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服务器租用SSD TRIM原理是什么

发布时间:2018-10-31 点击数:553

服务器租用是许多企业开展网络业务必走的一个环节,可是很多人对服务器并不是太了解,比如SSD TRIM,为了让大家有更多的理解,今天小编整理出了服务器租用SSD TRIM原理是什么?

SSD TRIM的原理是什么

SSD的数据删除/覆写机制
首先,我必要看看机械硬盘(HDD)的工作原理,做一个对比。其实,正是由于现有系统是为HDD设计,不能完全为SSD考量,导致了一些问题,TRIM才应运而生来弥补这些问题,我们后面会具体谈到。
HDD 每个储存位只有两种状态,1或者0。所以,HDD其实不需要“删除”这个操作。新数据可以直接覆盖在不用的旧数据上,简单直接。而SSD不同,它还多了一种状态,我们这里称之为N(Null)状态。写入操作时,只有处于N状态的单元可以写入。如果这个单元已经被旧数据占用了,需要真的去做一个“删除”的动作,把1或者0擦写成N,然后才能写入。这是导致问题的关键点。
当然,如果只是多一次擦除操作,也不是什么大事,无非是稍微慢点,以SSD的强悍性能,这个时间花费非不大。然而,SSD的另一个限制让事情变得非常糟糕了。
SSD的基本存储单元是Page(典型是4KB大小),每128个Page组成一个Block(512KB)。读写都可以在Page粒度上做。但由于硬件层面机制的限制,只能在Block粒度上做擦除。这意味着,如果一个Block里那怕只有一个Page需要被擦除,SSD也必须做以下4个动作才能完成这个擦除:
 
将512KB大小的Block全部读入缓存
在缓存中删除其中那个Page的内容
在存储器上擦除整个Block的内容
把缓存里的内容写回存储器
 
每次擦除一个Page都需要做一个512K的读取和写入。这就绕了太大的弯了。这带来了两个问题:
1. 大大降低写入性能——为了写入一个4K的Page,需要先擦除它,而要擦除它,就需要读取和写入整个512KB的Block。
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SSD的垃圾收集机制
针对这个性能问题。已经有了解决方案:垃圾收集。对于被标记为无效的Page,SSD会在空闲的时候做擦除工作,这样下次写入的时候可以直接写Page,不用等待擦除它所花费的512KB读取和写入时间了。另外,类似于传统的磁盘整理,垃圾收集还会把调整Page所在的Block,把它们都集中在尽可以少的Block中,以留出尽可能多的空白Block给以后的写入操作,延缓需要做擦除的时间。
 
TRIM的动机
垃圾收集机制似乎已经可以比较好地解决块级擦除所带来的性能问题了。但是且慢,现有的文件系统为HDD所做的一个重要优化使用垃圾收集的效果大打了折扣。
在现在有的系统中,我们无论删除一个1KB,1MB还是1GB的文件都是瞬间完成。这是文件系统专门为HDD的特点做的优化。也就是我们最开始提到的,HDD无所谓“删除”的操作,新数据可以直接覆写旧数据。在文件系统中,我们可以认为有一张表,记录了HDD上的哪些块被哪些文件占用。要写入一个新文件,只要找到那些没有被占用的块,然后写入。所以删除操作不必真的到HDD的块中去删除,只要到这张表里把对应的块从“已占用”的列表中去掉,这些块就自然可以用了。HDD不需要,其实也完全不知道自己有哪些块被占用,那些块空闲。一切都是文件系统来管理。

但SSD不同。一个文件被删除后,必须告之SSD哪些对应的Page是旧的,不用的了,这样垃圾收集才能回收它们。注意,垃圾收集是硬件层面的实现,文件系统是软件层面的,前者不知道文件这个概念,而后者又不知道 Block,Page这些东西。于是,一个文件在文件系统中被删除后,对SSD来说,没有任何Page可以被回收。只有等到下次覆写的时候,SSD那能发现这些Page已经是无效的了。垃圾收集


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