SSD an Chipsatz ohne TRIM... Folgen?

Simple Info?

Der Preis ist, daß die Schreibleistung einer SSD massiv degradiert. Weit weniger massiv, wenn die SSD Garbage Collection beherrscht, was deine tut. Gibt's Tools? Nein. Wenn dein Controllertreiber das nicht kann, hilft auch kein Tool, Ende.

Umfangreiche Info? Siehe hier:

TRIM ist ein ATA Kommando, das von drei Layern im I/O Stack unterstützt werden muß: Vom Dateisystemtreiber, vom SATA/SAS Controller bzw. dessen Firmware, und von der SSD an sich. Das Kommando *muß* vom Dateisystemtreiber oder einem an ihn gebundenen Dienst angewiesen werden, weil das aus logischen Gründen nicht anders gehen kann, s.u. Die Q300 (in 15nm wie 19nm Ausführung) basiert auf einem Controller der Toshiba Alishan Familie, der Garbage Collection beherrscht, daher brauchst dir wohl nicht wirklich so viele Sorgen zu machen. Details zum GC Algorithmus bzw. dessen Funktionalität kann ich nicht bereitstellen, weil das unter Verschluß liegt. Es "soll funktionieren". Jo.

Details: Das TRIM Problem resultiert aus einem Auflösungsproblem: Der I/O Scheduler des Betriebssystems löst feiner auf, als das darunter liegende Blockdevice. Der I/O Scheduler will z.B. einen 512 Byte Sektor schreiben, das kleinste adressierbare Atom auf einer SSD ist aber ggf. 512kiB oder 1MiB groß. Sprich: Es kann nichts kleineres adressiert werden. I/O Scheduler basieren aber nach wie vor auf sehr altem Code, der keine derartig riesigen Sektorgrößen unterstützen kann, daher emulieren SSDs 512b oder 4Kn Sektoren.

Wenn das OS also 512 Bytes schreibt, schreibt die SSD z.B. 1MiB, ohne zu wissen wo genau innerhalb der 1MiB diese "echten" 512b Daten liegen (Die SSD *kann* das nicht wissen, wenn der Controller auf der SSD einfach nichts kleineres als 1MiB ansprechen kann). Wenn du also eine 1GiB SSD hast, besteht die ggf. aus 1024 Blöcken zu je 1MiB. Wenn du jetzt 1024×512 Bytes schreibst (mit großen Zeitabständen), kannst du mit nur 512kiB alle Blöcke der SSD beschrieben haben. Es ist NICHTS mehr frei! Warum? Weil die SSD nicht genau weiß, wo die Daten liegen, und wie groß sie sind. Für das Betriebssystem waren es 1024 Writes mit je 512b Größe. Für die SSD waren das aber 1024 Writes mit je 1MiB Größe, die 1GiB SSD ist jetzt also "voll".

Das stimmt auf Blockdeviceebene, aber das Dateisystem weiß natürlich, daß das nicht die ganze Wahrheit ist. Leider isses aber nicht so simpel, auf einer hohen Ebene feingranular zu arbeiten, wenn die untere Ebene das nicht kann.

Jetzt kommt noch ein Schreibrequest rein, das Dateisystem will nochmals 512b schreiben. Das GEHT aber nicht mehr, weil die SSD nicht weiß wohin. Alle für die SSD 1MiB großen Atome sind "voll", sie kann ja nichts feingranulareres ansprechen.

Nun passiert der Read-Modify-Write Zyklus: Die SSD wählt einen beliebigen 1MiB Block aus, und es kommt zu einem vollständigen Einlesen dieses Blocks. Er wird ans Betriebssystem zurückgereicht. Das Betriebssystem bzw. dessen Dateisystemtreiber weiß, welcher (kleine) Dateisystemblock wie genau zu welchem (logischen, größeren!) Datenträgerblock passt, und wo genau innerhalb des Datenträgerblocks der entsprechende Dateisystemblock liegt. Derartige Infos sind in der $MFT oder in inode Tables oder in FATs hinterlegt. Der Block wird also von der SSD gelesen, dann mit den neuen 512b im System RAM modifiziert, wonach die ganzen 1MiB wieder über den alten Block überschrieben werden.

Das ist der Preis, den man zahlt, wenn man eine SSD ohne TRIM und GC betreibt. Diese Zyklen sind teuer.

Was macht TRIM? Es liest die Dateisystemstruktur aus $MFT, inodes, FATs oder was auch immer ein, und sucht SSD Blöcke die nach Löschoperationen* am Dateisystem wieder frei sein müßten. Diese SSD Blöcke werden genullt, und damit als "frei" markiert. Die SSD kann nun wieder volle 1MiB Blöcke schreiben, ohne diese erst vorher einlesen und kompliziert modifizieren zu müssen. Sprich: Die feingranularere Adressierungsebene des Dateisystems wird mit der grobgranulareren der SSD synchronisiert, soweit als möglich.

The End.

*Löschoperationen sind reine "Pointer Removals" im Dateisystem. Die SSD kriegt davon nichts mit, die SSD Blöcke bleiben also "schmutzig" ohne TRIM.

Ich hoffe, ich habe das nicht zu kompliziert oder verwirrend geschrieben...