浅析NVMe协议：DIF

概述

NVMe协议将DIF信息作为元数据的一部分进行携带。

DIF数据格式

DIF的PI由多个字段组成，包括：

• Guard字段：基于逻辑块数据计算的CRC校验值（CRC-16、CRC-32或CRC-64），用于检测数据完整性。
• Application Tag：由上层应用定义，用于业务逻辑标识。
• Reference Tag：将数据与逻辑块地址（LBA）关联，防止写入错误位置。

盘片支持DIF

Format

使能NVMe DIF特性的前提是盘片需要格式化成支持DIF，协议提供了Format命令对盘进行格式化，其中有几个字段描述了对DIF的关键支持。

PIL

描述DIF信息在元数据中存放的位置，通常元数据的大小要超过8字节，8字节的DIF信息则通常放置在元数据的首部或尾部的位置，具体则取决于PIL字段的值：

• PIL=0：描述DIF信息存放于元数据的首部8个字节；
• PIL=1：描述DIF信息存放于元数据的尾部8个字节。

若元数据大小恰好为8字节，那么PIL设置成0或1都无所谓。

PI

PI描述了盘片使能的DIF类型，有4中取值，如下：

MSET

MSET描述了元数据的传输方式：分离或连续。

LBAF

LBAF描述了当前使用的扇区格式，常见的格式包括：512、512+8、4096以及4096+64等，盘片支持的元数据大小也由这个字段所指定。

协议命令DIF支持

NVMe读写命令中提供了两个字段：PRACT和PRCHK，用于描述了NVMe控制器对DIF数据的处理行为和校验方式。

PRACT

PRACT字段用于描述NVMe控制器是否对DIF信息进行插入、替换或剥离等处理，并与元数据大小有关，分为以下几种情况：

PRACT=0

无论携带的元数据多少，DIF信息都会原封不动进行传输，NVMe控制器不会对DIF信息进行修改；

PRACT=1

元数据传输过程中不会携带DIF信息，NVMe控制器会自动生成DIF信息下盘（Write命令）或剥离DIF信息（Read命令）：

• 元数据大小为8字节：数据传输过程中不会携带DIF信息，等价于任何元数据也不会携带，NVMe控制器会针对读写命令处理DIF信息，插入或者剥离；
  

• 元数据大小超过8字节：数据传输过程中，元数据对应DIF区域不会携带有效的DIF信息，NVMe控制器会替换DIF区域数据后下盘，或剥离。
  

PRCHK

PRCHK描述了数据检验类型。

相关参考

• 《NVM-Express-Base-Specification-2.0c-2022.10.04-Ratified-1》