本页使用了标题或全文手工转换

Trim命令

维基百科,自由的百科全书
跳到导航 跳到搜索

trim命令ATA命令集中称为TRIMSCSI命令集英语SCSI command中称为UNMAP),它使操作系统能通知固态硬盘(SSD)哪些数据块已不再考虑使用,可以被内部擦除。[1]

Trim在SSD被推出后很快被跟着推出。因为SSD的底层操作与硬盘驱动器显著不同,操作系统处理诸如删除和格式化等操作的典型方式将导致SSD上的写操作不可预期的逐步性能退化。[2]Trim(意为修整、修剪、裁剪)使SSD能更有效地处理垃圾收集,否则将减慢在未来对所涉及块的写入操作。[3]

尽管在引入Trim前已有将某些驱动器“重置”为新状态的工具,但它们也将删除该驱动器上的所有数据,从而使这些工具和技术不能用于持续性优化。[4]在2014年,许多SSD有内部的后台垃圾收集机制,它们与修整工作相独立。尽管这在不支持修整的操作系统上也成功地保持了性能,它存在增加写入放大和闪存单元磨损的相关缺点。[5]

快閃記憶體磁碟機特有的問題[编辑]

因为许多文件系统以标记数据块为“未使用”来处理删除操作,[6][7]存储介质(传统硬盘、SSD)通常不知道哪个扇区/页是真在使用,哪些可被认作空闲空间。因此与重写操作不同,删除将不涉及对数据所在扇区的物理写入。由于通用SSD不了解文件系统结构(例如未使用的块/扇区的列表),存储介质无法获知哪些块已经变为可用。这使反删除英语Undelete工具能从传统的机械硬盘上恢复文件,[8]因为尽管操作系统报告文件已被“删除”,文件所在的扇区只是在操作系统之后进行写入时作为空闲空间的扇区,从而有效使操作变得像重写操作。对于机械磁盘来说,这与写入空扇区没有区别,但因为SSD最底层的一些特性,与将数据写入空页面相比,重写会有显着的开销,从而潜在地削弱写入性能。[9]

SSD在闪存单元中通常以4至16kB的分组来存储数据,并将分组组合成128至512页的块。例如,512kB以4kB为一页存储在128页的块中。NAND闪存单元只能在处于空状态时写入。如果它们可能包含数据,则执行写操作前必须擦除其内容。一次SSD写入操作可以只完成单个页,但由于硬件限制,擦除命令始终会影响整个块;[10]因此将数据写入到SSD上的空页非常快,而写入存在数据的页就会显著变慢。由于页被再次写入前需要擦除单元,但擦除只能对整个块,改写将按“读取、擦除、修改、写入”的方式完成;[11]整个块的内容会先存储在缓存中,然后在SSD中擦除整个块,再将改写的页写入到缓存的块,最后再将更新的块写入闪存介质。这种现象也称写入放大[12][13]

操作[编辑]

TRIM命令使操作系统得以通知SSD哪个页不再包含有效的数据。对于文件删除操作,操作系统会将文件删除标记为可用于新数据,然后向SSD发送TRIM命令。在Trim后,在新的数据写入闪存页面时,SSD不保留块的任何内容,从而实现更少的写入放大(更少的写入)、更高的写入吞吐量(不需要读取、擦除、修改),从而增加驱动器寿命。

不同的SSD实现的命令有所不同,因此性能可能也有所差异。

Trim为不可逆地擦除数据,无法恢复;[14]这不同于机械硬盘中被删除的数据可能被数据恢复英语Data recovery

实现[编辑]

操作系统支持[编辑]

Trim仅在支持它的操作系统上有效。下表列出了各个重要的操作系统支持该命令的首个版本。此外,在TRIM命令添加到ATA标准之前设计的旧款固态驱动器需要更新固件(如果有)才能支持Trim,否则将忽略这个新命令。

