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TRIM

Dieser Artikel wurde für die folgenden Ubuntu-Versionen getestet:

Zum Verständnis dieses Artikels sind folgende Seiten hilfreich:

Hinweis:

Dieser Artikel ist Teil der Artikelserie SSD, welche das Thema Solid State Drives behandelt.
Dieser Artikel geht in allen Beschreibungen davon aus, dass die SSD als /dev/sda im System eingebunden ist. Die Befehle müssen bei davon abweichenden Systemen daher gegebenenfalls angepasst werden.

Wiki/Icons/SSD.png TRIM ist ein sehr wichtiger Befehl zur Markierung ungenutzter oder ungültiger Datenblöcke auf Speichermedien zum Zweck der späteren Wiederbeschreibung. Ausführliche Informationen zur Arbeitsweise von TRIM stehen im Artikel SSD/Begriffsdefinitionen.

Über die Ende 2008 mit dem Kernel 2.6.28 eingeführte Discard-Funktion (englisch: discard – (etwas) verwerfen) können Dateisysteme den Kernel anweisen, dem Datenträger leere Bereiche zu melden. Seit Kernel 2.6.33 kann Linux direkt über ein ATA-Kommando diese Information (via SATA) weitergeben – nahezu alle aktuellen SSD verstehen diesen TRIM-Befehl.

Um nun die TRIM-Funktion nutzen zu können, müssen einige Voraussetzungen erfüllt sein: So müssen die SSD als auch der Kernel TRIM unterstützen. Der Artikel SSD/TRIM/Testen erklärt, wie man TRIM der SSD und des Kernels auf Funktion überprüfen kann.

Hinweis:

Es gibt verschiedene Meinungen zur Nutzung von TRIM (siehe Abschnitt Links): Manche sprechen sich dafür aus, den TRIM-Befehl über die Mountoptionen in /etc/fstab (genannt „Online Discard“) zu setzen, andere führen TRIM manuell aus (genannt „Batched Discard“), andere wiederum sind der Meinung, dass all dies, wenn der Kernel und die SSD „trimmen“ können, kontraproduktiv sei.
Um für sich selbst und die eingesetzte Hardware die optimalen Einstellungen zu finden, sollte man mit den einzelnen Einstellungen die Performancetests durchführen und sich dann für die jeweilige beste/schnellste Lösung entscheiden.

Welches Dateisystem (Journaling)

Laut Computermagazin c't kompakt 01/2012 Linux ist die Wahl des besten Dateisystems zurzeit ext4, da dessen Arbeitsweise der SSD entgegenkommt. In Zukunft kann das sich noch in der Entwicklung befindliche Dateisystem Btrfs das Rennen um das beste Dateisystem für SSD machen, bietet es doch speziell auf die Betriebsart von SSD zugeschnittete Arbeitsweisen und die Vermeidung von Overhead.

Die vermeintlichen Tipps, ein Abschalten des Journalings steigere die Performance der SSD und verringere die Schreibzugriffe auf selbige, halten sich hartnäckig im Netz. Die nötigen Schreibvorgänge verringern sich durch das Abschalten tatsächlich, allerdings nimmt man ein weitaus höheres Risiko eines Datenverlustes in Kauf, so dass dieses Risiko den Performance-Vorteil nicht wert ist. Der sogenannte Overhead, der durch das Journaling entsteht, liegt nur zwischen vier und zwölf Prozent.

Exkurs - Journaling auf SSD

Wie Theodore 'Ted' Ts'o, Hauptentwickler des Dateisystems ext, beschreibt {en} , kann man bei modernen SSD das sogenannte Journal ebenfalls auf die SSD schreiben, ohne dass diese dadurch Schaden nehmen. Es gehe dabei eher um ältere Modelle der SSD, welche noch nicht vom Wear Levelling geschützt waren. Ts'o schreibt, dass Intel für seine SSD angibt, dass diese mindestens fünf Jahre laufen. Intel legte dazu den Parameter bei 10 Gigabyte an zu schreibenden Daten pro Tag fest (siehe auch Haltbarkeit der SSD).

Abschalten des Journalings

Achtung!

Das Abschalten des Journaling birgt einige schwerwiegende Risiken und sollte wirklich nur von Anwendern vollzogen werden, die wissen was sie tun!

