[转帖]什么是TRIM与GC？他们是怎样让SSD保持高速的

什么是TRIM与GC？他们是怎样让SSD保持高速的

2017-7-6 15:43 | 作者：Strike | 关键字：SSD,TRIM,GC,超能课堂

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SSD的写入方式决定了它越用越慢的特性，数据写入的越多性能就会越差，不过现在的SSD都支持TRIM指令与GC垃圾回收功能，在他们俩的守护下可以确保你的SSD里面即使写入得再多东西也不会轻易掉速。

本文约2152字，需4分钟阅读

使用闪存为存储载体的SSD的读写过程与传统的HDD有着本质上的不同，特别是在写入方面，HDD是可以直接对存储在磁碟上的数据进行覆盖写入的，SSD并不能这样，闪存需要先擦除原来的数据再把新的数据写进去，不能直接覆写数据使得SSD多了擦除的操作，而写入单位（Page）与擦除单位（Block）的不统一又让SSD不停地在各个Block区块之间折腾，SSD用久了需要擦除的区块就会越多，性能自然也会变慢，然而现在的SSD基本都不会这样，为什么会这样呢？

浦科特的SSD就以True Speed不掉速

TRIM指令

TRIM指令是微软提出的，但是SSD厂商也有支持与不支持TRIM之分，所以还是跟SSD有一定关系。

TRIM是基于SATA控制器的一个指令，一旦有文件删除或者分区格式化，操作系统就会发TRIM指令给SSD主控告诉它某处的数据已经删除了，SSD因而知道哪些数据是能动的哪些不能动的，之后就可以进行清空操作以恢复性能了。不过这个过程不是马上就完成的，TRIM命令是即时发送到SSD主控中的，但是什么时候开始清空数据是主控算法的事。

对TRIM指令的支持是现在SSD主控必备的

之所以有这么一个沟通过程还是跟SSD与HDD的读写方式不同有关，首先操作系统的删除数据并不是真正把数据清空了，只是加了删除的标签而已（就像摘了门牌号，房子还在一样）就是说真实的数据还在，不过普通的操作访问不到了，但是一些专用的数据恢复软件可以把这些数据再找回来。

HDD机械硬盘是可以直接在原有数据上直接覆盖，但是SSD不行，必须要清空原有数据才能写入新数据，而系统并非真正删除数据的特性会对SSD的性能造成影响，TRIM指令的存在使得SSD能够紧紧跟随OS的操作意图，擦除已删除的无用数据以恢复SSD性能。

上图很好的说明了TRIM指令是如何工作的，前三步分别是空数据、写数据和删除部分数据，在此之后TRIM指令就会通知SSD主控可以清空红色区域的无用数据，之后SSD的性能就可以恢复如初了。

TRIM支持与否依赖于操作系统、磁盘控制器驱动以及SSD主控，Win7、Windows 2008 R2、Linux 2.6.33、MAC OS 10.6.6、Free BSD 8.2及之后的系统都支持TRIM或者类似指令，Intel 9.6.0.1014及之后的磁盘驱动都可以支持，不过TRIM指令并不强制要求AHCI，IDE模式也可以，只是SSD几乎没谁用IDE模式吧。

微软PPT中专门解释过TRIM指令的工作方式和优点

Intel在RST 11.5之后的驱动中提供RAID模式的TRIM指令支持，还有一些厂商用自己的方式解决了RAID模式下的TRIM指令问题。另外，XP系统下是不支持TRIM指令的，不过三星的工具软件也可以让其SSD实现类似TRIM的功能。

浦科特M8Se有着很高的TRIM效率，这可以提高产品的性能稳定性，能让SSD能够保持较长时间的高速运行，还可以抑制写入放大，提高闪存的寿命：

用户可以自行检查TRIM指令开启与否，打开CMD窗口定位到“fsutil behavior set DisableDeleteNotify 0”表示启用TRIM，如果是1就表示禁用状态或者不支持。

GC垃圾回收

垃圾回收（garbage collection，简称GC）是SSD恢复性能的另一大秘籍，这个主要跟厂商所用的主控有关，其意义就跟字面意思一样，通过清理无用的垃圾数据保持SSD性能如新。

它的存在还是跟SSD的特性有关，空盘下SSD写入数据所需时间以ns计，但是擦除数据的过程则以ms计，写入的数据越多，需要擦除的时间也越长，SSD的写入性能就会严重下降，GC机制相当于”腾笼换鸟”，把原本杂乱无章存放的数据整理一遍，然后写入到新的空白区，之前的区块就会进行清除操作以恢复正常性能。

GC的处理过程

由于各种写入、删除操作会在SSD留下杂乱的数据，其中有些是还有用的，有些就是无效的，GC功能启动之后就把有用的数据拷贝到另外的区块，这一步相当于“腾笼”，原来存储数据的区域就会被清除，恢复空盘水平以准备写入新的数据，这就是“换鸟”了。

上面只是理论操作过程，具体怎么做还有个选择问题，如果在SSD读写数据的同时进行GC操作，这种实时GC（Real Time GC)对主控的性能是个考验，一方面要往空白区写入数据，同时还要照顾无效数据的“拆迁”工作，这么频繁折腾SSD的话估计SSD那有限的读写寿命也支撑不住，实时GC并不可取。

浦科特在2011年的M2P就使用过相当激进的实时GC功能，性能确实不会降低，不过那个时候的闪存还是32nm的MLC，寿命相当有保障，现在无论MLC还是TLC都不够胆这样玩了。

目前的GC大都是在SSD闲置时才开始工作，也就是所谓的“Idle Time GC（闲置GC）”了。厂商会在主控中设定一个条件，比如空白容量达到某种比例才开始GC处理，这样就预先释放了空白空间，如果达到设定条件的上限，那么GC也会停止，这样处理比实时GC更利于延长SSD寿命。

闲置GC也不是完美无缺的，它会带来额外的写入放大，因为在GC处理开始之前，某些整理过的页面（page）可能正在变脏，不过闲置GC增加的写入放大率非常小，OCZ称其SSD的闲置GC只有额外的1%放大率，影响非常小，整体上依然是利大于弊。

现在的SSD大都是利用TRIM和闲置GC相辅相成工作的，当用户删除或者修改文件时，系统就会发送TRIM指令告诉SSD那部分数据可以删掉了，然后SSD在闲置时就会对这部分区域进行GC腾出空白的闪存空间，实时GC功能现在在启用SLC Cache的SSD上会比较明显，毕竟它们要快速的腾出SLC Cache空间给后续的数据，这样才能确保SSD拥有高速的写入。

TRIM指令通知给SSD的可删除数据越多，GC操作需要转移的数据就越少，写入量也会减少，对SSD来说也是延长使用寿命的一种方式。