20151226 に開催された Sapporo.cpp / 札幌C++勉強会 #10 http://sapporocpp.connpass.com/event/22616/ にて、NVMe の魅力について熱く紹介させていただきました。

1. [1]
hiyohiyo
Twitter: @openlibsys
http://crystalmark.info/
Sapporo.cpp / 札幌C++勉強会 #10
＠クリプトン・フューチャー・メディア

2. [2]
発表内容
自己紹介
NVMe とは？
ベンチマーク
NVMe の秘密
まとめ

3. [3]
自己紹介

4. [4]
自己紹介
名前：hiyohiyo/ひよひよ
年齢：37歳
家族：妻, 愛娘, 愛息子
趣味：ソフトウェア開発 (約17年)
住所：北海道札幌市
代表作: CrystalDiskInfo, CrystalDiskMark 他（通称 Crystal シリーズ）
パソコンがもっと好きになるソフトウェアを一貫して開発しています
Microsoft MVP
・Visual C++ (Jan. 2014 – Sep. 2015)
・Visual Studio and Development Technologies (Oct. 2015 -)

5. [5]
CrystalMark 2004
ランキング対応ベンチマーク

6. [6]
CrystalCPUID
CPU情報ツール

7. [7]
CrystalDiskMark 5 Shizuku Edition
新世代ディスクベンチマーク
ベンチマーク結果なんておまけですwww
通常版

8. [8]
CrystalDiskInfo 6 Shizuku Edition
HDDやSSDの健康状態を音声で教えてくれる!!
新世代ディスク情報ツール
通常版

9. [9]

10. [10]
【宣伝】第二世代萌え駆動開発
http://www.slideshare.net/hiyohiyo/mddwin32
ソフトウェア開発で一番大切
なことを紹介しています!!

11. [11]
NVMe とは？

12. [12]
NVMe とは
NVM Express (NVMe) はホストソフトウェアと不揮発性
メモリ(Non-volatile memory)のインターフェースです。
NVMe は PCI Express で接続されるエンタープライズ向け
SSD およびクライアント向け SSD に最適化されています。
SSD 向け次世代インターフェース

13. [13]0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
NVMe @PCIe 3.0x4
SATA/600
SATA/300
SATA/150
UDMA/100
UDMA/66
UDMA/33
転送レート (MB/s)

14. [14]
AHCI vs NVMe
ベンチマーカー視点での最重要ポイント
AHCI NVMe
Queue 1 65536
Commands/Queue 32 65536
1x1 32x1 32x8
SAMSUNG SSD 950 PRO 512GB の
ランダムリードベンチマーク結果 (MB/s)

15. [15]
Intel SSD 750 1.2TB

16. [16]
SAMSUNG SSD 950 PRO 512GB
NVMe 調査のためだけに購入

17. [17]
SAMSUNG SSD 950 PRO vs Intel SSD 750
SAMSUNG SSD
950 PRO
Intel SSD
750
※Microsoft 標準ドライバ

18. [18]
Intel SSD 750 ドライバ比較
Intel NVMe
Driver
Microsoft
標準ドライバ

19. [19]
NVMe の秘密 1

20. [20]
突然ですがクイズです！
？？？
NVMe SSD はストレージであると
同時に○○○ デバイスです。

21. [21]
ヒント 1
Intel 製品の Vendor ID は
8086h

22. [22]
ヒント 2
○○○
Express

23. [23]
実は・・・
PCI Express デバイスでもあるのです!!

24. [24]
と、なると・・・
PCI コンフィギュレーション空間
には何か有用な情報があるはず!!

