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文章目录

1. LSA 概念
2. LSA 构成
- 2.1 Label Index Block
- - 2.1.1 Block 有效性
  - 2.1.2 Block 更新
- 2.2 Label Slot
- - 2.2.1 Region (Interleave Set) Labels
  - 2.2.2 Namespace Labels
  - 2.2.3 Vendor-specific Labels
  - 2.2.4 Label Slot 更新
3. LSA 访问
4. 参考

1. LSA 概念

Label Storage Area (LSA)是 CXL 内存设备中的一块标签存储区域，用以存放内存交织集（Interleave Set）、命名空间（Namespace）相关标签信息或其他供应商指定（Vendor-Specific）的信息，以防系统重启后数据丢失或软件出错。

对于一些内存设备，其 Interleave 和 Namespace 配置信息是跟设备绑定在一起的，即便设备被挪用，其配置也应保持不变。LSA 的用法似于 RAID（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列，简称磁盘阵列）的写配置信息，通过把配置信息写入磁盘阵列中每块磁盘的 Reserved 区域，确保配置变动的时候相关配置信息仍保持不变。

CXL Memory 支持 DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器）等易失性存储设备，也支持 PMem（Persistent Memory）持久内存。

对于 DRAM 易失性存储设备，由于内存设备的增删，每次系统重启（Re-Boot）后的 CXL 内存交织策略都有可能不同。考虑到易失性存储设备在掉电后不保留原数据，Re-Boot 后的内存交织方案变动并不会影响主机软件。
对于 PMem 非易失性存储设备，掉电后相关数据继续保留在原位置，若 Re-Boot 后内存交织方案改变，原数据地址发生变化，主机软件就无法正确找到原数据，从而导致主机软件运行出错或访问到了错误的数据。

因此，在 CXL 存储设备中，DRAM 等易失性存储可以实现也可以不实现 LSA，PMem 持久内存必须实现 LSA。

2. LSA 构成

LSA 结构布局如下图所示，其中包含两个 N*256B 的 Label Index Block 及若干个 256B 的 Label Slot。

在这里插入图片描述

CXL 允许的 LSA 最低配置为：

2 个 256B 的 Label Index Block ，其一当前在用，其一用于更新；
2 个 Label Slot ，Region Label 及 Namespace Label 各一；
1 个 Free Slot ，用于更新 Label Slot。要更新某个 Slot 的时候不是直接更新相关 Slot，而是更新到 Free Slot 中，这样在更新生效前不影响原来 Slot 数据的使用。

这样一来，最低配置时候的 LSA Size 为 2*256B+2*256B+1*256B=1280B。CXL 协议建议每个设备通过实现足够大的 LSA 以提供更多的配置灵活性。足够大是指：

每个 Device 分配两个 Region Label；
对于可用的持久内存容量，每 8GB 空间分配一个 Namespace Label。

2.1 Label Index Block

Label Index Block 是 LSA 的 Header，用以指示以下信息：

Sig，Label Index Block 的签名，内容为"NAMESPACE_INDEX\0"
Flags，尚未定义，为 0
LabelSize，用以指示单个 Label 的大小，1->256B，2->512B，当前仅支持 256B
Seq，序列号，仅低 2b 有效，01->10->11 三个值依次循环使用
MyOff，当前 Index Block 在 LSA 内的偏移
MySize，当前 Index Block 的大小，单位为 256B
OtherOff，另一 Index Block 在 LSA 内的偏移
LabelOff，当前 LSA 内第一个 Label 的偏移
NSlot，当前 LSA 内的 Label Slot 总数
Major/Minor，当前布局的主/副版本号
CheckSum，Label Index Block 内所有字段的 Fletcher64 校验和
Free，每一 bit 对应一个 Label Slot，指示相关 Label Slot 为空闲还是在使用中

2.1.1 Block 有效性

对于一个 Label Index Block，只有其 Sig、MyOff、OtherOff 及 CheckSum 均正确时当前 Label Index Block 才有效。

Label Index Block 的 Seq 只能为 01/10/11 之一且两个 Label Index Block 的 Seq 不能相同。若 Seq=0，软件应忽略当前 Label Index Block。

在这里插入图片描述

若同时存在多个 Block 有效，则采用 Seq 较新（01->10->11 循环中相邻两者靠右的一个）的 Block。比如 01/10 中选择 10，10/11 中选择 11，11/01 中选择 01，另一个较旧的 Block 弃而不用。若不存在有效 Block，则当前 LSA 还未初始化。

