TRIM SSD диска, объясняем для чего он нужен
Что такое TRIM у SSD диска?
Вы когда-нибудь замечали, что, когда вы заходите в настройки Windows, чтобы проверить состояние ssd накопителей, там написано «оптимизация и дефрагментация»? Что именно оптимизируется и зачем это нужно? Это то же самое, что дефрагментация, или что-то совершенно другое? Все подобные вопросы заслуживают подробных ответов, поэтому в этой статье мы разберем этот вопрос.
TRIM ssd диска — это процесс, который помогает всегда поддерживать на уровне производительность твердотельного накопителя. TRIM работает путем периодического стирания блоков данных, которые больше не используются. Затертые данные не всегда удаляются сразу, так как это сложный процесс, и алгоритм сам решит, когда именно произойдет затирание данных. Но когда это происходит, это не только освобождает место на диске, но и помогает SSD работать лучше и дольше.
Просто, да? Однако то, что происходит на самом деле, немного сложнее.
Чтобы понять, почему твердотельные накопители не удаляют файлы, когда вы нажимаете на кнопку «удалить», для этого нам нужно быстро пройтись по теории процесса удаления данных. Приведенный ниже ssd Samsung относится к относительно старым моделям sata ssd (850 Pro), но даже новейшие твердотельные накопители не сильно отличаются с точки зрения компонентов, из которых и состоит сам диск.
Чип посередине — это процессор, который управляет всеми инструкциями, потоком данных, шифрованием и другими алгоритмами. Над ним находится с небольшим объемом DRAM, который действует как кэш инструкций и данных, а также хранит таблицу местоположений данных на диске. Справа и ниже процессора находятся два модуля флэш-памяти NAND — это чипы, в которых хранятся все данные, и именно в них нам нужно разобраться.
Глубоко внутри этих чипов находятся миллиарды мельчайших компонентов, называемых металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы с плавающим затвором и улавливанием заряда. Поскольку это название не совсем слетает с языка, эту технологию обычно называют флэш-памятью с ловушкой заряда (CTF), и она является наиболее часто используемой системой для хранения данных в современных твердотельных накопителях.
Каждая CTF действует как отдельная единица хранения, известная как память или битовая ячейка, к которой подключены три эл. дорожки. CTF сгруппированы вместе, сначала как длинный столбец (строка), содержащий от 32 до 128 ячеек.
Ячейки в строке имеют общую трассу (битовую строку), которая используется для чтения хранящихся в них данных. Те, которые находятся в одной строке друг с другом (известные как page-страница), все подключены к общей трассе (Word line). Линии выбора строки и земли используются в сочетании с Word line, чтобы определить, происходит ли процесс чтения, записи или стирания.
Массив строк и страниц образует так называемый блок. Размеры страниц и блоков сильно различаются: первые имеют размер всего 4 КБ, а вторые — 512 КБ, хотя многое зависит от производителя и модели. Один кристалл флэш-памяти NAND будет состоять из тысяч блоков, а сами модули флэш-памяти могут содержать несколько кристаллов. Эти обширные, сложные сети дорожек и транзисторов и составляют каждое устройство флэш-памяти, от USB-накопителей стоимостью в несколько сотен рублей до многотерабайтных твердотельных накопителей промышленного уровня, в том числе ssd для ноутбука или компьютера.
Флэш-память NAND
Страницы и блоки важны, потому что все ячейки памяти в этой структуре имеют одну и ту же подложку — кусок полупроводникового материала, такого как кремний, на котором построены все транзисторы. Чтобы стереть данные из любой ячейки, необходимо использовать высокое отрицательное напряжение, заставляя любые электроны, хранящиеся в CFT, течь в подложку. К сожалению, это означает, что процесс стирания очищает каждую ячейку в блоке, а не только одну из них.
Еще одна особенность флэш-памяти NAND заключается в том, что ячейки памяти не могут быть заполнены новыми данными до тех пор, пока все ячейки не будут очищены. Другими словами, твердотельные накопители никогда не записывают новые данные напрямую поверх старых, как это делают традиционные hdd диски. И там, где стирание должно выполняться на уровне блоков, запись в них выполняется на уровне страниц, а это означает, что записывание в ssd диске происходит намного быстрее, чем стирание.
Процесс записывание и стирания также каждый раз повреждает ячейки памяти, изнашивая слой внутри транзистора, хранящий заряд. Чтобы увеличить срок службы микросхем, процессор, управляющий ими, в цикличном режиме перебирает все блоки, до тех пор, пока не пройдется по каждому, прежде чем вернуться к началу. Флэш-память NAND определенно странная - быстро пишет, медленно стирает, и вредит сама себе при выполнении любой операции!
Разбрасывать мусор
Теперь давайте вернемся к пониманию того, что такое TRIM SSD. Для этого возьмем воображаемый SSD диск со страницами по 4 КБ и блоками по 256 КБ, то есть 64 страницы на блок. Что произойдет, если вы захотите удалить один файл, который занимает 3056 КБ на вашем SSD диске? Этот файл будет занимать 764 страницы — 11 полных блоков и один с 60 из 64 используемых страниц. Как мы можем удалить этот файл, не рискуя затронуть последние 4 страницы, поскольку они могут содержать данные для другого файла? Кажется, мы в тупике!