25. [25]
PCI Express デバイスとしてチェック
出典: http://www.nvmexpress.org/wp-content/uploads/NVM-Express-1_2a.pdf
Intel
※リトルエンディアン
拡張機能へのポインタ

26. [26]
PCI Express デバイスとしてチェック
出典: http://www.nvmexpress.org/wp-content/uploads/NVM-Express-1_2a.pdf
Address Capability ID Next Address
40h 01h 50h
50h 11h 60h
60h 10h ----
CLS Link Speed
1h 250MB/s, 2.5GT/s (8B10)
2h 500MB/s, 5.0GT/s (8B10)
3h 1000MB/s, 8.0GT/s (128B130B)
NLW Link Width
1h x1
2h x2
4h x4

27. [27]
素朴な疑問
PCI にどうすれば
アクセス出来るの？

28. [28]
WinRing0 (終了プロジェクト) の紹介
諸事情により公開終了しています。
マニュアル完備

29. [29]
ユーザーモード
Ring3
カーネルモード
Ring0
WinRing0 の構成

30. [30]
1. OpenLibSys.cs をプロジェクトに加えます。
2. using OpenLibSys; 文をソースコードに加えます。
3. Ols ols = new Ols(); などで Ols クラスのオブジェクトを生成します。
4. オブジェクトを介してライブラリの機能を呼び出します。
使用方法
using OpenLibSys;
public partial class WinRing0Sample : Form
{
private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
{
uint freq = 1193180000 / 440000; // 440Hz
Ols ols = new Ols();
// Beep 音を鳴らします。
ols.WriteIoPortByte(0x43, 0xB6);
ols.WriteIoPortByte(0x42, (byte)(freq & 0xFF));
ols.WriteIoPortByte(0x42, (byte)(freq >> 9));
// 以下省略
}
}
hogehoge.cs
WinRing0 の使用方法

31. [31]
// Host Bridge
address = ols.FindPciDeviceByClass(0x06, 0x00, 0x00, 0);
if (address != 0xFFFFFFFF)
{
str += "[PCI Confguration Space Dump] HostBridgern";
str += " 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0Frn";
str += "---------------------------------------------------rn";
for (int i = 0; i < 256; i+= 16)
{
str += i.ToString("X2") + "|";
for (int j = 0; j < 16; j++)
{
str += “ ” + (ols.ReadPciConfigByte(address,
(byte)(i + j))).ToString("X2");
}
str += "rn";
}
}
PCI コンフィギュレーション空間のダンプ

32. [32]
NVMe の秘密 2

33. [33]
NVMe のコマンド体系
標準コマンド
必須3種類
Admin コマンド
必須10種類

34. [34]
S.M.A.R.T. 情報の取得 (NVMe の場合)
Microsoft 製 NVMe Driver
NVMe SSDs
Get Log Page
Admin コマンドが通らない!!
S.M.A.R.T. にアクセス
するためのコマンド
標準コマンド Admin コマンド
ReadFile()
※Win32API
Read ※NVMe 標準コマンド

35. [35]
S.M.A.R.T. 情報の取得 (ATAの場合)
Microsoft 製 ATA Driver
ATA HDD/SSD
S.M.A.R.T. にアクセス
するためのコマンドReadFile()
※Win32API
READ **** ※ATA コマンド
SMART READ DATA
ATA PASS THROUGH という仕組み
を使って直接 ATA コマンドを送る

36. [36]
S.M.A.R.T. 情報の取得 (USBの場合)

37. [37]
どうしたら・・・
NVMe SSD の S.M.A.R.T. 情報が
Windows 上から読めない!!!!!!!!!!
NVMe ＼(^o^)／ｵﾜﾀ

38. [38]
神降臨
日本語の (*´Д`)ﾊｧﾊｧ ツイートに
韓国の神から反応が!!
グローバルな活動が呼んだ奇跡か!?