2.1.2 Block 更新

CXL 采用原子更新的方法来更新 LSA 中的 Block。若需更新 Label Index Block 的内容，并非直接写到当前在用的 Block，而是更新另一个闲置状态的 Block 中，并把其 Seq 更新为下一个更新的 Seq 号。在 CheckSum 校验通过之后，更新之后的 Block 正式生效。

2.2 Label Slot

CXL LSA 的 Label Slot 支持三种标签：Region Label、Namespace Label 及 Vendor-specific Label，其中 Region Label 及 Namespace 通过 UUID（Universally Unique Identifier，通用唯一标识）进行识别（遵循 IETF RFC 4122 规范）。

每一个 Slot 在 Label Index Block 中都有 1b 来指示其闲忙状态。对于 256B Label Index，最多支持 1472 个（1472=(ffh-48h+1h)*8）Label Slot；对越 2*256B Label Index，最多支持 3520 个（1472+256*8）Label Slot。

2.2.1 Region (Interleave Set) Labels

Region Label 用以描述 PMem 的 Interleave Set，又称 Interleave Set Label。该 Label 内含有以下信息：

Type，用以指示当前的 Label 类型，目前采用 UUID= 529d7c61-da07-47c4-a93f-ecdf2c06f444 来指示
UUID，当前 Region 的 UUID，不同设备上的同一 Region 采用同一 UUID
Flags，目前 0x00000008 指示 UPDATING，用以多设备 Slot 之间的协同更新
NLabel，基于当前 Interleave Set 的 Device 数目，等同于 Interleave Way
Position，当前 Device 在 Interleave Set 中的位置，从 0 开始累加
DPA，该 Region 在当前 Device 中的设备物理地址（Device Physical Address）
RawSize，Interleave Set 的 Size
HPA，Interleave Set 对于的主机物理地址（Host Physical Address）
Slot，当前 Slot 在 LSA 中的 Index 索引号
IG，Interleave Granularity，交织粒度
Alignment，期望的对齐边界，支持 256MB 和 512MB，也支持非对齐
Checksum，校验和

2.2.2 Namespace Labels

类似于 Interleave 配置，持久内存也可以分为多个 Namespace，每个 Namespace 定义了持久内存的 Volume 卷。

CXL LSA 中的 Namespace Label 用以描述持久分区，以内存卷的形式展示给软件，类似于 NVMe 的 Namespace 或 SCSI 的 LUN（Logic Unit Number）。该 Label 含有以下信息：

Type，用以指示当前的 Label 类型，目前采用 UUID= 68bb2c0a-5a77-4937-9f85-3caf41a0f93c 来指示
UUID，同一 Namespace 的不同 Label 应采用同一 UUID
Name，Namespace 的名称
Flags，目前 0x00000008 指示 UPDATING，用以多设备 Slot 之间的协同更新
NRange，若 Device 提供的存储容量在地址上不连续，该字段用以指示不连续地址范围的数量，每一段联系的地址采用一个 Label 进行描述
Position，当前 Range 在所有 Range 内的位置，从 0 开始累加
DPA，该 Region 在当前 Device 中的设备物理地址（Device Physical Address）
RawSize，当前 Range 的 Size
Slot，当前 Slot 在 LSA 中的 Index 索引号
Alignment，期望的对齐边界，支持 256MB 和 512MB，也支持非对齐
RegionUUID，包含当前 Namespace 的 Region 的 UUID
AddressAbstractionUUID，地址抽象 UUID，由软件指示该 UUID 的用法
LBASize，当前 Namespace 逻辑块（Logic Block）的 Size
Checksum，校验和

2.2.3 Vendor-specific Labels

Vendor 自定义的标签。

2.2.4 Label Slot 更新

跟 Label Index Block 更新策略相同，Label Slot 更新时并非直接更新到对应 Slot，而是将新的配置先行写到 Free Slot 中，更新完毕择机启用。Label Index Block 中的 Free 字段指示当前 Label Slot 的忙闲状态，任意时刻下至少应保证 1 个 Label Slot 处于 Free 空闲状态。

某些情况下，需要对多个 CXL Device 内的相关 Slot 进行同步更新。例如，当新定义 Region 或 Namespace Label 时，需要对所有 CXL Device 内的相关 Label 进行更新。为了应对该情况，每一类 Label 中均定义有 UPDATING 字段，用以指示多个 Device 正在更新，当前 Label 内信息暂不可用。软件遵循以下多设备之间的 UPDATING Flow：