nvme接口（nvme是什么硬盘）



適用於：

• Windows 10
• Windows Server 2016

瞭解如何從 Windows 應用程式使用高速 NVMe 裝置。 裝置存取是透過 StorNVMe.sys 啟用，這是 Windows Server 2012 R2 和 Windows 8.1 中首次推出的內建驅動程式。 Windows 7 裝置也可以透過 KB 熱修復來使用。 在 Windows 10 中，引進了數項新功能，包括廠商特定 NVMe 命令的傳遞機制，以及現有 IOCTL 的更新。

本主題提供一般使用 API 的概觀，可讓您用來存取 Windows 10 中的 NVMe 磁片磁碟機。 它也會描述：

• 如何使用傳遞傳送廠商特定的 NVMe 命令
• 如何將 識別、取得功能或取得記錄頁命令 傳送至 NVMe 磁片磁碟機
• 如何 從 NVMe 磁片磁碟機取得溫度資訊
• 如何執行行為變更命令，例如 設定溫度閾值

您可以使用下列一般用途 API 來存取 Windows 10 中的 NVMe 磁片磁碟機。 這些 API 可在 winioctl.h 中 尋找使用者模式應用程式，以及 核心模式驅動程式的 ntddstor.h 。 如需標頭檔的詳細資訊，請參閱 標頭檔 。

• IOCTL_STORAGE_PROTOCOL_COMMAND ：使用此 IOCTL 搭配 STORAGE_PROTOCOL_COMMAND 結構發出 NVMe 命令。 此 IOCTL 可啟用 NVMe 傳遞，並支援 NVMe 中的 Command Effects 記錄。 您可以將它與廠商特定的命令搭配使用。 如需詳細資訊，請參閱 傳遞機制 。
• STORAGE_PROTOCOL_COMMAND：此輸入緩衝區結構包含 ReturnStatus 欄位，可用來報告下列狀態值。
  • STORAGE_PROTOCOL_STATUS_PENDING
  • STORAGE_PROTOCOL_STATUS_SUCCESS
  • STORAGE_PROTOCOL_STATUS_ERROR
  • STORAGE_PROTOCOL_STATUS_INVALID_REQUEST
  • STORAGE_PROTOCOL_STATUS_NO_DEVICE
  • STORAGE_PROTOCOL_STATUS_BUSY
  • STORAGE_PROTOCOL_STATUS_DATA_OVERRUN
  • STORAGE_PROTOCOL_STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES
  • STORAGE_PROTOCOL_STATUS_NOT_SUPPORTED
• IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY：使用此 IOCTL 搭配 STORAGE_PROPERTY_QUERY 結構來擷取裝置資訊。 如需詳細資訊，請參閱 通訊協定特定的查詢 和 溫度查詢 。
• STORAGE_PROPERTY_QUERY：此結構包含 PropertyId 和 AdditionalParameters 欄位，以指定要查詢的資料。 在 [PropertyId ] 中，使用 STORAGE_PROPERTY_ID 列舉來指定資料類型。 根據資料類型，使用 [ AdditionalParameters ] 欄位來指定更多詳細資料。 針對通訊協定特定資料，請使用 [AdditionalParameters ] 欄位中的 STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA 結構 。 針對溫度資料，請使用 [AdditionalParameters ] 欄位中的 STORAGE_TEMPERATURE_INFO 結構 。
• STORAGE_PROPERTY_ID ：此列舉包含新的值，可讓 IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY 擷取通訊協定特定和溫度資訊。
  • 儲存體AdapterProtocolSpecificProperty ：如果 ProtocolType = ProtocolTypeNvme 和 DataType = NVMeDataTypeLogPage，呼叫端應該要求 512 位元組的資料區塊。
  • 儲存體DeviceProtocolSpecificProperty

  使用下列其中一個通訊協定特定的屬性識別碼搭配 STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA，以擷取STORAGE_PROTOCOL_DATA_DESCRIPTOR 結構中的 通訊協定特定 資料。