39. [39]
神降臨
http://naraeon.net/
https://github.com/ebangin127/nvmetools

40. [40]
S.M.A.R.T. 情報の取得 (SAMSUNG)
Microsoft 製 NVMe Driver
SAMSUNG SSD 950 PRO (限定)
Security Command (SCSI)
Get Log Page
ReadFile()
※Win32API
READ ※NVMe コマンド
秘密の裏口
からアクセス

41. [41]
::ZeroMemory(&sptwb, sizeof(SCSI_PASS_THROUGH_WITH_BUFFERS24));
sptwb.Spt.Length = sizeof(SCSI_PASS_THROUGH);
sptwb.Spt.PathId = 0;
sptwb.Spt.TargetId = 0;
sptwb.Spt.Lun = 0;
sptwb.Spt.SenseInfoLength = 24;
sptwb.Spt.DataTransferLength = IDENTIFY_BUFFER_SIZE;
sptwb.Spt.TimeOutValue = 2;
sptwb.Spt.DataBufferOffset = offsetof(SCSI_PASS_THROUGH_WITH_BUFFERS24, DataBuf);
sptwb.Spt.SenseInfoOffset = offsetof(SCSI_PASS_THROUGH_WITH_BUFFERS24, SenseBuf);
sptwb.Spt.CdbLength = 16;
sptwb.Spt.Cdb[0] = 0xB5; // SECURITY PROTOCOL IN
sptwb.Spt.Cdb[1] = 0xFE; // SAMSUNG PROTOCOL
sptwb.Spt.Cdb[3] = 6; // Get Log Page
sptwb.Spt.Cdb[9] = 0x40; // Transfer Length
sptwb.Spt.DataIn = SCSI_IOCTL_DATA_OUT;
sptwb.DataBuf[0] = 2;
sptwb.DataBuf[4] = 0xFF;
sptwb.DataBuf[5] = 0xFF;
sptwb.DataBuf[6] = 0xFF;
sptwb.DataBuf[7] = 0xFF;
length = offsetof(SCSI_PASS_THROUGH_WITH_BUFFERS24, DataBuf)
+ sptwb.Spt.DataTransferLength;
bRet = ::DeviceIoControl(hIoCtrl, IOCTL_SCSI_PASS_THROUGH,
&sptwb, length, &sptwb, length, &dwReturned, NULL);
SAMSUNG SSD 950 PRO へアクセス
一部抜粋
Magic Number: これ以外の値だと動かない

42. [42]
暫定版公開中!!

43. [43]
S.M.A.R.T. 情報の取得 (Intel)
Intel 製 NVMe Driver
Intel SSD 750(限定)
ReadFile()
※Win32API
READ ※NVMe コマンド
Get Log Page
S.M.A.R.T. にアクセス
するためのコマンド
Admin コマンド
NVMe PASS THROUGH (Intel 専用)
を使って直接 NVMe コマンドを送る

44. [44]
NVMe SSDも
見えるように
なりました!!
地獄の個別対応が……

45. [45]
S.M.A.R.T. の形式が全然違う!!
SAMSUNG SSD 830 512GB (SATA) SAMSUNG SSD 950 PRO 512GB (NVMe)
S.M.A.R.T. 形式の比較

46. [46]
S.M.A.R.T. の形式が全然違う!!
SAMSUNG SSD 830 512GB (SATA) SAMSUNG SSD 950 PRO 512GB (NVMe)
S.M.A.R.T. 形式の比較

47. [47]
神プロジェクトは Delphi 製だった……
ステップ実行のため体験版ゲット!!
余談

48. [48]
まとめ

49. [49]
まとめ
NVMe SSD
今すぐ買いに走りましょう!!

50. [50]
まとめ
• オープンソースで公開するととても良いことが
起きることもある。
• テスト用機材は多少高くても買う。
⇒ 実機なしの開発は地獄。
• 今回の発表がきっかけでNVMe対応出来ました。
⇒ この機会がなければかなり先になっていた!?
• ハードウェア関連ソフトの開発は楽しいです。
⇒ (*´Д`)ﾊｧﾊｧ

51. [51]
参考文献

52. [52]
• nvmexpress.org
http://www.nvmexpress.org/
• NVM Express 1.2a Specification
http://www.nvmexpress.org/wp-content/uploads/NVM-Express-1_2a.pdf
• Naraeon NVMe Tools
https://github.com/ebangin127/nvmetools
参考文献

53. [53]
ご清聴ありがとうございました