俗话说，龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞，但我没想到这句话也有能套用在NVMe协议上的一天。不知道大家在了解NVMe 协议的时候，有没有注意过以下几个概念：Write Zeroes，Write Uncorrectable，Dataset Management，TRIM，Sanitize，Deallocate？它们都能够让一定范围的LBA在读取时返回全0结果或不可读，但你知道它们都有哪些差异，又有哪些共性？别着急，今天我们先来详细介绍一下Write Zeroes Command，然后再一起盘一下它的几个“远亲近邻”们。
Write Zeroes，顾名思义，是用来对一段连续的LBA写0h数据的一个命令，通过将这些LBA释放出来，供上层应用使用。它可以通过具体的参数配置，来决定是否要真的往物理地址写0h数据，还是仅仅在被读取时返回数据全0h的内容。虽然在Host端读取时看到的表现是一样的，但实际的处理方式不尽相同。
首先，使用这个命令有几个需要重点关注的点：
1. Identify中的相关字段表明是否可以支持Write Zeroes Command
a) ONCS（Optional NVM Command Support）的Bit3为1b，此时WZSL（Write Zeroes Size Limit）为建议值，超过WZSL大小的Write Zeroes Command会造成一些延迟；
b) ONCS的Bit3为0b，WZSL为0，说明控制器不支持Write Zeroes命令；
c) ONCS的Bit3为0b，WZSL为非零值，此时WZSL为限制值，超过WZSL大小的Write Zero Command会被终止。
2. Identify中的相关字段可以支持Deallocate后清零的相关设置
Host在读取一个成功做完Write Zeroes命令的LBA时，除了PI（Protect Information）内容外，其余无论是User Data还是Meta Data一定要确保读到的值是0h，这是此命令最主要的意义所在。因此，Identify Namespace中的DLFEAT（Deallocate Logical Block Features）需要被注意：
a) 只有DLFEAT的Bit3为1，Host才能主动要求Write Zeroes使用Deallocate实现 (CDW12.DEAC)，不然只能遵从控制器自己的处理方式。
b) 只有DLFEAT的Bit2:0为001b时，才可以确保Deallocate以后的LBA读到的值一定为0 h（PI除外），否则这个命令不会允许使用Deallocate实现，所有被作用的LBA都会实际写0h数据来处理。
虽然无论哪种实现方式都能达到Write Zeroes的目的，但显然Deallocate的方式会更节省时间。
3. Identify中关于Deallocated LBA错误处理的设置
当NSFEAT（Namespace Features）中的Bit2（DEA）被置1时，表示支持Deallocated LBA错误处理的功能。此时相应Feature设置若要求使能错误处理，控制器会终止一切试图读取此LBA的命令；反之若不要求错误处理，或者DEA为0，则按照前述的设定返回全0h/全FFh数据。
对Write Zeroes命令来说，Host决定其行为方式的关键参数，在于CDW12.DEAC。我们假设上述的Identify设置都支持Write Zeroes Command，以及读访问Deallocated LBA不会报错，并支持返回全0h值：
1. 如果设置CDW12.DEAC为1，则控制器的行为是：
a) 应当Deallocate此LBA；
b) 应当在这个LBA被读取时，除了PI外，所有数据都返回为0h；
c) PI（若有）的处理方式应该遵循协议中Deallocated LBA的PI规则：
i. Guard字段为全FFh值，或者是根据此LBA的非PI字段数据算出的CRC值。
ii. Application Tag字段和Storage Tag字段（若有），以及Logical Block Reference Tag都应当为全FFh值（表示PI不需要被验证）。
2. 如果设置CDW12.DEAC为0，则控制器的行为是：
a) 可能会Deallocated此LBA（取决于FW行为和Identify设定）；
b) 应当在这个LBA被读取时，除了PI外，所有数据都返回为0h；
c) 应当基于Command中的CDW12.PRINFO设定来返回该LBA的PI值：
i. PRACT=0时，没有PI，所有数据全返回0h。
ii. PRACT=1时，除PI外所有数据全返回0h，PI则由Host自己指定。
iii. PRCHK应始终为000b。
接下来，我们来看看命令的主要字段设定：
我们选择其中比较重要的几个来介绍下：
1. SLBA（Starting LBA）：CDW[11:10]，Write Zeroes命令需要写0h的起始LBA地址， CDW10涵盖地址Bit[31:00]，CDW11涵盖地址Bit[63:32]。
2. NLB（Number of Logical Blocks）：从SLBA起，Write Zeroes命令需要在多少个连续的LBA上生效。这是个0 Base的值（即0值为起始，代表数量1）。
3. PRINFO（Protection Information Field）：作用如前述，用来指定PI的行为以及检查字段。在此命令中，作为检查字段的PRCHK（Protection Information Check）应当为000b。