  • 儲存體AdapterTemperatureProperty
  • 儲存體DeviceTemperatureProperty

  使用下列其中一個溫度屬性識別碼來擷取STORAGE_TEMPERATURE_DATA_DESCRIPTOR 結構中的 溫度資料。

• STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA：當這個結構用於 STORAGE_PROPERTY_QUERY 的 AdditionalParameters 欄位，並 指定STORAGE_PROTOCOL_NVME_DATA_TYPE 列舉值時，擷取 NVMe 特定資料。 在 STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA 結構的 DataType 欄位中 ，使用下列 其中一個STORAGE_PROTOCOL_NVME_DATA_TYPE 值 ：
  • 使用 NVMeDataTypeIdentify 取得識別控制器資料或識別命名空間資料。
  • 使用 NVMeDataTypeLogPage 來取得記錄頁面（包括 SMART/health 資料）。
  • 使用 NVMeDataTypeFeature 取得 NVMe 磁片磁碟機的功能。
• STORAGE_TEMPERATURE_INFO ：此結構用來保存特定的溫度資料。 它會用於 STORAGE_TEMERATURE_DATA_DESCRIPTOR ，以傳回溫度查詢的結果。
• IOCTL_STORAGE_SET_TEMPERATURE_THRESHOLD ：使用此 IOCTL 搭配 STORAGE_TEMPERATURE_THRESHOLD 結構來設定溫度閾值。 如需詳細資訊，請參閱 行為變更命令 。
• STORAGE_TEMPERATURE_THRESHOLD：此結構會作為輸入緩衝區來指定溫度閾值。 OverThreshold 欄位 （boolean） 會指定 Threshold 欄位是否 為超過臨界值（否則，其為臨界值下）。

在 NVMe 規格中未定義的命令，是主機 OS 處理的最困難–主機無法深入瞭解命令在目標裝置、公開的基礎結構（命名空間/區塊大小）及其行為上可能具有的效果。

為了更妥善地透過 Windows 儲存體堆疊傳遞這類裝置特定命令，新的傳遞機制可讓廠商特定的命令透過管道傳送。 此傳遞管道也有助於開發管理和測試控管。 不過，此傳遞機制需要使用命令效果記錄檔。 此外，StoreNVMe.sys 需要命令記錄檔中所述的所有命令，而不只是傳遞命令。

命令效果記錄檔（如命令支援和效果中所述，NVMe 規格 1.2 的 5.10.1.5 節中所述）允許廠商特定命令與規格定義的命令之效果的描述。 這有助於命令支援驗證和命令列為優化，因此應該針對裝置支援的整個命令集實作。 下列條件描述如何根據命令效果記錄專案傳送命令的結果。

針對命令效果記錄檔中所述的任何特定命令...

期間 ：

• 命令支援 （CSUPP） 設定為 '1'，表示控制器支援命令 （位 01）

如果已設定下列任一項：

• 控制器功能變更 （CCC） 設定為 '1'，表示命令可能會變更控制器功能 （位 04）
• 命名空間清查變更 （NIC） 設定為 '1'，表示命令可能會變更數位，或多個命名空間的功能 （位 03）
• 命名空間功能變更 （NCC） 設定為 '1'，表示命令可能會變更單一命名空間的功能 （Bit 02）
• 命令提交和執行 （CSE） 設定為 001b 或 010b，表示當相同或任何命名空間沒有其他未處理的命令時，命令可能會提交，而且在此命令完成之前，不應將另一個命令提交至相同或任何命名空間（位 18：16）

然後 ，命令將會以配接器唯一未處理的命令傳送。

否則為 ：

• 命令提交和執行 （CSE） 設定為 001b，表示當相同命名空間沒有其他未處理的命令時，可能會提交命令，而且在此命令完成之前，不應該將另一個命令提交至相同的命名空間（位 18：16）

然後 ，命令將會以唯一未完成的命令傳送給邏輯單元編號物件 （LUN）。

否則 ，命令會與其他未完成的命令一起傳送，而不會受到抑制。 例如，如果廠商特定的命令傳送至裝置以擷取未定義規格的統計資料，則應該不會有風險變更裝置的行為或執行 I/O 命令的功能。 這類要求可以與 I/O 平行處理，而且不需要暫停繼續。

您可以使用 Windows 10 中引進的 IOCTL_STORAGE_PROTOCOL_COMMAND 來執行 傳遞。 此 IOCTL 設計成具有與現有 SCSI 和 ATA 傳遞 IOCTL 類似的行為，以將內嵌命令傳送至目標裝置。 透過此 IOCTL，傳遞可以傳送至存放裝置，包括 NVMe 磁片磁碟機。

例如，在 NVMe 中，IOCTL 會允許傳送下列命令代碼。

• 廠商特定管理員命令 （C0h – FFh）
• 廠商特定的 NVMe 命令 （80h – FFh）

如同所有其他 IOCTL，請使用 DeviceIoControl 將傳遞 IOCTL 向下傳送。 IOCTL 會使用 ntddstor.h 中找到 的 STORAGE_PROTOCOL_COMMAND輸入緩衝區結構來填入。 使用廠商特定的命令填入 [命令 ] 欄位。

想要傳送的廠商特定命令應該填入上方醒目提示的欄位中。 再次請注意，必須針對傳遞命令實作命令效果記錄檔。 特別是，這些命令必須回報為命令效果記錄檔中支援的命令（如需詳細資訊，請參閱上一節）。 另請注意，PRP 欄位是驅動程式特定的欄位，因此傳送命令的應用程式可以將它們保留為 0。

