Включение TRIM на (внешнем) SSD

Введение

Статья является адаптацией к реалиям ALT Linux статьи Включение TRIM на внешнем SSD на Raspberry Pi (eng)

Теория взята из Как правильно активировать TRIM для вашего SSD в Linux  (eng)

В отличие от жестких дисков (HDD), флэш-память NAND, которая лежит в основе SSD дисков, не может перезаписывать существующие данные. Это означает, что вы должны сначала удалить старые данные, прежде чем записывать новые. Флэш-память разделена на блоки, которые далее делятся на страницы. Минимальная единица записи — это страница, а наименьшая единица стирания — блок.

Данные можно записывать прямо на пустую страницу, но стирать можно только целые блоки. Поэтому, для того, чтобы освободить пространство, занятое удалёнными данными, все имеющиеся данные из одного блока должны быть сначала скопированы и записаны на пустые страницы нового блока. Только после этого  данные в исходном блоке могут быть окончательно стерты, что делает блок готовым для записи новых данных.

Проблема в том, что со временем возникнет "куча" не полностью занятых страниц и быстродействие диска сильно упадёт. Это связано с тем, что при удалении файла операционная система просто помечает данные блоки как свободные, но не сообщает об этом контроллеру диска. И вне зависимости от оставшегося места, контроллер диска не сможет найти куда записать новые данные. Для решения этой проблемы и используется TRIM

Что такое ТРИМ?

TRIM был придуман для решения этой проблемы. TRIM — это имя команды, которую операционная система может отправить, чтобы сообщить SSD, какие блоки в файловой системе свободны. SSD использует эту информацию для внутренней дефрагментации блоков и сохранения свободных страниц для быстрой и эффективной записи.

Поддержка ТРИМ файловыми системами Источник

Файллвая система	Опция discard	Поддержка fstrim	Замечания
ext4	Yes	Yes	"discard, nodiscard(*)" [1]
ext3	Yes	Yes
Btfs	Yes	Yes
F2F2FS	Yes	Yes
JFS	Yes	Yes	[2]
XFS	Yes	Yes	[3]
NILFS2	Yes	Yes	[4]
NTFS-3G	No	Yes	начиная с версии 2015.3.14 [5]
VFAT	Yes	Yes	fstrim поддерживается начиная с ядра 4.19 [6]
ExFAT	Yes	Yes	fstrim поддерживается начиная с ядра 5.13, [7]

Примечание: Пользователи должны быть уверены, что их SSD поддерживает TRIM, прежде чем пытаться использовать его. В противном случае возможна потеря данных

Классический способ включения TRIM в Linux , это прописать в /etc/fstab опцию discard, например так (если корень находится на SSD диске):

UUID="6ff0461b-4796-4s0f-a8c0-1fs5f884a593    /  ext4    discard,noatime 1  1

Примечание: Определение опции монтирования discard в /etc/fstab не работает с разделом XFS на /. Опция должна быть установлена с помощью параметра ядра rootflags

rootflags=discard

В файловой системе ext4 флаг discard также может быть установлен как опция монтирования по умолчанию с помощью tune2fs (например):

# tune2fs -o discard /dev/sda1

Использование опций монтирования по умолчанию вместо записи в /etc/fstab особенно полезно для внешних дисков, поскольку такой раздел будет монтироваться с опциями по умолчанию и на других машинах. Таким образом, нет необходимости редактировать /etc/fstab на каждой машине.

Пакет util-linux предоставляет fstrim.service и fstrim.timer файлы модулей systemd. Enabling таймера активирует службу еженедельно. Служба выполняет fstrim(8) на всех смонтированных файловых системах на устройствах, поддерживающих операцию discard.

Таймер полагается на метку времени /var/lib/systemd/timers/stamp-fstrim.timer (который он создаст при первом вызове), чтобы узнать, прошла ли неделя с момента его последнего запуска. Поэтому нет необходимости беспокоиться о слишком частых вызовах, в стиле anacron.

Чтобы запросить активность и состояние блоков, смотрите journalctl. Чтобы изменить периодичность таймера или выполнения команд, systemctrl edit fstrim.timer или создайте файл /etc/systemd/system/timers.target.wants/fstrim.timer с заданной периодичностью (по-умолчанию раз в неделю). fstrim.timer запускает fstrim, беря пути для разделов из /etc/fstab.

Альтернативный способ периодичной проверки, это установить пакет auto-fstrim и запустить anacron. Особенностью auto-fstrim является то, что он проверяет все смонтированные разделы, не обращая внимание есть-ли они в /etc/fstab или нет, и запуск fstrim проходит ежедневно.

Примечание: Нет необходимости включать непрерывный TRIM, если вы периодически запускаете fstrim. Если вы хотите использовать TRIM, используйте либо периодический TRIM, либо непрерывный TRIM.

Непрерывный TRIM ведёт к некоторому замедлению файловых операций, так как после каждой из них выполняются операции по по очистке неиспользуемых блоков. Поэтому в большинстве дистрибутивах Linux советуют настроить периодический запуск fstrim.

