Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Компьютерлік есепте, Native Command Queuing (NCQ) – Serial ATA протоколының кеңейтілген нұсқасы, ол қатты дискілерге түсірілген оқу және жазу командаларын ішкі түрде орындалу реті бойынша оңтайландыруға мүмкіндік береді. Бұл қажетсіз диск бас қозғалысын азайтуға көмектеседі, соның салдарынан бірнеше оқу/жазу сұранысы бір уақытта орындалатын жұмыс жүктемелерінде өнімділікті арттырады (және дискінің тозуын азайтады), мұндай жағдайлар көбінесе серверлік қолданбаларда кездеседі.
In computing, Native Command Queuing (NCQ) is an extension of the Serial ATA protocol allowing hard disk drives to internally optimize the order in which received read and write commands are executed. This can reduce the amount of unnecessary drive head movement, resulting in increased performance (and slightly decreased wear of the drive) for workloads where multiple simultaneous read/write requests are outstanding, most often occurring in server type applications.
Тарих
Native Command Queuing-тің алдында Parallel ATA-ның Tagged Command Queuing (TCQ) нұсқасы болған. ATA-ның TCQ-ны енгізу әрекеті, ATA хост-бусы адаптерлерінің операциялық жүйемен өзара әрекеттесу үшін ISA-бусы құрылғысының протоколдарын қолдану қажеттілігімен шектелді. Соның салдарынан жоғары CPU жүктемесі және мардымсыз өнімділік артуы ATA TCQ-ның нарықта қабылдануына кедергі келтірді. NCQ, TCQ-дан айырмашылығы, NCQ-да әрбір команда бірдей маңызды, бірақ NCQ-ның хост-бусы адаптері, командалар тізбегі кезінде CPU-ға берілген DMA параметрлерімен өзінің бірінші тарап DMA қозғалтқышын бағдарлайды, ал TCQ команда сұраныстары кезінде CPU-ны тоқтатады және одан ATA хост-бусы адаптерінің үшінші тарап DMA қозғалтқышын реттеуді талап етеді. NCQ-ның іске асырылуы тиімді, себебі диск өзінің жұмыс сипаттамаларын жақсы біледі және айналу орнын ескере алады. NCQ және TCQ екеуінің де кезек ұзындығының максималды шегі 32 орындалмаған команданы құрайды. ATA TCQ сирек қолданылатындықтан, Parallel ATA (және кейбір чипсеттердің IDE режимі) әдетте бір портқа бір ғана орындалмаған команданы қолдайды. NCQ-ны қосу үшін, оны SATA хост-бусы адаптерінде де, қатты дискіде де қолдау көрсету қажет. Хост-бусы адаптерінде NCQ-ны қосу үшін операциялық жүйеге тиісті драйверді жүктеу керек. Көптеген жаңа чипсеттер Advanced Host Controller Interface (AHCI) интерфейсін қолдайды, бұл операциялық жүйелерге оларды бірыңғай басқаруға және NCQ-ны қосуға мүмкіндік береді. DragonFly BSD 2009 жылғы 2.3 нұсқасынан бастап NCQ-мен AHCI-ді қолдайды. Linux ядролары 2.6.19 нұсқасынан бастап AHCI-ді табиғи түрде қолдайды, ал FreeBSD 8.0 нұсқасынан бастап AHCI-ді толыққанды қолдайды. Windows Vista және Windows 7 де AHCI-ді табиғи түрде қолдайды, бірақ егер бастапқы орнату кезінде контроллерлік қолдау болмаса, олардың AHCI қолдауы (msahci қызметі арқылы) реестрді өңдеу арқылы қолмен қосу қажет. Windows 7 AHCI тек NCQ ғана емес, сонымен қатар SSD дискілерінде TRIM қолдауын (сәйкес микрокодпен) қамтамасыз етеді. Windows XP сияқты ескі операциялық жүйелер, егер AHCI хост-бусы адаптерінде болса да, өндірушіге тән драйверді орнатуды талап етеді (RAID немесе SCSI контроллерін орнату сияқты), бұл бастапқы орнатуды қиындатады және қолданыстағы орнатуларды түрлендіруді күрделі етеді, себебі көптеген контроллерлер порттарын AHCI–SATA/IDE/legacy аралас режимінде жұмыс істете алмайды.