最後，此傳遞 IOCTL 是用來傳送廠商特定命令。 若要傳送其他系統管理員或非廠商特定的 NVMe 命令，例如識別，則不應該使用此傳遞 IOCTL。 例如， IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY 應該用於識別或取得記錄頁。 如需詳細資訊，請參閱下一節 通訊協定特定的查詢。

韌體下載和啟用命令不應使用傳遞傳送。 IOCTL_STORAGE_PROTOCOL_COMMAND只應該用於廠商特定的命令。

請改用下列一般記憶體 IOCTL（在 Windows 10 中引進）以避免應用程式直接使用SCSI_miniport版本的韌體 IOCTL。 儲存體 驅動程式會將IOCTL轉譯為SCSI命令或IOCTL SCSI_miniport版本轉譯為迷你埠。

建議在 Windows 10 和 Windows Server 2016 中開發韌體升級工具：

• IOCTL_STORAGE_FIRMWARE_GET_INFO
• IOCTL_STORAGE_FIRMWARE_DOWNLOAD
• IOCTL_STORAGE_FIRMWARE_ACTIVATE

為了取得記憶體資訊和更新韌體，Windows 也支援 PowerShell Cmdlet 快速執行這項操作：

類似於 SCSI 和 ATA 傳遞 IOCTLs，當命令/要求傳送至迷你埠或裝置時，IOCTL 會在成功或未成功時傳回。 在 STORAGE_PROTOCOL_COMMAND 結構中，IOCTL 會透過 ReturnStatus 字段傳回狀態。

在此範例中，會透過傳遞至 NVMe 磁碟驅動器，將任意廠商特定命令 （0xFF） 傳送。 下列程式代碼會配置緩衝區、初始化查詢，然後透過DeviceIoControl將命令向下傳送至裝置。

在此範例中，我們預期 命令是否成功到裝置。

Windows 8.1 引進 IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY 來擷取數據。 在 Windows 10 中，IOCTL 已增強，以支援常用的 NVMe 功能，例如 取得記錄頁、 取得功能及 識別。 這可讓您擷取 NVMe 特定資訊以進行監視和清查。

此處會顯示 IOCTL 的輸入緩衝區， STORAGE_PROPERTY_QUERY （來自 Windows 10）。

使用IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY擷取STORAGE_PROTOCOL_DATA_DESCRIPTOR中的 NVMe 通訊協定特定資訊時，請設定STORAGE_PROPERTY_QUERY結構，如下所示：

• 配置可同時包含STORAGE_PROPERTY_QUERY和STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA 結構的緩衝區。
• 將 PropertyID 字段設定為 儲存體 AdapterProtocolSpecificProperty 或 儲存體 控制器或裝置/命名空間要求的 儲存體 DeviceProtocolSpecificProperty。
• 將 QueryType 字段設定為 PropertyStandardQuery。
• 以所需的值填入 STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA 結構。 STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA的開頭是 STORAGE_PROPERTY_QUERY 的 AdditionalParameters 字段。

此處會顯示STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA結構（來自 Windows 10）。

若要指定 NVMe 通訊協定特定資訊的類型，請設定 STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA 結構，如下所示：

• 將 ProtocolType 字段設定為 ProtocolTypeNVMe。
• 將 DataType 欄位設定為STORAGE_PROTOCOL_NVME_DATA_TYPE所定義的列舉值：
  • 使用 NVMeDataTypeIdentify 取得識別控制器數據或識別命名空間數據。
  • 使用 NVMeDataTypeLogPage 來取得記錄頁面（包括 SMART/health 數據）。
  • 使用 NVMeDataTypeFeature 取得 NVMe 磁碟驅動器的功能。

當 ProtocolTypeNVMe 做為 ProtocolType 時，可以與 NVMe 磁碟驅動器上的其他 I/O 平行擷取通訊協定特定資訊的查詢。

下列範例示範 NVMe 通訊協定特定的查詢。

在此範例中 ，識別 要求會傳送至 NVMe 磁碟驅動器。 下列程式代碼會初始化查詢數據結構，然後透過DeviceIoControl將命令向下傳送至裝置。

請注意，呼叫端必須配置包含STORAGE_PROPERTY_QUERY的單一緩衝區，以及STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA的大小。 在此範例中，它會針對屬性查詢的輸入和輸出使用相同的緩衝區。 這就是為什麼配置的緩衝區大小為 「FIELD_OFFSET（STORAGE_PROPERTY_QUERY， AdditionalParameters） + sizeof（STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA） + NVME_MAX_LOG_SIZE” 雖然可以針對輸入和輸出配置不同的緩衝區，但我們建議使用單一緩衝區來查詢 NVMe 相關信息。

identifyControllerData-NN> 是命名空間數目 （NN）。 Windows 會將命名空間偵測為實體磁碟驅動器。

在此範例中，根據上一個要求， 取得記錄頁 要求會傳送至 NVMe 磁碟驅動器。 下列程式代碼會準備查詢數據結構，然後透過DeviceIoControl將命令向下傳送至裝置。

