SSD Trim 详解

SSD就是固态硬盘，相对于传统机械硬盘HDD，除了使用不同的存储介质（NAND Flash）外，SSD在使用上和HDD并没有太多差异，他实现的功能仍是有行业标准的。

硬盘的标准走了好多代了，现在硬盘以SATA为代表，上面加载的是ATA命令集；企业级常见的SAS硬盘，加载的是SCSI命令集；新兴的SSD新贵，采用PCIe接口，加载的有NVMe命令集。

一：历史

2007年底，区分SSD和HDD而使用的不同命令出现了，ATA8-ACS2 (additional command set)标准中制定了Trim的命令标准。Trim是单独为SSD设计的命令。

随后在SATA 3.1 spec中，Trim 命令被拓展为Queued Trim，实现了多条Trim和IO的并发操作。

Trim只是因为SATA而广为人知，SCSI 里面的同等命令叫做UNMAP，NVMe里面叫Deallocate. 他们指的都是同一个功能。

Trim这个词在SSD领域里面还有一个专有含义，”Nand Flash的Trim”指的是Flash上的各种隐藏参数设置。

Data Set Management Command这个命令覆盖了一系列和数据类型相关的管理命令。然而在ACS2中，所谓的一系列其实只有Trim这一种，其他的还没制定呢。

NVMe协议里终于有了不止一个属性，除了描述LBA空间被” Deallocate “, 还有其他属性，如描述LBA区间的latency，读写频率提示等。

有了Trim 命令，还需要有上层应用来用这个命令。

最早在2008年底的Linux内核版本 2.6.28里，系统开始支持使用Trim。随后Windows 7在2009年10月开始全面支持SSD的Trim功能，Trim 才开始广为人知。而Mac OS 则维持了他一贯的傲娇，直到2011年中的10.6.8才开始支持Trim, 还只支持Apple（OEM）厂牌的SSD，到10.10.4才放宽到第三方SSD。

二：缘由

硬盘上的数据一般是由文件系统管理的。文件系统的抽象结构是这样的：

每个”文件”都是一组指针，指向了实际存放文件内容的LBA空间。文件指针则存在”目录”里。

当删除文件时，实际上是删除了文件指针，文件的数据就被废弃了，空间可以再被其他文件占用。

如图所示，file 1被删除，file 3取代了file 1 的部分空间。

然而在SSD的环境下，文件系统的这种操作带来了很多的负担。

熟悉SSD的同学应该知道SSD需要有垃圾回收，此处file 1遗留在LBA空间的数据并不是垃圾，对于SSD而言还是有效数据！ 只有当LBA被复写，也就是上图中红色覆盖的部分绿色，才是对SSD有意义的垃圾数据 – LBA上有新的值了，旧的可以被回收再利用了。

虽然你的在系统管理器里看到SSD不是全满的状态，但那些被文件系统删掉的文件数据，仍然要被垃圾回收所搬运，带来很多不必要的写放大。

为了解决这个问题，Trim 命令应运而生。

三：意义

Trim 命令的用途，表面上仅是告诉SSD：”某段LBA空间的数据对我不再有用了，你看着办吧“，隐含的意思是这样的：”你别再把这些数据搬来搬去了，直接扔掉，擦掉就最好了。”

简单说来，Trim功能的作用就是Host主机删除文件后会告诉SSD哪些地方已经被删除，可以释放存储空间等待下一次数据写入操作使用，如果没有Trim指令，SSD就不知道数据是无效的，在进行数据整理时还要对数据进行迁移，这样就降低了速度也缩短了NAND Flash的擦写寿命，Trim功能大大提高SSD在系统中使用的效率和用户体验，微软windows 8以上操作系统是为TLC SSD的应用提供了更好的环境。