Möchte man wirklich das Journaling abschalten, so kann man eine ext4-Partition wie folgt im Terminal [3] partitionieren:

mke2fs -t ext4 -O ^has_journal /dev/sda 

Des Weiteren sollte man, hat man das Journaling abgeschaltet, die Mountoption data=writeback in /etc/fstab eintragen. Im Abschnitt Links gibt es eine ausführlichere Beschreibung der Option data=writeback.

TRIM (ext4)

Eine SSD lässt sich ausgezeichnet unter dem aktuellen Ubuntu-Dateisystem namens ext4 betreiben.

Hinweis:

ext4 ist seit Ubuntu 9.10 Karmic Koala das Standard-Dateisystem Ubuntus. Demnach geht dieser Artikel auch nur auf ext4 als Dateisystem ein. Bei Fragen zu Unterschieden zwischen ext2, ext3 und ext4 sei auf das ext-Wiki {en} verwiesen (siehe Links).

Linux unterstützt zwei Arten des Discard (nähere Details in der nachfolgenden Tabelle):

  • Batched Discard – Der Befehl fstrim /mnt/point/ weist das Dateisystem an, ungenutzte Bereiche zu suchen und diese dem Controller der SSD zu melden. Dieser Befehl muss sporadisch und manuell vom Anwender ausgeführt werden.

  • Online Discard – Der Kernel informiert das Laufwerk sofort, wenn Speicherbereiche durch Löschen von Dateien frei werden. Diese Funktion ist von Haus aus deaktiviert und muss vom Anwender in /etc/fstab mit der Option discard eingeschaltet werden.

Fähigkeit des Dateisystems einen „Batched Discard“ oder „Online Discard“ durchzuführen
Batched Discard Online Discard
Dateisystem ext4 ab Kernel 2.6.37 Dateisystem ext4 ab Kernel 2.6.33
Dateisysteme ext2, ext3, XFS ab Kernel 2.6.38 Dateisystem XFS ab Kernel 3.0
Dateisystem btrfs ab Kernel 2.6.39 Dateisystem btrfs ab Kernel 2.6.32
Dateisysteme NTFS-3G, FAT Dateisysteme NTFS-3G, FAT

Automatischer TRIM ab Ubuntu 14.04 LTS

Mit Ubuntuversion 14.04 wurde ein wöchentlicher automatischer TRIM bei einigen SSD eingeführt. Dazu wird die Datei fstrim im Verzeichnis /etc/cron.weekly erstellt, die wiederum das Script fstrim-all ausführt. Dieses durchläuft alle aktiven Dateisysteme auf der Suche nach einer SSD. Stellt es fest, dass sich ein oder mehrere Dateisysteme auf einer SSD befinden, wird fstrim automatisch gestartet.

Zurzeit wird der TRIM noch über eine Positivliste (englisch: Whitelist) durchgeführt, da es bei einigen SSD mancher Hersteller offenbar zu Datenverlusten kommen kann, wenn parallel zum TRIM viele I/O-Operationen stattfinden (siehe 1259829). Ein automatischer TRIM wird derzeit bei SSDs von Intel, Samsung, OCZ, SanDisk und Patriot durchgeführt.

Möchte man eine vorhandene SSD von einem Hersteller auto-trimmen, der nicht auf der Whitelist steht (weil man sich sicher ist, dass die eigene SSD nicht von diesen Problemen betroffen ist), kann man in der Datei /etc/cron.weekly/fstrim die Option --no-model-check an den fstrim-Befehl hängen, so dass der Befehl dann wie folgt aussieht:

exec fstrim-all --no-model-check

TRIM per Batched Discard

Trimmen per „Batched Discard“ ist sehr einfach. Dies kann man manuell mit folgendem Befehl in einem Terminal [1] mit Root-Rechten [2] oder aber regelmäßig zum Beispiel per Cronjob durchführen.

sudo fstrim -v /               ## oder sudo fstrim -v /home 

Als Ausgabe erhält man mit der Option -v eine Ausgabe, wie viele Bytes getrimmt wurden:

/home: 1825476608 bytes were trimmed

In diesem Beispiel wurden ungefähr 1,825 GB getrimmt. Wie oft man dieses Verfahren anwenden muss und wie lange es dann jeweils dauert, hängt sehr stark vom eigenen Gebrauch der SSD bzw. deren Benutzung ab, so dass man dafür keinerlei Empfehlung abgeben kann.