操作系统 支持始自 备注
DragonFly BSD 2011-052011年5月[15]
FreeBSD 2010-078.1 - 2010年7月[16] 在8.1中的块设备层中添加了支持。文件系统支持在FreeBSD 8.3和FreeBSD 9中添加,随Unix文件系统(UFS)而来。[17]ZFS修整支持在FreeBSD 9.2中添加。[18][19]FreeBSD 10支持在软件RAID配置上修整。[20]
NetBSD 2012-102012年10月[21]
Linux 2008-12-252.6.28–2008年12月25日[22] 最初在2.6.28中添加了对FTL NAND闪存设备的discard(丢弃)操作符的支持。对ATA TRIM命令的支持在2.6.33中添加。[23]

并非所有文件系统都能使用trim。可以自动发出修剪请求的文件系统有Ext4[24]Btrfs[25]FATGFS2英语GFS2JFS[26]XFS[27]但是由于性能问题,在受支持SSD上进行定期修剪默认情况下已被禁用[28][29]Ext3NILFS2英语NILFS2OCFS2英语OCFS2提供Ioctl来执行离线修剪。TRIM规范称支持修剪特定范围列表,但截至内核3.0,修剪仅能较慢地逐个调用单个范围。[30]

MacOS 2011-06-2310.6.8–2011年6月23日[31] 尽管AHCI块设备驱动程序在10.6.6 (10J3210)中得到了显示设备是否支持TRIM操作的功能[32],该功能本身仍不可用,直至10.6.8暴露通过IOStorageFamily执行TRIM操作,以及文件系统(HFS+)的支持。[來源請求]直到10.10.4,Mac OS X只为苹果品牌的SSD原生启用TRIM;第三方实用程序可使其适用于其他品牌。旧的第三方TRIM驱动程序在Yosemite更新时已停止工作。[33] 现已有更新的适用于OS X Yosemite的驱动程序。[34][35] 在Mac OS X更新10.10.4中,苹果公司添加了一个命令行使用工具trimforce,它可以用于为第三方SSD启用TRIM。[36]
Microsoft Windows 2009-10Windows 7和Windows Server 2008 R2 - 2009年10月[37][38] Windows 7最初支持的TRIM仅适用于包括ATASATA的AT Attachment系列中的驱动器,并不对任何其他包括Storport PCI-Express SSD设备支持此命令,即使即使设备本身将接受该命令。[39]已确认Windows 7上AHCI和旧有IDE/ATA模式下的原生微软驱动支持TRIM命令。[40]Windows 8及之后版本的Windows操作系统支持基于NVMe的PCI Express SSD的trim,以及来自SATA的TRIM命令完全模拟的unmap命令,用于使用SCSI驱动程序堆栈的设备。微软已为Windows 7发布一个KB2990941更新,这在使用DISM集成到Windows 7安装程序时增加NVM Express的支持,包括对PCIe SSD设备的TRIM。
OpenSolaris 2010-072010年7月[41]
Android 2013-74.3[42] - 24 July 2013[43] 每24小时自动运行fstrim,仅在设备已空闲至少1小时并且电量80%(如果已连接充电器则30%)时执行。[42]

RAID问题[编辑]

截至2017年1月 (2017-01),大多数基于硬件的RAID技术未实现TRIM命令的支持。但是,软件实现的RAID通常提供了TRIM支持。

Windows:

Windows 10为SSD RAID卷在配置一个RAID卷时通过“优化驱动器”选项提供了TRIM支持。

Mac OS:

macOS RAID驱动程序不支持TRIM。自Mac OS X 10.7至macOS 10.12.x的所有版本均是如此。

对于使用第三方SoftRAID®应用程序的RAID(0,1,4,5和10)卷支持TRIM,包括使用非苹果品牌SSD设备的TRIM支持。 (注:非苹果品牌的SSD设备必须使用终端命令“sudo trimforce enable”来启动TRIM)

Linux:

2011年1月以后的Linux内核中dmraid英语Device mapper的发布版本已实现BIOS辅助的“假硬件RAID”支持,并且现在通行来自RAID阵列上的文件系统的任何TRIM请求。[44]


不同于dmraid,Linux的常规目的软件RAID系统mdraid英语Mdadm有实验性的基于批处理(而不是在文件删除时实时)的TRIM,当系统配置为定期在RAID 1阵列上的文件系统上运行mdtrim实用工具(包括ext3等没有原生TRIM支持的文件系统)。[45]在Linux的稍晚版本(例如Red Hat Enterprise Linux 6.5和beyond)中 mdraid支持实时、实际传递TRIM命令,而不是作为一个批处理作业。[46]