Поддерживает ли мой SSD TRIM

Для проверки, поддерживает-ли ваш SSD диск TRIM, надо выполнить команду:

# fstrim  -v путь_до_точки_монтирования_раздела

Например, если у вас раздел c SSD диска смонтирован в /mnt/arhiv. То вы при поддерживаемом TRIM вы увидите

fstrim -v /mnt/arhiv/
/mnt/arhiv/: 0 B (0 bytes) trimmed

Если диск не поддерживает TRIM, то вы увидите что-то подобное:

fstrim -v /mnt/arhiv/
/mnt/arhiv: the discard operation is not supported

Ещё одним вариантом является запуск команды

$ lsblk -Df

Если столбец DISC-GRAN или DISC-MAX имеют ненулевые значения, то раздел поддерживается TRIM

Проверка поддерживает-ли прошивка (firmware) диска TRIM

Для того чтобы проверить это, установите sg3_utils (j,zpfntkmuj) и lsscsi (не обязательно, но желательно).

# apt-get install sg3_utils lsscsi

Запустите следующие команды для проверки параметра Maximum unmap LBA count и Unmap command supported (LBPU)

# sg_vpd -p bl /dev/sdc | grep -i unmap 
  Maximum unmap LBA count: 4194240
  Maximum unmap block descriptor count: 1
.... 

# sg_vpd -p lbpv /dev/sdc | grep LBPU
  Unmap command supported (LBPU): 1

Если Maximum unmap LBA count и Unmap command supported (LBPU) имеют ненулевые значения, значит устройство умеет работать с TRIM.

Примечание: Автор [8] указывает, что он имел печальный опыт, с некоторыми устройствами, которые показывали, что они поддерживают TRIM в прошивке, например, флэш-накопитель Arcanite USB 3.1 ... но когда я он включить TRIM, он получил несколько ошибок. Затем он попытался запустить fstrim -v / насильно, и в итоге он испортил прошивку диска до такой степени, что диск больше не монтируется и не может быть отформатирован. Поэтому убедитесь, что у вас есть резервная копия любых важных данных, прежде чем пытаться использовать диск, который на самом деле может не поддерживать TRIM!

Включение TRIM

Если ядро не обнаружило способность вашего устройства к разметке данных, то, скорее всего, будет возвращено значение "full". Кроме "full", драйвер SCSI-накопителя ядра в настоящее время знает следующие значения для provisioning_mode:

unmap
writesame_16
writesame_10
writesame_zero
disabled

Проверим все значения provisioning_mode у всех устройств подключенных к компьютеру, например имеем такую картину :

# find /sys/ -name provisioning_mode -exec grep -H . {} + | sort
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:07.0/0000:02:00.0/usb4/4-1/4-1.1/4-1.1:1.0/host6/target6:0:0/6:0:0:0/scsi_disk/6:0:0:0/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:07.0/0000:02:00.0/usb5/5-2/5-2:1.0/host5/target5:0:0/5:0:0:0/scsi_disk/5:0:0:0/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:07.0/0000:02:00.0/usb5/5-4/5-4:1.0/host4/target4:0:0/4:0:0:0/scsi_disk/4:0:0:0/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:11.0/ata1/host0/target0:0:0/0:0:0:0/scsi_disk/0:0:0:0/provisioning_mode:writesame_16
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:11.0/ata2/host1/target1:0:0/1:0:0:0/scsi_disk/1:0:0:0/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:12.2/usb1/1-4/1-4:1.3/host11/target11:0:0/11:0:0:0/scsi_disk/11:0:0:0/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:13.2/usb2/2-4/2-4:1.0/host7/target7:0:0/7:0:0:0/scsi_disk/7:0:0:0/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:13.2/usb2/2-4/2-4:1.0/host7/target7:0:0/7:0:0:1/scsi_disk/7:0:0:1/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:13.2/usb2/2-4/2-4:1.0/host7/target7:0:0/7:0:0:2/scsi_disk/7:0:0:2/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:13.2/usb2/2-4/2-4:1.0/host7/target7:0:0/7:0:0:3/scsi_disk/7:0:0:3/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:13.2/usb2/2-6/2-6:1.0/host8/target8:0:0/8:0:0:0/scsi_disk/8:0:0:0/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:14.1/ata6/host10/target10:0:0/10:0:0:0/scsi_disk/10:0:0:0/provisioning_mode:full
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:14.1/ata6/host10/target10:0:1/10:0:1:0/scsi_disk/10:0:1:0/provisioning_mode:full