Will man ein Batched Discard regelmäßig automatisch ausführen lassen, so erzeugt man mit einem Editor mit Root-Rechten die Datei /etc/cron.weekly/batched_discard (wöchentlich) bzw. /etc/cron.daily/batched_discard (täglich) mit folgendem Inhalt:

1
2
3
4
5
#!/bin/sh
LOG=/var/log/batched_discard.log
echo "*** $(date -R) ***" >> $LOG
fstrim -v / >> $LOG
fstrim -v /home >> $LOG

Da der Cronjob mit Root-Rechten ausgeführt wird, ist hier kein sudo erforderlich.

Danach muss die Datei noch ausführbar gemacht werden:

sudo chmod 755 /etc/cron.weekly/batched_discard 

Dieses Beispiel setzt voraus, dass sich auf der SSD eine Root- und eine Home-Partition befinden - ist dies nicht der Fall, muss der Code entsprechend angepasst werden.

Die Ergebnisse des Cronjobs werden mit Zeitstempel versehen in die Logdatei /var/log/batched_discard.log geschrieben. Zum Ansehen verwendet man das Kommando

tail /var/log/batched_discard.log 

TRIM per Online Discard

Hinweis:

Für SSDs der ersten Baureihen fanden sich Berichte, wodurch die per „Online Discard“ entstehenden TRIM-Befehle die Performance der SSD reduzieren oder diese unbenutzbar machen könnten. Bei aktuellen SSDs ist dieses Problem nicht bekannt.

Ab Ubuntu 14.04 sollte man bei den Marken SSD (Intel, Samsung, OCZ, ScanDisk sowie Patriot) auf diesen Eintrag in der /etc/fstab verzichten. Dann wird der TRIM-Befehl über /etc/cron.weekly/fstrim aufgerufen.

Um die TRIM-Funktion „Online Discard“ bis einschließlich Ubuntu 13.10 nutzen zu können, mit deren Hilfe das Betriebssystem der SSD mitteilt, welche Datenbereiche nicht mehr benötigt werden und damit als gelöscht angesehen werden können, müssen einige Mountoptionen in der /etc/fstab gesetzt werden.

Man öffnet dazu mit Root-Rechten [2] einen Editor [3] und ergänzt in der Datei /etc/fstab [4] die bestehenden Zeilen mit den Optionen discard und noatime:

UUID=EIGENE_FESTPLATTE	/	ext4	 discard,noatime,errors=remount-ro	 0       1

Die Option discard sorgt dabei dafür, dass TRIM-Befehle vom ext4-Dateisystem an den Controller der SSD durchgereicht werden, wenn Blöcke frei werden. Diese Option muss manuell gesetzt werden, da sie zurzeit noch deaktiviert ist {en} („…but it is off by default until sufficient testing has been done.“).

Die Option noatime sorgt dafür, dass durch die Nicht-Protokollierung von Zugriffszeiten die Festplattenaktivitäten reduziert werden, da nicht jedes mal bei einem Dateizugriff die Inodetabelle aktualisiert werden muss. Nach einem Neustart des Rechners sind beide Optionen aktiv.

Exkurs - Mountoption relatime

Aktuelle Ubuntuversionen binden Laufwerke von Haus aus mit der Mountoption relatime (Relative Access Time) ein, was die Arbeit der SSD deutlich erleichtert. (Das ausdrückliche Hinzufügen dieser Mountoption in der /etc/fstab ist seit Ubuntu 8.04 nicht mehr notwendig.) Der Kernel aktualisiert die letzte Zugriffszeit (Access Time) auf Dateien dann nur in bestimmten Zeitintervallen, die jedoch für nahezu alle Programme vollkommen ausreichend sind.

Des Weiteren kann man, möchte man das Journaling nicht komplett abschalten (siehe Exkurs: Journaling auf SSD), die Mountoption data=ordered in /etc/fstab eintragen, welche einen guten Kompromiss zwischen vollem Journaling und gar keinem darstellt.

Ein Vergleichstest zwischen de- und aktivierter Mountoption discard ist unter Links zu finden.

