검색 함수의 포인터, 0을 반환하면 driver가 device를 잘인식하고 쓴다는 것(원문은 device가 driver 를 accept 하면 이라고 써져 있는데, 평소 말하듯이 쓰면 이렇게 쓰는게 맞을듯?)

nvme_probe 함수 (nvme_driver 의 probe 부분)

하는일

1. NUMA NODE 설정 1-2. dev_to_node 를 통해서 [[NUMA]] NODE 를 가져온다. (단, CONFIG_NUMA 가 선언되어 있지 않으면 아무것도 하지 않는다.) 1-3. device 에 numa 노드가 설정되지 않았다면, first_memory_node 를 가져온다.
2. struct nvme_dev 크기에 맞추어 dev 변수를 kernel memory 를 할당한다.
3. queue 들을 설정 한다. (각 device는 적어도 2개, admin command 와 i/o command 를 담당하는 큐를 가지게 된다.) 3-1. write_queues,poll_queues 값을 설정한다. (흠.. 이 값을 어디서 세팅해놓는지는 못찾았다. 아마도 config 변수 값일듯) 3-2. 사용가능한 cpu 개수 + write_queues + poll_queues 값에 맞추어 queue를 할당한다.
4. device를 가져온다. 4-1. 2~3 과정에서 설정한 dev 변수를 private_driver_data 로 지정한다. (pci_set_drvdata)
5. pci를 메모리에 매핑시킨다. 5-1. pci를 “nvme” 앞으로 예약한다. 5-2. I/O 물리 메모리를 Virtual Memory 에 매핑시킨다.
6. reset_work, remove_work (workqueue) 를 초기화 시킨다.
7. [[prp]] list용 page, 256(4K~128K) 에 최적화된 prp list를 dma_pool_create 를 통해 각각 만든다.
8. 하드웨어 별로 특이사항이 있는지 확인한다. (quirks 에다가 OR 연산으로 넣어놓는다.)
9. iod용 memory pool 을 할당한다. (iod는 i/o description 의 약자)
10. NVMe Controller 를 init 10-1. spin_lock, mutex, list, rwsem(read write semaphore), ops, quirks, workqueues 들을 초기화(이외에도 많은 controller 관련 변수들을 초기화) 10-2. 이때 nvme_pci_ctrl_ops 를 넘겨준다. 이를 기반으로 core.c 에 선언 되어 있는 nvme_init_ctrl 이 호출된다.

11. NVMe Controller reset 11-1. pci에 nvme 를 켜주는 등의 작업. 11-2. admin queue 설정

12. 오래걸리는 작업 (controller 의 reset_work, scan_work 초기화, 4 에서 가져온 device release (정확히 함수는 put_device 호출)) 을 async 하게 동작하도록 예약

그림

• 
• TODO: nvme_reset_work 함수 그림 그리면서 분석해야함.