但请注意,紅帽公司建议不要在大多数RAID技术的SSD上使用软件RAID 1、4、5和6,因为大多数RAID管理实用工具(例如Linux的mdadm)在初始化期间会在设备上写入所有块以确保校验和(或RAID 1/10情况下的驱动器到驱动器验证)运作正常,而这导致SSD认为除备用区域以外的所有块都在使用中,从而显著降低性能。[47]

另一方面,Red Hat推荐在SSD上为LVM RAID使用RAID 1或RAID 10,因为这些级别支持TRIM(在Linux术语中称为"discard"),并且LVM实用工具在创建时不会写入所有块到RAID 1或RAID 10卷。

在2010年3月的一小段时间内,用户被误导相信英特尔快速存储技术(RST)9.6驱动程序支持RAID卷上的TRIM,但后来英特尔澄清说,TRIM支持AHCI模式和RAID模式的BIOS设置,但不支持RAID卷的驱动器。[48]

截至2012年8月,英特尔确认,使用Rapid Storage Technology(RST)11.2驱动程序的7系列芯片组支持微软Windows 7中的RAID 0的TRIM。[49]虽然英特尔没有确认支持6系列芯片组,RAID 0卷上的TRIM已展示为在Z68、P67和X79芯片组上可用,通过由硬件发烧友修改的RAID选项ROM英语Option ROM[50]据推测,缺乏对6系列芯片组的官方支持是由于验证成本[51]或企图鼓励消费者升级[52],而不是出于技术原因。

在使用X79芯片组的主板上需要修改选项ROM的例外是制造商添加了ROM开关;这需要RST和RST-E ROM存在于BIOS/UEFI内。这允许使用RST ROM而不是RST-E ROM,从而允许TRIM工作。[53]英特尔指出,使用与ROM版本相同的驱动程序可以实现最佳性能。例如,如果BIOS/UEFI具有11.0.0.0m选项ROM,则应使用11.x版本的驱动程序。[54]

为不支持的操作系统使用[编辑]

在使用不支持自动TRIM的文件系统时,某些实用工具可以手动发送Trim命令。通常它们将确定哪些块为空闲,然后将该列表以一系列的Trim命令传递给驱动器。这些实用程序可从各制造商(例如Intel、[55]G.Skill[56])或作为一般实用程序(例如Linux的hdparm英语hdparm自v9.17起,[57][58]或者如上所述的mdtrim)。

硬件支持[编辑]

ATA[编辑]

TRIM命令规范[59]已被标准化为AT Attachment接口标准的一部分,由国际信息技术标准委员会英语International Committee for Information Technology Standards(INCITS)的技术委员会T13所领导。[60] TRIM根据DATA SET MANAGEMENT(数据集管理)命令(操作码06h)实现,ACS-2规范草案。[61]ATA标准被并行(IDE、PATA)和串口(SATA)ATA硬件所支持。

原版ATA TRIM命令的缺点是它被定义为不可排队命令,因此不能轻松地与正常的、排队的读和写操作混合。SATA 3.1引入了一个排队的TRIM命令来纠正这一点。[62]

ATA IDENTIFY DEVICE命令返回的SATA Words 69和169定义了不同类型的TRIM。

  • 非确定性TRIM:TRIM后每个对邏輯區塊位址(LBA)的读取命令可能返回不同的数据。
  • 确定性TRIM(DRAT):TRIM后对LBA的所有读取命令都返回相同的数据,或者变为确定的。
  • TRIM(RZAT)后确定性读零:TRIM后对LBA的所有读取命令都将返回零。

在SATA字105中有额外信息,描述驱动器可以在每个数据集管理命令(DATA SET MANAGEMENT)支持最多多少个512字节的数据块。通常此值默认为8(或4kB),但许多驱动器将其减少到1,以满足微软Windows硬件要求对TRIM的部分——该命令完成时间不应超过20 ms或者8 ms × (LBA范围项的数量),且两者中的较大者应始终小于600 ms。[63]