Native Command Queuing was preceded by Parallel ATA's version of Tagged Command Queuing (TCQ). ATA's attempt at integrating TCQ was constrained by the requirement that ATA host bus adapters use ISA bus device protocols to interact with the operating system. The resulting high CPU overhead and negligible performance gain contributed to a lack of market acceptance for ATA TCQ. NCQ differs from TCQ in that, with NCQ, each command is of equal importance, but NCQ's host bus adapter also programs its own first party DMA engine with CPU given DMA parameters during its command sequence whereas TCQ interrupts the CPU during command queries and requires it to modulate the ATA host bus adapter's third party DMA engine. NCQ's implementation is preferable because the drive has more accurate knowledge of its performance characteristics and is able to account for its rotational position. Both NCQ and TCQ have a maximum queue length of 32 outstanding commands. Because the ATA TCQ is rarely used, Parallel ATA (and the IDE mode of some chipsets) usually only support one outstanding command per port. For NCQ to be enabled, it must be supported and enabled in the SATA host bus adapter and in the hard drive itself. The appropriate driver must be loaded into the operating system to enable NCQ on the host bus adapter. Many newer chipsets support the Advanced Host Controller Interface (AHCI), which allows operating systems to universally control them and enable NCQ. DragonFly BSD has supported AHCI with NCQ since 2.3 in 2009. Linux kernels support AHCI natively since version 2.6.19, and FreeBSD fully supports AHCI since version 8.0. Windows Vista and Windows 7 also natively support AHCI, but their AHCI support (via the msahci service) must be manually enabled via registry editing if controller support was not present during their initial install. Windows 7's AHCI enables not only NCQ but also TRIM support on SSD drives (with their supporting firmware). Older operating systems such as Windows XP require the installation of a vendor specific driver (similar to installing a RAID or SCSI controller) even if AHCI is present on the host bus adapter, which makes initial setup more tedious and conversions of existing installations relatively difficult as most controllers cannot operate their ports in mixed AHCI–SATA/IDE/legacy mode.
Өнер көрсету
2004 жылы NCQ дискінің бірінші буыны (Seagate 7200.7 NCQ) сынақтан өткенде, NCQ IOMeter өнімділігін арттырғанмен, десктоптық қолданбалардың өнімділігі төмендеді. 2010 жылы жасалған бір шолуда, Windows-тың көп тапсырмалы сынақтарында NCQ қосылғанда орташа есеппен 9%-ға жуық жақсартулар байқалды. NCQ операциялық жүйенің I/O жоспарлаушысымен теріс әрекеттесе алады, бұл өнімділікті төмендетеді; мұндай жағдай Linux жүйесінде RAID 5 конфигурациясында байқалды. NCQ-да хостқа I/O сұрауы үшін белгілі бір мерзімдерді немесе сұраудың қанша рет басқаларының пайдасына қабылдамауға болатынын анықтау мүмкіндігі жоқ. Теория бойынша, кезекте тұрған сұрау I/O жүктемесі кезінде басқа (жаңа) сұрауларды өңдеу үшін диск тарапынан белгісіз уақытқа дейін кешіктірілуі мүмкін. Кейбір дисктердің, мысалы, 2007 жылғы WD Raptor дискісінің микропрограммасында NCQ қосылғанда алдын ала оқу функциясы өшіріледі, нәтижесінде тізбекті оқу жылдамдығы төмендейді. SATA типті жад дискілері (SSD) параллель жұмыс жүктемелері үшін бірнеше команданы кезекке қою мүмкіндігінен айтарлықтай пайда көреді. PCIe интерфейсіндегі NVMe SSD үшін кезек тереңдігі одан да арттырылып, әрқайсысында 65 535 командаға дейін 65 535 кезекке дейін қолдау көрсетілді.