4. DEAC（Deallocate）：作用如前述，决定命令Deallocate行为的重要参数。
命令完成时的返回值字段：
1. Namespace is Write Protected：该命名空间处于写保护状态，命令禁止使用；
2. Invalid Protection Information：命令中指定的PI设定和所涉及的命名空间PI规则不符，或者ILBRT字段不合法；
3. Attempted Write to Read Only Range：指定的LBA范围内包含了只读块区域，如果该只读块由所处命名空间写保护导致，则应返回Namespace is Write Protected结果。
至此，关于Write Zeroes的相关知识基本介绍完毕了，不过这篇文章的内容还没有结束。现在，我们回到文章开头时提到的，那些“远亲近邻”们的故事吧。
首先我们来说说TRIM，这个术语对于熟悉SSD的读者们肯定不陌生。然而，在NVMe协议中，我们并不能找到TRIM的相关定义，NVMe的TRIM，哪去了？
TRIM源自SATA SSD使用的ATA 指令集，在ATA8-ACS2中首次定义了TRIM的概念，它是当时Dataset Management命令中唯一的功能。与之相对应的还有SAS SSD使用的SCSI指令集，在SBC-3中定义了UNMAP命令。同样/类似的功能在不同的协议中有不同的名字，而SATA的TRIM最先出现也最被大家所熟知，并一直沿用至今。某种意义上可以说，TRIM是我们今天讨论的这些命令的“祖宗“。
而NVMe自己的TRIM，对应的是Deallocate这个概念。不过NVMe似乎更倾向定义它为一种状态，而不是某个功能或命令，它代表着一个LBA被要求与PBA解除关系。对于Deallocated LBA的读访问效果在我们今天的文章内已经做了较多介绍了，可以说，Deallocate就像TRIM在NVMe指令集中的“孪生兄弟”。
那在NVMe SSD中要想对某个LBA做Deallocate操作，该如何进行呢？这个答案，细心的读者可能已经知道了。作为多个NVMe命令的可选效果之一，Deallocate分别被嵌入在Dataset Management，Sanitize，以及Write Zeroes之中。它们就像Deallocate的三个孩子，各自都有着TRIM/Deallocate的基因，但也添加了一些属于自己的特点。
从概念上说，Dataset Management是最正统的TRIM/Deallocate“继承人”，因为如前所述，它最早出现于ATA8-ACS2指令集，并携带唯一的TRIM功能。等到了NVMe时代，除了可以选择对LBA范围进行Deallocate操作以外，还可以描述LBA的读/写特性（延迟，频率，单次操作数据量大小，优化类型等等）。它可以在一个命令中指定多个操作实例，每个实例可以对一定范围的LBA进行不同的操作。因此，我们可以称这个命令为Deallocate的“长子”。
Sanitize同样是一个功能强大的命令，它的主要目的是用来对全盘进行数据擦除，而Deallocate只是作为数据擦除后LBA的一种可选状态，通过具体的参数配置是否使用。Sanitize支持普通擦除，覆盖写擦除，以及安全擦除三种执行方式，在执行过程中以及执行失败的状态下，NVMe SSD都会自动中断一些不被允许执行的命令，如所有的I/O请求，即使Sanitize期间遇到异常掉电，NVMe在上电后也会自动恢复Sanitize操作，你甚至还能通过它的特殊设定来退出某些异常的错误模式。Sanitize就像是一个优秀的“次子”，更多相关介绍，可参考《增强数据安全擦除 Sanitize》一文。
作为“末子”——本文重点论述的Write Zeroes，其实它的定义在ATA8-ACS2中也有迹可循。在ATA8-ACS2的TRIM功能中，其实就已经定义了其中一种TRIM后的效果为“deterministic read after trim behavior with data cleared to zero”，即TRIM后读取的Data数据要保证为0h。而在NVMe指令集中，直接把这个效果单独分拆出来并稍微做了些拓展，便有了Write Zeroes命令。在实际的Host应用中，Write Zeroes会用作新开辟整块的全0h区域，或者删除指定区域的数据使其保证为0h值。
至于Write Uncorrectable，它只是Write Zeroes的“好邻居”，名字虽然相近，但做的事情却完全不同。Write Uncorrectable的作用就是直接定义一段LBA数据为失效数据，既不Deallocate，也不覆盖或擦除，甚至有点“摆烂”。对该区域的所有读访问操作都会被拒绝，直到新的数据被写到这块LBA区域，这个命令带来的失效状态才会解除。
至此，我们介绍完了NVMe协议中，Write Zeroes的各种“远亲近邻”们，希望对于大家理解这些概念能有所帮助。在PBlaze7 7940系列企业级SSD中，我们在提供TRIM、Sanitize等重要功能的基础上，增加了Write Zeroes Command、Write Uncorrectable等命令的支持，进一步降低用户数据泄露的风险，也让产品的部署使用更加灵活。而作为一家企业级SSD产品和解决方案供应商，忆恒创源也将和广大生态伙伴一同，不断完善这些新技术的使用体验，持续为客户打造更高价值努力前行。