各LBA范围被称为一个LBA范围条目,并由八个字节表示。 LBA由LBA范围条目的前6个字节表示,范围长度是由剩下两个字节表示的一个从零开始的计数器。如果两个字节组成的范围长度为零,那么LBA范围条目应视作填充而丢弃。[64]这意味着以512字节为TRIM块范围支持的设备,该最大值为64个32 MB,也就是2 GB。如果设备在SATA字105处设为8,则它应该能在单个TRIM(数据集管理)命令中修整16GB。

SCSI[编辑]

SCSI提供了UNMAP命令(TRIM的完全模拟),以及带有UNMAP标志集的WRITE SAME命令(10和16个变量)。[65]

SD/MMC[编辑]

多媒體記憶卡SD ERASE(CMD38)命令提供了与ATA TRIM命令类似的功能,但它要求擦除的块用0或1重写。eMMC 4.5进一步定义了一个“discard”(丢弃)子操作,从而更紧密的配合ATA TRIM,因为丢弃的块的内容可以被认为是不确定的(即“不在乎”的)。

缺点[编辑]

  • 在使用加密时,TRIM命令的相关信息将揭露哪些块正在使用,哪些没有。[66]
  • TRIM命令的原始版本已被T13小组委员会英语T13 subcommittee定义为非排队命令,因此执行不当可能造成大量的错误执行。例如,如果它在操作系统的每个删除命令后发出,该命令的非排队性质将要求驱动程序先等待所有未完成的命令完成,然后发出TRIM命令,最后再继续正常命令。TRIM可能需要很长时间才能完成,这取决于SSD中的固件,并还可能触发垃圾收集周期。[來源請求]这种缺陷可以用定期执行批量TRIM的解决方案来最小化,而不是在每次文件删除时执行修剪,批量处理任务可以在系统利用率最小时调度。这项TRIM缺点已在Serial ATA修订3.1中解决,其中引入了排队的TRIM命令。[67][68]
  • 排队的TRIM命令已在多款设备中涉及严重的数据损坏,最显著的是Micron的M500、[69]Crucial的M500、以及Samsung 8**系列。[70]在2015年7月1日,Linux操作系统在这些设备上的数据损坏已得到确认。[71]

这些设备已被列入Linux内核中libata-core.c的黑名单,从而强制发送非排队的TRIM命令到这些设备,而不是排队的TRIM命令:[72]

  • Micron M500,所有固件版本(仅MU07之前有此问题,但Linux尚未跟进)
  • Crucial M500,所有固件版本,包括工厂重新认证的SSD(仅MU07之前有此问题,但Linux尚未跟进)
  • Micron M510,固件版本MU01
  • Micron M550,固件版本MU01
  • Crucial M550,固件版本MU01
  • Crucial MX100,固件版本MU01
  • 三星SSD 8**系列,所有固件版本

此文件也已将SuperSSpeed S238列入常规TRIM的黑名单,因为发出TRIM会导致错误的块丢失数据。[72][73]

libata-core.c还有一个列出子系统维护者已确认正确实现DRAT和RZAT标志(flags)的SSD,这不同于许多忽略它们的驱动器。白名单中的设备如下:

  • Crucial多款SSD
  • Intel多款SSD(不包括Intel SSD 510)
  • Micron多款SSD
  • 三星多款SSD
  • 希捷多款SSD[74]