Спасение приходит в виде команды TRIM SSD. Все данные остаются на накопителе до тех пор, пока не будет получено явное указание что-то с этим сделать. Файлы и папки, которые были удалены операционной системой, помечаются как ненужные, и при выполнении команды TRIM SSD, таблица, хранящаяся в DRAM (или в самой флэш-памяти NAND, если на диске нет DRAM) после этого обновляется, чтобы отразить изменения.
Обратите внимание, что не все производители твердотельных накопителей используют термин TRIM, но Windows использует его, поэтому мы будем придерживаться этого термина. Данные не стираются сразу после отправки команды TRIM SSD — это происходит либо когда диск простаивает, либо когда он в следующий раз записывает какие-то данные в блок. Какой метод использовать, зависит от производителя: например, модели потребительского уровня обрабатывают стирание в режиме ожидания, а модели корпоративного уровня обычно делают это при записи. Данные, помеченные для удаления, стираются, когда программа флэш-памяти NAND запускает процесс, называемый «сборкой мусора». Это включает в себя чтение блока, и любые страницы, которые необходимо сохранить, копируются в кеш, и затем записываются в полностью пустой блок. Затем предыдущие страницы вместе со страницами, помеченными для удаления, стирается. В некотором смысле этот процесс для твердотельных накопителей является тем же, чем и дефрагментация для традиционных жестких дисков (HDD), но это не одно и то же.
Является ли TRIM тем же, что и дефрагментация?
TRIM ssd диска и дефрагментация — это не одно и то же. Дефрагментация — это процесс, который используется для оптимизации производительности жестких дисков (HDD) путем переупорядочения данных на диске таким образом, чтобы они сохранялись непрерывно. Это повышает эффективность накопителя за счет сокращения времени, необходимого для чтения и записи данных. С другой стороны, TRIM специфичен для твердотельных накопителей и используется для поддержания производительности диска с течением времени. Использование флэш-памяти означает, что ssd диски имеют ограниченное количество циклов записи. Когда данные удаляются с твердотельных накопителей, занимаемое ими пространство не сразу становится доступным для повторного использования. Вместо этого прошивка диска помечает пространство как «недопустимое» и не перезаписывает его до тех пор, пока не будет выполнен процесс TRIM. Этот процесс помогает предотвратить замедление работы диска.
«Сборка мусора» благотворно влияет на срок службы SSD диска и его общую производительность, а TRIM просто делает работу твердотельного накопителя лучше (иногда эти два термина используются взаимозаменяемо). Это связано с тем, что без команды «сборщик мусора» на ssd диске будут постоянно уплотнятся заполненные блоки страницами. Чтобы сохранить только что стертые блоки доступными для записывания, но это означает, что нежелательные страницы также будут перемещены, что приведет к пустой трате времени и увеличению износа ячеек памяти. Поскольку TRIM явно указывает, какие страницы теперь являются нежелательными, их можно не трогать во время сборки мусора и удалять по мере необходимости.
Чтобы проверить активацию опции TRIM в современных операционных системах (Windows 7 и выше), которая включена по умолчанию, необходимо запустить "Командную строку" от имени администратора. Введите команду «fsutil behavior query disabledeletenotify» и нажмите Enter. Если TRIM включен, система выдаст значение 0, как показано на скриншоте. Если он отключен, значение будет равно 1.
Автоматизация TRIM
Процесс TRIM автоматически запускается Windows, когда вы безвозвратно удаляете файл (то есть удаляете его из корзины), но это не происходит мгновенно. Он добавляется в очередь и обрабатывается, когда SSD диск готов для этого. Однако эта очередь имеет максимальный размер и, если она будет заполнена, некоторые из этих запросов TRIM будут удалены. По умолчанию Windows планирует повторный запуск команд TRIM на регулярной основе.
Вы можете сами управлять этим процессом, но это делать не рекомендуется. Если вы настаиваете, перейдите в проводник, щелкните правой кнопкой мыши диск, выберите «Свойства», а затем перейдите на вкладку «Сервис». Наконец, нажмите на кнопку с надписью «Оптимизировать». Если на вашем ПК нет твердотельных накопителей, оптимизация просто запускает обычную дефрагментацию диска, но для устройств с флэш-памятью NAND нажатие этой кнопки повторно выдаст команду TRIM. На самом деле вы не заставите диск что-то делать во вред. Не беспокойтесь о том, что запускаете процесс слишком часто, SSD прекрасно сам о себе позаботится!
Почему в некоторых случаях твердотельные накопители не могут быть оптимизированы?
Это потому, что ssd диск использует динамический том, который не поддерживает обрезку. Базовые тома распознают команду TRIM, и для большинства пользователей в любом случае лучше использовать этот тип тома диска. Если ваша операционная система или конфигурация SSD не поддерживает TRIM, это не очень плохие новости — «сборка мусора» все равно происходит, но этот процесс не так эффективен. Старые удаляются просто потому, что диск в конечном итоге перезапишет в какой-то момент ненужные страницы. Для ПК с Windows 7 TRIM поддерживается только на твердотельных накопителях SATA. Для машин с NVMe дисками trim доступен только в Windows 8, 10 и 11. TRIM был добавлен в MacOS в последнем обновлении Snow Leopard еще в 2011 году. Большинство дистрибутивов Linux также поддерживают эту операцию, но не все файловые системы совместимый — говоря об этом, RAID-системы обычно не поддерживают TRIM, хотя ситуация постепенно улучшается. Теперь вы знаете, что такое TRIM и чем он полезен для вашего SSD диска. А для удобного поиска и выбора интересующего вас товара пользуйтесь нашим каталогом цен в интернет магазинах Alligator.
