編者按：數字經濟時代，隨著數據中心規模的不斷擴大和數據量的爆發式增長，存儲技術的重要性日益顯著，?直接關系到數據中心的運行性能、效率和安全可靠。?基于平頭哥在存儲主控芯片領域的創新實踐，策劃推出存儲技術專欄系列——【存儲技談】，共同探討存儲發展趨勢。

在上一篇存儲技談中，我們重點闡述了平頭哥技術團隊通過軟硬件的合理分工和流程優化等創新，在鎮岳510存儲主控芯片上實現了4μs的超低4K IO Write Latency，而在SSD（固態硬盤）主控芯片中，還有一個關于時延的重要性能指標是E2E（End-to-End，端到端）時延，也能直接影響到SSD的響應速度。

E2E時延統計一般用于測量數據從應用程序發送請求，經過SSD的處理，直到數據最終返回給應用程序所需的時間。這一過程涉及多個階段，包括命令的接收、數據的讀取/寫入、以及結果的返回等，直接反映了用戶應用在與存儲設備交互時所經歷的實際延遲，幫助開發者和用戶直觀了解SSD在實際應用中的表現。

不同階段的時延統計，能很好的幫助定位系統QoS時延問題，從而進行針對性優化提升。從主機Host抓取E2E時延，可以界定主機側發現的長尾時延是否在盤內產生。從SSD盤內抓取E2E在IO處理路徑不同階段的分解時延，可以輔助性能調優進行問題定位。E2E時延統計是SSD開發必不可少的一項功能。

01傳統E2E時延統計造成額外開銷和測量誤差

傳統方案中，E2E時延統計往往依賴于固件中的軟件實現。

當一個I/O命令被提交給SSD時，控制器會記錄一個時間戳；隨后，在各個處理階段，如命令解析、地址映射、實際讀寫操作等，可能會再次記錄時間戳以跟蹤進度，以計算各個分段時延；最后，當命令完成并發送CQE（Completion Queue Entry）回主機時，再進行總時延的計算。

這種統計方法不僅增加了額外的軟件開銷，并可能導致一定的測量誤差。軟件進行時間戳抓取與硬件數據處理并不同步，如果硬件的數據處理和控制信息狀態更新異步，軟件統計的I/O命令完成時間就會存在較大誤差。

02基于硬件輔助的E2E時延統計更精準高效

為了更精確且高效地進行E2E時延統計，平頭哥技術團隊在鎮岳510主控芯片的設計中，引入了硬件級別支持來提升效能，也即利用專用硬件模塊來自動捕獲和管理時間戳，從而避免了軟件干預帶來的額外延遲和資源消耗。

具體的系統方案包括以下四個步驟：

時間戳捕捉：

硬件可以在接收到來自主機的SQE（Submission Queue Entry）時立即記錄時間戳，并在最終將CQE送回主機之前再次記錄時間戳。

全局時間同步：

確保所有內部處理單元使用同一基準時間源，以便能夠準確地比較不同階段的時間差。

分段時延測量：

除了整體E2E時延外，還可以針對SSD內部的不同處理步驟（例如前端命令解析、FTL映射查詢、BE后端命令執行等）硬件支持單獨進行時延統計，幫助識別性能瓶頸。

異常檢測與報告：

如果某個I/O命令的處理超過了預設的時延閾值，硬件可以觸發報警機制，將相關信息傳遞給固件進行進一步分析。

平頭哥鎮岳510時延統計方案示意圖

通過如上的硬件輔助方法，不僅可以獲得更加精確的E2E時延統計數據，還能有效減少因頻繁時間戳記錄而造成的系統負擔，同時提供足夠的靈活性用于后續的數據分析和性能調優，在精確性和時效性上實現了雙重提升。

03精準的E2E時延統計可發揮重要價值

E2E時延統計的精確性和時效性，不僅影響著應用程序的響應速度，還可能對整體系統吞吐量產生重大影響。

在云計算環境中，大量用戶同時訪問存儲資源，E2E時延統計可以幫助監測數據傳輸的效率，對于平衡負載和保證響應時間至關重要；在科學計算或模擬等高性能計算應用中，E2E時延統計能夠確保數據交換的高效性，減少計算等待時間，從而加速整體計算效率；而在金融交易、視頻流處理和在線游戲等實時數據分析和處理的場景中，實時監測E2E時延有助于確保系統的高可用性和快速響應。

隨著應用場景的不斷擴展，通過優化SSD主控產品中的E2E時延統計，能夠顯著提升性能，同時，基于這些數據的深入分析與應用也可以為終端用戶帶來更優質的體驗。因此，關注和優化E2E時延統計不僅是提升系統性能的必要舉措，也是增強用戶體驗的重要手段。

平頭哥鎮岳510通過創新的E2E時延統計方案，有效地提升了SSD在實際應用中的響應速度和性能表現，從而為云計算、數據庫、人工智能等場景提供領先的存儲服務支持。

更多技術亮點和創新方案，后續我們將持續展開闡釋，敬請關注。