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Intel High Performance Solid State Drive - Advantages of TRIM. Intel.com. Intel. 2010-09-14 [2012-02-21]. 
  2. ^ Shimpi, Anand Lal. The SSD Anthology. AnandTech.com: 4. 2009-03-18 [2010-06-19]. 
  3. ^ Shimpi, Anand Lal. (2009-03-18). p. 10.
  4. ^ Shimpi, Anand Lal. (2009-03-18). p. 11.
  5. ^ Kingston SSDNow V Plus 100 Review. AnandTech.com. Anand Lal Shimpi. 2010-11-11 [2010-12-10]. 
  6. ^ Savill, John. I heard solid-state disks (SSDs) suffer from a decline in write performance as they're used. Why?. WindowsITPro. 2009-04-21 [2010-06-19]. (原始内容存档于2012-06-30). 
  7. ^ Shimpi, Anand Lal. (2009-03-18). p. 7.
  8. ^ Savill, John. What is the TRIM function for solid-state disks (SSDs) and why is it important?. WindowsITPro. 2009-04-22 [2010-06-19]. [永久失效連結]
  9. ^ Malventano, Allyn. Long-term performance analysis of Intel Mainstream SSDs. PC Perspective. 13 February 2009 [10 February 2012]. 
  10. ^ Shimpi, Anand Lal. (2009-03-18). p. 5.
  11. ^ Shimpi, Anand Lal. (2009-03-18). p. 8.
  12. ^ Write Amplification: Intel's Secret Sauce. ExtremeTech.com. [2010-11-06]. (原始内容存档于2010-11-15). 
  13. ^ Inside the X25-M Controller: Wear Leveling, Write Amplification Control. TomsHardware.com. 2008-09-08 [2010-11-06]. 
  14. ^ Too TRIM? When SSD Data Recovery is Impossible. TechGage. TechGage. 2010-03-05 [2010-04-16]. 
  15. ^ Preliminary TRIM support. 
  16. ^ FreeBSD 8.1-RELEASE Release Notes: Disks and Storage. [2010-09-01]. 
  17. ^ Add kernel side support for BIO_DELETE/TRIM on UFS. [2011-02-01]. 
  18. ^ Added ZFS TRIM support which is enabled by default.. [2013-06-05]. 
  19. ^ FreeBSD 9.2-RELEASE Announcement. [2013-10-04]. 
  20. ^ Base revision 242323 – Add basic BIO_DELETE support to GEOM RAID class for all RAID levels. [2012-10-30]. 
  21. ^ TRIM support in NetBSD. 2012-10-19. 
  22. ^ Block device changes in Linux 2.6.28. 
  23. ^ Storage changes in Linux 2.6.33. Kernel Newbies. [2010-09-01]. 
  24. ^ HOWTO: Configure Ext4 to Enable TRIM Support for SSDs on Ubuntu and Other Distributions - Forked by Nicolay. 
  25. ^ Btrfs improvements in Linux 2.6.32. 
  26. ^ JFS Filesystem can now handle trim. [2012-03-28]. 
  27. ^ Filesystem changes in Linux 3.0. 
  28. ^ Freemyer, Greg. OpenSUSE forum - SSD detection when creating first time fstab. 2010. 
  29. ^ How to enable TRIM?. Ask Ubuntu. [11 November 2015]. 
  30. ^ SDB:SSD discard (trim) support. 
  31. ^ Mac OS X 10.6.8 Brings TRIM Support for Apple SSDs, Graphics Improvements. 2012-02-24. 
  32. ^ Macbook Pros ship with active SSD TRIM support. 2011-03-04. 
  33. ^ Yosemite kills third-party SSD support. 
  34. ^ Chameleon SSD Optimizer. 
  35. ^ Cindori Software. 
  36. ^ Lee Hutchinson. Latest OS X update allows you to enable TRIM for third-party SSDs. Ars Technica. Condé Nast. Jun 30, 2015 [2015-07-01]. 
  37. ^ Support and Q&A for Solid-State Drives. 微软开发者网络. 2009-05-09 [2010-08-12]. 
  38. ^ Windows 7 Enhancements for Solid-State Drives (PDF). Microsoft downloads. Microsoft Corporation. 2008-11-12 [2009-07-08]. 
  39. ^ Geoff Gasior (2012) OCZ's RevoDrive 3 X2 240GB solid-state drive
