Comment (vraiment) désactiver NCQ sous Linux

J'ai implémenté mon propre adaptateur de bus hôte Serial-ATA (HBA) en VHDL et l'ai programmé sur un FPGA. Un FPGA est une puce qui peut être programmée avec n'importe quel circuit numérique. Il est également équipé d'émetteurs-récepteurs série pour générer des signaux à haute vitesse pour SATA ou PCIe.

Ce contrôleur SATA prend en charge les débits de ligne SATA 6 Gb / s et utilise les commandes ATA-8 DMA-IN / OUT pour transférer des données jusqu'à 32 Mo de blocs vers et depuis l'appareil. Il a été prouvé que la conception fonctionne à vitesse maximale (par exemple, Samsung SSD 840 Pro -> plus de 550 Mio / s).

Après quelques tests avec plusieurs périphériques SSD et HDD, j'ai acheté un nouveau disque dur Seagate 6 TB Archive ( ST6000AS0002 ). Ce disque dur atteint des performances de lecture allant jusqu'à 190 Mio / s, mais seulement des performances d'écriture de 30 à 40 Mio / s!

J'ai donc creusé plus profondément et mesuré les trames transmises (oui c'est possible avec une conception FPGA). Pour autant que je sache, le Seagate HDD est prêt à recevoir les 32 premiers Mo d'un transfert en une seule pièce. Ce transfert se produit à une vitesse de ligne maximale de 580 MiB / s. Après cela, le disque dur bloque les octets restants pendant plus de 800 ms! Ensuite, le disque dur est prêt à recevoir les 32 Mio suivants et se bloque à nouveau pendant 800 ms. Dans l'ensemble, un transfert de 1 Gio nécessite plus de 30 secondes, ce qui équivaut à environ 35 Mio / s.

Je suppose que ce disque dur a un cache d'écriture de 32 Mio, qui est vidé entre les cycles de rafale. Les transferts de données avec moins de 32 Mio ne montrent pas ce comportement.

Mon contrôleur utilise la commande DMA-IN et DMA-OUT pour transférer des données. Je n'utilise pas les commandes QUEUED-DMA-IN et QUEUED-DMA-OUT, qui sont utilisées par les contrôleurs AHCI compatibles NCQ. L'intégration d'AHCI et de NCQ sur une plate-forme FPGA est très complexe et n'est pas nécessaire à ma couche application.

Je voudrais reproduire ce scénario sur mon PC Linux, mais le pilote Linux AHCI a NCQ activé par défaut. Je dois désactiver NCQ, j'ai donc trouvé ce site Web décrivant comment désactiver NCQ , mais cela ne fonctionne pas.

Le PC Linux atteint toujours des performances d'écriture de 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

Je pense qu'il y a un défaut dans l'article ci-dessus: Réduire la profondeur de la file d'attente NCQ à 1 ne désactive pas NCQ. Il permet simplement au système d'exploitation d'utiliser une seule file d'attente. Il peut toujours utiliser les commandes QUEUED-DMA - ** pour le transfert. Je dois vraiment désactiver NCQ pour que le pilote émette des commandes DMA-IN / OUT vers l'appareil.

Donc, voici mes questions:

1. Comment puis-je désactiver NCQ?
2. Si la profondeur de file d'attente NCQ = 1, le pilote AHCI de Linux utilise-t-il les commandes QUEUED-DMA - ** ou DMA - **?
3. Comment puis-je vérifier si NCQ est désactivé, car la modification /sys/block/sdX/device/queue_depthn'est pas signalée dans dmesg?

Grâce à @frostschutz, j'ai pu mesurer les performances d'écriture sous Linux sans fonctionnalité NCQ. Le paramètre de démarrage du noyau a libata.force=noncqcomplètement désactivé NCQ.

En ce qui concerne mon problème de performances d'écriture Seagate 6 To, il n'y a pas eu de changement de vitesse. Linux atteint toujours 180 Mio / s.

Mais alors j'ai eu une autre idée:
le pilote Linux n'utilise pas les transferts de 32 morceaux MiB. Le tampon du noyau est beaucoup plus petit, surtout si NCQ avec 32 files d'attente est activé (32 files d'attente * 32 Mio => 1 Gio de tampon AHCI).

J'ai donc testé mon contrôleur SATA avec 256 transferts Kio et voilà, il est possible d'atteindre 185 Mio / s.

Je suppose donc que le micrologiciel Seagate ST6000AS0002 n'est pas capable de gérer les gros transferts en rafale ATA. La norme ATA autorise jusqu'à 65 536 blocs logiques, ce qui équivaut à 32 Mio.

SMR - Enregistrement magnétique bardé

Une autre possibilité pour les mauvaises performances d'écriture pourrait être la technique d'enregistrement magnétique en bardeaux , qui est utilisée par Seagate dans ces dispositifs d'archivage. Évidemment, j'ai déclenché un effet rare avec mon implémentation FPGA.