呼叫端可以使用STORAGE_PROPERTY_ID 儲存體 AdapterProtocolSpecificProperty，且其STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA或STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA_EXT結構設定為要求 512 位元組的廠商特定數據區塊。

在此範例中，根據上一個要求， 取得功能 要求會傳送至 NVMe 磁碟驅動器。 下列程式代碼會準備查詢數據結構，然後透過DeviceIoControl將命令向下傳送至裝置。

從 Windows 10 19H1 開始，IOCTL_STORAGE_SET_PROPERTY已增強以支援 NVMe 設定功能。

IOCTL_STORAGE_SET_PROPERTY的輸入緩衝區如下所示：

使用IOCTL_STORAGE_SET_PROPERTY設定 NVMe 功能時，請設定STORAGE_PROPERTY_SET結構，如下所示：

• 配置可同時包含STORAGE_PROPERTY_SET和STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA_EXT結構的緩衝區;
• 將 PropertyID 字段分別設定為 儲存體 AdapterProtocolSpecificProperty 或 儲存體 DeviceProtocolSpecificProperty 控制器或裝置/命名空間要求。
• 以所需的值填入STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA_EXT結構。 STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA_EXT的開頭是 STORAGE_PROPERTY_SET 的 AdditionalParameters 字段。

此處會顯示STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA_EXT結構。

若要指定要設定的 NVMe 功能類型，請設定STORAGE_PROTOCOL_SPECIFIC_DATA_EXT結構，如下所示：

• 將 ProtocolType 字段設定為 ProtocolTypeNvme;
• 將 DataType 字段設定為STORAGE_PROTOCOL_NVME_DATA_TYPE所定義的列舉值 NVMeDataTypeFeature;

下列範例示範 NVMe 功能集。

在此範例中，「設定功能」要求會傳送至 NVMe 磁碟驅動器。 下列程式代碼會準備設定數據結構，然後透過DeviceIoControl將命令向下傳送至裝置。

在 Windows 10 中， IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY 也可以用來查詢 NVMe 裝置的溫度數據。

若要從STORAGE_TEMPERATURE_DATA_DESCRIPTOR中的 NVMe 磁碟驅動器擷取溫度資訊，請設定STORAGE_PROPERTY_QUERY結構，如下所示：

• 配置可包含 STORAGE_PROPERTY_QUERY 結構的緩衝區。
• 將 PropertyID 字段分別設定為控制器或裝置/命名空間要求的 儲存體 AdapterTemperatureProperty 或 儲存體 DeviceTemperatureProperty。
• 將 QueryType 字段設定為 PropertyStandardQuery。

此處 會顯示STORAGE_TEMPERATURE_INFO 結構（從 Windows 10）。

操作裝置屬性或可能影響裝置行為的命令，較難讓操作系統處理。 如果在處理 I/O 時，裝置屬性在運行時間變更，如果無法正確處理，可能會發生同步處理或數據完整性問題。

NVMe Set-Features 命令是變更命令行為的良好範例。 它允許變更仲裁機制和溫度閾值的設定。 為了確保當行為影響集命令關閉時，內部數據不會有風險，Windows 會將所有 I/O 暫停至 NVMe 裝置、清空佇列和排清緩衝區。 成功執行 set 命令之後，I/O 會繼續執行（可能的話）。 如果無法繼續 I/O，可能需要裝置重設。

Windows 10 引進 IOCTL_STORAGE_SET_TEMPERATURE_THRESHOLD，這是用於取得和設定溫度閾值的 IOCTL。 您也可以使用它來取得裝置的目前溫度。 這個 IOCTL 的輸入/輸出緩衝區是上一 個程式代碼區段中的STORAGE_TEMPERATURE_INFO 結構。

在此範例中，會設定NVMe磁碟驅動器的超臨界值溫度。 下列程式代碼會準備命令，然後透過 DeviceIoControl 將其向下傳送至裝置。

如果沒有命令效果記錄檔，驅動程式就不知道命令的影響。 這就是需要命令效果記錄檔的原因。 它可協助操作系統判斷命令是否具有很高的影響，以及是否可以與其他命令平行傳送至磁碟驅動器。

命令效果記錄還不夠細微，無法包含廠商特定的 Set-Features 命令。 基於這個理由，尚無法傳送廠商特定的 Set-Features 命令。 不過，您可以使用先前討論的傳遞機制來傳送廠商特定的命令。 如需詳細資訊，請參閱 傳遞機制。

下列檔案與 NVMe 開發相關。 這些檔案隨附於 Microsoft Windows 軟體開發工具包 （SDK） 中。

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