  40. ^ Coles, Olin. SSD Benchmark Tests: SATA IDE vs AHCI Mode - AHCI vs IDE Final Thoughts. BenchmarkReviews. 15 April 2010 [20 August 2013]. (原始内容存档于2013-12-03). 
  41. ^ SATA TRIM support in OpenSolaris. 2010-07-29. 
  42. ^ 42.0 42.1 Android 4.3 Update Brings TRIM to All Nexus Devices. 2013-07-29 [2013-07-30]. 
  43. ^ "Android 4.3 announced, rolling out to Nexus devices today".The Verge. 24 July 2013. Retrieved 24 July 2013.
  44. ^ Possible to get SSD TRIM (discard) working on ext4 + LVM + software RAID in Linux? - Server Fault. [2011-11-29]. 
  45. ^ Cyberax/mdtrim - GitHub. [2011-11-29]. 
  46. ^ Red Hat Enterprise Linux 6 Storage Administration Guide, Chapter 21. Solid-State Disk Deployment Guidelines. [2016-03-09]. 
  47. ^ Red Hat Enterprise Linux 7 Storage Administration Guide. 2015-11-11 [2016-02-29]. 
  48. ^ Is there TRIM support for RAID configurations?. Intel. 2010-03-26 [2010-11-06]. 
  49. ^ Intel Confirms RAID0 TRIM Support on 7-Series Chipsets. 2012-08-19 [2013-01-14]. 
  50. ^ RAID0 trim and SRT seems possible on 6-series and 5-Series. 2012-11-18 [2013-01-14]. 
  51. ^ TRIM & RAID-0 SSD Arrays Work With Intel 6-Series Motherboards Too. 2012-11-28 [2013-01-14]. 
  52. ^ Intel Brings TRIM to RAID-0 SSD Arrays on 7-Series Motherboards, We Test It. 2012-08-16 [2013-01-14]. 
  53. ^ Anand Lal Shimpi. Intel Brings TRIM to RAID-0 SSD Arrays on 7-Series Motherboards, We Test It.  |author=|last=只需其一 (帮助)
  54. ^ Doug Crowthers. TRIM Command Confirmed With RAID 0 on Intel 7 Series. Tom's Hardware.  |author=|last=只需其一 (帮助)
  55. ^ Intel SSD Optimizer White Paper (PDF). Intel Corporation. [2010-01-23]. (原始内容 (PDF)存档于2010-06-02). 
  56. ^ wiper.exe for Falcon Series. XtremeSystems. [2010-01-23]. 
  57. ^ hdparm-9.17 released, with experimental trim/wiper scripts for SSDs. [2010-08-14]. 
  58. ^ hdparm project page. sourceforge.net. [2010-08-14]. 
  59. ^ Data Set Management Commands Proposal for ATA8-ACS2 (revision 6). INCITS T13. INCITS英语INCITS. 2007-12-12 [2009-07-08]. 
  60. ^ T13 documents referring to TRIM. INCITS T13. INCITS英语INCITS. [2009-07-08]. 
  61. ^ T13 ATA8 Draft Spec 1697-D (PDF). INCITS英语INCITS. 2010-06-23 [2010-08-14]. 
  62. ^ SATA 6Gb/s. Serial ATA International Organization. [2012-09-26]. 
  63. ^ Device.Storage Requirements (Windows). [2016-02-29]. 
  64. ^ T13/2161-D: Information technology - ATA/ATAPI Command Set - 3 (ACS-3) (PDF). [2016-02-29]. 
  65. ^ Note for SCSI UNMAP support in FreeBSD mailing list. 
  66. ^ Milan Broz's blog: TRIM & dm-crypt ... problems?. Milan Broz. [2014-10-01]. 
  67. ^ http://www.sata-io.org/technology/6Gbdetails.asp
  68. ^ SATA 3.1 spec brings swap standard, improved TRIM. The Tech Report. 
  69. ^ Bug 71371 – [PATCH]Crucial M500, broken "queued TRIM" support. 
  70. ^ Bug #1449005 "trim does not work with Samsung 840 EVO after firm..." : Bugs : fstrim package : Ubuntu. 
  71. ^ torvalds. linux/libata-core.c at e64f638483a21105c7ce330d543fa1f1c35b5bc7 · torvalds/linux · GitHub. GitHub. 
  72. ^ 72.0 72.1 torvalds. linux/libata-core.c at master · torvalds/linux · GitHub. GitHub. 
  73. ^ torvalds. libata: force disable trim for SuperSSpeed S238 · torvalds/linux@cda57b1. GitHub. 
  74. ^ [1/3] libata: Whitelist SSDs that are known to properly return zeroes after TRIM. 

外部链接[编辑]