A 2004 test with the first generation NCQ drive (Seagate 7200.7 NCQ) found that while NCQ increased IOMeter performance, desktop application performance decreased. One review in 2010 found improvements on the order of 9% (on average) with NCQ enabled in a series of Windows multitasking tests. NCQ can negatively interfere with the operating system's I/O scheduler, decreasing performance; this has been observed in practice on Linux with RAID 5. There is no mechanism in NCQ for the host to specify any sort of deadlines for an I/O, like how many times a request can be ignored in favor of others. In theory, a queued request can be delayed by the drive an arbitrary amount of time while it is serving other (possibly new) requests under I/O pressure. On some drives' firmware, such as the WD Raptor circa 2007, read ahead is disabled when NCQ is enabled, resulting in slower sequential performance. SATA solid state drives profit significantly from being able to queue multiple commands for parallel workloads. For PCIe based NVMe SSDs, the queue depth was even increased to support a maximum of 65,535 queues with up to 65,535 commands each.
Қауіпсіздік (FUA)
NCQ-ның көпке таныс емес бір мүмкіндігі – оның ATA TCQ-дан өзгешелігі, хостқа деректер дискінің пластиналарына жеткенде немесе дискінің буферіне (бортындағы кэш) жеткенде хабарлансын деуге рұқсат береді. Аппараттық жабдықтың дұрыс жұмыс істеуін ескере отырып, бұл мүмкіндік fsync сияқты жүйелік шақырулармен бірге дискінің бортындағы кэшін пайдаланғанда деректердің дұрыстығына кепілдік беруге мүмкіндік береді. SCSI-ден алынған байланысты жазу белгісі Force Unit Access (FUA) деп аталады.
One lesser known feature of NCQ is that, unlike its ATA TCQ predecessor, it allows the host to specify whether it wants to be notified when the data reaches the disk's platters, or when it reaches the disk's buffer (on board cache). Assuming a correct hardware implementation, this feature allows data consistency to be guaranteed when the disk's on board cache is used in conjunction with system calls like fsync. The associated write flag, which is also borrowed from SCSI, is called Force Unit Access (FUA).
Қатты күйдегі дисктер
NCQ сонымен қатар жаңа қатты күйдегі жеке дискілерде де қолданылады, онда диск хосттан кідіріс сезінеді, керісінше емес. Мысалы, Intel компаниясының X25 E Extreme қатты күйдегі дискісі NCQ-ны пайдаланады, бұл дискте хост жүйесі процессор тапсырмаларын өңдеумен айналысып жатқанда өңдеуге командалар бар екенін қамтамасыз етеді. NCQ сонымен қатар SSD контроллеріне командаларды бір уақытта (немесе жартылай бір уақытта, мысалы, құбыр арқылы) орындауға мүмкіндік береді, егер құрылғының ішкі құрылымы мұндай өңдеуге жарамды болса. NVM Express (NVMe) стандарты SSD-лер үшін оңтайландырылған командалар тізімін де қолдайды. NVMe бір контроллер мен құрылғы үшін бірнеше тізімге рұқсат береді, сонымен бірге әрбір тізім үшін әлдеқайда тереңдеуге мүмкіндік береді, бұл негізгі SSD аппараттық құрылғысының жұмыс принципімен сәйкес келеді.
NCQ is also used in newer solid state drives where the drive encounters latency on the host, rather than the other way around. For example, Intel's X25 E Extreme solid state drive uses NCQ to ensure that the drive has commands to process while the host system is busy processing CPU tasks. NCQ also enables the SSD controller to complete commands concurrently (or partly concurrently, for example using pipelines) where the internal organisation of the device enables such processing. The NVM Express (NVMe) standard also supports command queuing, in a form optimized for SSDs. NVMe allows multiple queues for a single controller and device, allowing at the same time much higher depths for each queue, which more closely matches how the underlying SSD hardware works.