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Trim指令是如何提高固態硬盤壽命的?

時間:2019-09-12 10:23:57  來源:  作者:

有朋友通過私信向存儲極客提問:Trim指令只是把GC垃圾回收要做的擦除提前做了,提高了后續寫入的性能,似乎對寫入放大率沒有幫助,為什么說Trim有利于延長固態硬盤壽命呢?

技術向:Trim指令是如何提高固態硬盤壽命的?

 

這個問題很有深度,弄清楚之后有助于大家深入理解固態硬盤的工作原理。小編就單獨用一篇文章來系統講解吧。

技術向:Trim指令是如何提高固態硬盤壽命的?

 

1987年,東芝發明了NAND閃存,它的容量大、速度快,斷電不丟數據,諸多優點使得它不斷發展至今,成為半導體存儲的主力軍。不過NAND閃存也有一些使用限制,譬如寫入之前必須先經過擦除。這是FTL閃存映射轉換層以及Trim指令問世的根源。

閃存讀寫和擦除單位不同:

閃存的最小讀取和寫入單位皆為Page,在東芝64層堆疊BiCS3閃存當中,一個Page頁的大小為16KB。閃存在寫入新內容之前必須先經過擦除,而擦除的最小單位是Block,一個Block塊在BiCS3中的大小為12MB。

技術向:Trim指令是如何提高固態硬盤壽命的?

 

閃存這一特性跟兒童磁性畫板有些類似,一擦就是一大塊,無法針對單個點去做擦除。

技術向:Trim指令是如何提高固態硬盤壽命的?

 

先擦后寫帶來的問題:

電腦上的windows操作系統在刪除硬盤上文件時,操作系統僅僅是在文件分配表中做一個標記,并不會對存放文件的位置做實際的抹除。這種做法對機械硬盤而言是很高效的。只要操作系統心中有數(文件分配表),隨時可以在文件刪除留下的垃圾位置上覆蓋寫入新的位置。

技術向:Trim指令是如何提高固態硬盤壽命的?

 

固態硬盤繼承了機械盤的使用方式,刪除文件產生的"垃圾"會一直在閃存中存放著,直到操作系統下一次要求在相同位置覆蓋寫入新數據,主控這才恍然大悟、措手不及(閃存無法不經擦除直接寫入,只能先寫到別處,通過FTL閃存映射表進行標記)。

技術向:Trim指令是如何提高固態硬盤壽命的?

 

當Block塊中的垃圾多到一定程度之后,固態硬盤不得不將整個Block塊中的全部Page頁都讀取出來、全部寫入到新的Block塊當中,然后擦除之前的Block。這個先讀取、再寫入、后擦除的過程就是固態硬盤中費時費力的"垃圾回收"工作。

技術向:Trim指令是如何提高固態硬盤壽命的?

 

因為刪除文件時操作系統只在分區表上做改動,固態硬盤分不清哪些是無效頁哪些是存有數據的有效頁,將無效頁也做了重復搬運:這樣就做了無用功,不僅影響性能更是加速了閃存的磨損。

Trim帶來了什么不同?

Trim在Windows中的大名是Delete Notify刪除通知。通過Trim指令,操作系統可以在標記文件分配表的同時,順帶通知到固態硬盤:這些位置的數據已經沒用了,你得空的話可以做下打掃了。

技術向:Trim指令是如何提高固態硬盤壽命的?

 

有了Trim指令之后,固態硬盤對閃存的實際占用情況了然于胸,在做垃圾回收時可以只讀取其中的有效Page頁,將它們寫入到新的Block,然后就可以對舊block做擦除。簡單來說就是Trim讓固態硬盤垃圾回收的效率更高,減少了不必要的數據搬運重寫,降低了寫入放大率,提升了固態硬盤的使用壽命。

技術向:Trim指令是如何提高固態硬盤壽命的?

 

現在Trim指令早已成為固態硬盤的標配功能。不過Trim只是讓固態硬盤主控了解"垃圾"的位置,具體何時做垃圾回收工作還需要更深層的算法去權衡性能和耐久度。在這方面,原廠固態硬盤往往比缺少研發能力的貼牌產品做的更好。



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2019-09-12   Trim 固態硬盤  點擊:(22)  評論:(0)  加入收藏
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