TRIM mit Festplattenverschlüsselung

Damit ein „Batched Discard“ oder „Online Discard“ auf einer mit dm_crypt (LUKS) verschlüsselten Festplatte funktioniert, muss zusätzlich zur Datei /etc/fstab auch in der Datei /etc/crypttab die discard-Option eingetragen werden [2][3]. Dazu fügt man hinter die Zeile des verschlüsselten Gerätes die Option discard ein (im Beispiel gelb markiert):

sda3_crypt UUID=e364d03f-[...]6cd7e none luks,discard

Dabei kann der Name des verschlüsselten Gerätes je nach Art der Installation vom hier gezeigten Beispiel "sda3_crypt" abweichen. Danach ist noch das initramfs mit:

sudo update-initramfs -u -k all 

zu aktualisieren.

Nach dem Neustart sollte TRIM tadellos funktionieren. Mit:

sudo dmsetup table /dev/mapper/sda3_crypt 

kann überprüft werden ob die discard-Option aktiv ist (sda3_crypt ist entsprechend anzupassen, falls das Gerät anders heißt):

0 975718448 crypt aes-xts-plain64 00000000 0 8:2 4096 1 allow_discards

Falls am Ende allow_discards steht, ist alles ok.

TRIM der Swap-Partition

Seit Version 2.6.29 kann der Kernel TRIM per Discard auf Swap-Partitionen durchführen. „Online Discards“ können auch hier zu Einbußen der Performance der SSD führen. Seit Kernel 2.6.36 ist TRIM auf Swap-Partitionen daher optional und muss vom Anwender über die Swapon-Option -d oder über /etc/fstab und der Option discard aktiviert werden.

Davon unabhängig führt Swapon beim ersten Start des Swap einen Discard aus, was für normale Desktops und Notebooks, die nur ab und zu Speicher in den Swap auslagern, vollkommen ausreichend ist. Anwender, die damit leben können, brauchen also für die Swap-Partition keine Vorkehrungen bezüglich TRIM/Discard treffen.

TRIM mit Btrfs

Achtung!

Benutzt man btrfs als Dateisystem, sollte das Skript wiper.sh auf keinen Fall angewendet werden (siehe Abschnitt Links – Projekt hdparm/wiper.sh)!

Setzt man btrfs als Dateisystem ein, so ist das Journaling nicht so umfangreich, wie beim Dateisystem ext, da btrfs nur Metadaten speichert. Metadaten-Journaling garantiert lediglich die Konsistenz des Dateisystems, wohingegen beim Full-Journaling (ext3/ext4) auch die Konsistenz der Dateiinhalte gewährleistet wird. (siehe Journaling-Dateisystem).

Wurde bei einer Installation btrfs als Dateisystem ausgewählt, wird automatisch die Mountoption -o ssd gesetzt, sofern eine SSD als Festplatte erkannt wurde. Laut Btrfs-Wiki {en} geschieht dies per Standard ab Kernel 2.6.31. Man kann diese Mountoption jederzeit manuell nachtragen /entfernen.

Die Mountoption ssd sorgt für Folgendes:

  • Platziert neue Abgrenzungen in Bereiche, die mehrheitlich nicht belegt sind (Places new extents into areas that are mostly free)

  • Kombiniert neue Schreibvorgänge von vielen verschiedenen Dateien ohne eine Fragmentierung zu verhindern (Combines new writes from many different files without trying to prevent fragmentation)

  • Effektiv mit high-end SSD (Effective on high end SSD)

Des Weiteren kann man auch die folgenden Btrfs-Mountoptionen setzen:

  • ssd_spread

    • Platziert neue Abgrenzungen in Bereiche, die mehrheitlich nicht belegt sind (Places new extents into areas that are mostly free)

    • Überschreibt einen kompletten gelöschten Block auf der SSD (More likely to overwrite an entire erasure block in the SSD)

  • Man sollte nicht die Option discard (ab Kernel 2.6.32) verwenden, siehe Verbotene-Mountoptionen.

Mit dem Befehl

cat /sys/block/sda/queue/rotational 

im Terminal [3] kann man überprüfen, ob die eben gemachten Änderungen in /etc/fstab – nach einem Neustart des Rechners – korrekt übernommen wurden. Das Ergebnis sollte 0 sein.

Hinweis:

Ein gesondertes Setzen der Option für einen TRIM-Befehl ist ab Ubuntu 14.04 nicht mehr erforderlich. Dies wird über die Datei /etc/cron.weekly/fstrim erledigt.

Diese Revision wurde am 18. April 2014 12:01 von aasche erstellt.
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