# lsscsi
[0:0:0:0]    disk    ATA      HS-SSD-E100 512G 002   /dev/sda 
[1:0:0:0]    disk    ATA      WDC WD5000AACS-0 1B01  /dev/sdb 
[2:0:0:0]    cd/dvd  ATAPI    iHAS124   D      8L07  /dev/sr0 
[4:0:0:0]    disk    StoreJet Transcend        0     /dev/sde 
[5:0:0:0]    disk    Samsung  SSD 870 EVO 1TB  0     /dev/sdc 
[6:0:0:0]    disk    USSD     USSD             5.00  /dev/sdd 
[7:0:0:0]    disk    Generic- SD/MMC           1.00  /dev/sdg 
[7:0:0:1]    disk    Generic- Compact Flash    1.01  /dev/sdh 
[7:0:0:2]    disk    Generic- SM/xD-Picture    1.02  /dev/sdi 
[7:0:0:3]    disk    Generic- MS/MS-Pro        1.03  /dev/sdj 
[8:0:0:0]    disk    ASMT     2235             0     /dev/sdf 
[10:0:0:0]   disk    ATA      SAMSUNG HM250JI  0-08  /dev/sdk 
[10:0:1:0]   disk    ATA      ST31000524AS     JC4B  /dev/sdl 
[11:0:0:0]   disk             TF CARD Storage  2.31  /dev/sdm

Мы раньше узнали, что прошивка диска /dev/sdc поддерживает TRIM. Запускаем команду:

# find /sys/ -name provisioning_mode -exec grep -H . {} + | grep 5:0:0:0
/sys/devices/pci0000:00/0000:00:07.0/0000:02:00.0/usb5/5-2/5-2:1.0/host5/target5:0:0/5:0:0:0/scsi_disk/5:0:0:0/provisioning_mode:full

И завершающий "укол"

echo unmap > /sys/devices/pci0000:00/0000:00:07.0/0000:02:00.0/usb5/5-2/5-2:1.0/host5/target5:0:0/5:0:0:0/scsi_disk/5:0:0:0/provisioning_mode:full

Теперь provisioning_mode имеет значение unmap

Следующий шаг Правильно установим переменную discard_max_bytes

Получаем значение Мaximum unmap LBA count

sg_vpd -p bl /dev/sdc | grep "unmap LBA"
  Maximum unmap LBA count: 4194240

Получаем значение logical block length

sg_readcap -l /dev/sdc | grep length
   Logical block length=512 bytes

Расчитываем discard_max_bytes умножая Мaximum unmap LBA count на logical block length

Устанавливаем значение '''discard_max_bytes'''

 # echo 2147450880 > /sys/block/sdс/queue/discard_max_bytes

Запускаем fstrim
<source lang=text
fstrim -v /mnt/arhiv/
/mmnt/arhiv/: 0 B (0 bytes) trimmed

Всё заработало.

Примечание: fstrim не должен выдавать ошибок, и в зависимости от того, сколько блоков ему нужно очистить, это может занять некоторое время. В случае ошибок выданных fstrim, лучше не использовать на этом диске TRIM.

Создание правила UDEV

По умолчанию на внешних носителях TRIM отключен, а при попытке запустить fstrim путь до внешнего носителя , мы получаем сообщение the discard operation is not supported, если мы проведём вышеуказанные операции , то можно запустить fstrim, но это будет работать только до перезагузки компьютера. Для того, чтобы внешний диск работал всегда надо создать правило udev.

Первым делом узнаём значение idVendor и idProduct жесткого диска :

1 Вариант (работает только для USB устройств):

$ cat /sys/block/sdc/../../../../../../idVendor
174c
$ cat /sys/block/sdc/../../../../../../idProduct
55aa

2 Вариант - использовать lsusb

# lsusb
Bus 004 Device 003: ID 174c:55aa ASMedia Technology Inc. ASM1051E SATA 6Gb/s bridge, ASM1053E SATA 6Gb/s bridge, ASM1153 SATA 3Gb/s bridge, ASM1153E SATA 6Gb/s bridge

Создаёи правило udev :

# echo 'ACTION=="add|change", ATTRS{idVendor}=="174c", ATTRS{idProduct}=="55aa", SUBSYSTEM=="scsi_disk", ATTR{provisioning_mode}="unmap"' >>/etc/udev/rules.d/10-uas-discard.rules

Или открываем в редакторе и вписываем строку:

ACTION=="add|change", ATTRS{idVendor}=="174c", ATTRS{idProduct}=="55aa", SUBSYSTEM=="scsi_disk", ATTR{provisioning_mode}="unmap"

mcedit /etc/udev/rules.d/10-uas-discard.rules

Перезагружаю правила udev:

# udevadm control -R -S

Монтирую устройство

$ udisksctl mount -b /dev/sdd1

Проверяю работу ftrim

# lsblk -Df
...
─sdd1        0      512B       4G         0 ext4   1.0   Arhiv2       be4327fe-6153-4698-ad46-03a4b74abce6
...

Для точки монтирования /media/Arhiv/

# fstrim -v /media/Arhiv/
/media/Arhiv/: 0 B (0 bytes) trimmed

Ссылки :

1. Solid_state_drive_(Русский)
2. Включение TRIM на внешнем SSD на Raspberry Pi (eng)
3. Как правильно активировать TRIM для вашего SSD в Linux (eng)