ubuntuusers.de

Du betrachtest eine alte Revision dieser Wikiseite.

TRIM

Dieser Artikel wurde für die folgenden Ubuntu-Versionen getestet:


Du möchtest den Artikel für eine weitere Ubuntu-Version testen? Mitarbeit im Wiki ist immer willkommen! Dazu sind die Hinweise zum Testen von Artikeln zu beachten.

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 (Abschnitt „TRIM“).

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. Dies zeigen die beiden nachfolgenden Tests Testen des TRIM der SSD und Testen des TRIM des Kernels.

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 🇬🇧 , 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.

Testen des TRIM der SSD

Um zu überprüfen, ob eine SSD die TRIM-Funktion unterstützt, nutzt man den folgenden Befehl in einem Terminal [1] mit Root-Rechten [2] :

sudo hdparm -I /dev/sda | grep -i TRIM 

Im Positivfall enthält die Ausgabe eine der folgenden Zeilen:

	   *	Data Set Management TRIM supported
	   *	Data Set Management TRIM supported (limit N blocks)
           *    Data Set Management TRIM supported (limit unknown)

Der Stern (*) zeigt an, dass die Option verfügbar ist.

Zu beachten ist außerdem, dass es mehrere Typen von SSDs gibt, die sich darin unterscheiden, welche Daten für per TRIM freigebene Datenblöcke zurückgeliefert werden. Zu erkennen ist der Typ an einer zusätzlichen Ausgabezeile:

  • Typ 1 – liefert beliebige Daten zurück, nicht jedoch die Ausgangsdaten vor TRIM:

	   *	Deterministic read data after TRIM
  • Typ 2 – liefert Nullen zurück:

	   *	Deterministic read ZEROs after TRIM
  • Typ 3 – keine zusätzliche Ausgabezeile, das Verhalten für freigegebene Datenblöcke ist undefiniert.

Testen des TRIM des Kernels

Nur für SSDs des oben beschriebenen Typ 2 kann man in einem Terminal [1] mit Root-Rechten [2] sehr einfach testen, ob der automatische TRIM (ab Kernel 2.6.33) funktioniert. Das folgende Verfahren zeigt, wie man vorgeht:

cd /									# man kann auch nach home wechseln, wenn es auf der SSD liegt
sudo dd if=/dev/urandom of=tempfile count=100 bs=512k oflag=direct	# man braucht kein sudo, wenn home auch auf der SSD liegt 

Die Ausgabe zeigt in etwas das Folgende:

100+0 Datensätze ein
100+0 Datensätze aus
52428800 Bytes (52 MB) kopiert, 8,23889 s, 6,4 MB/s

Der nächste Befehl generiert Informationen zum eben erzeugten tempfile:

sudo hdparm --fibmap tempfile 

Das Ganze sieht wie folgt aus:

tempfile:
 filesystem blocksize 4096, begins at LBA 54528000; assuming 512 byte sectors.
 byte_offset  begin_LBA    end_LBA    sectors
           0   57438208   57439231       1024
      524288   57469952   57477119       7168
     4194304   57632768   57673727      40960
    25165824   57722880   57755647      32768
    41943040   57968640   57989119      20480

Davon kopiert/merkt man sich die erste Nummer, die unter begin_LBA steht, da diese im nächsten Befehl gebraucht wird. In diesem Fall ist das die Nummer 57438208. Die nachfolgenden Befehle setzen voraus, dass die SSD unter /dev/sda zu finden ist.

sudo hdparm --read-sector 57438208 /dev/sda		# die Zahl 57438208 muss mit der eigenen ersetzt werden 

Man erhält daraufhin eine lange Liste vierstelliger Buchstaben und Zahlen. Wichtig ist die folgende Ausgabe:

/dev/sda:
reading sector 57438208: succeeded

Mit den nächsten beiden Befehlen löscht man das oben erzeugte tempfile und synct dann die SSD:

sudo rm tempfile
sync 

Auch nachdem man das tempfile gelöscht hat, sind die Sektoren der SSD noch nicht geleert. Man wartet nun einige Sekunden/Minuten und gibt dann zur Kontrolle erneut den obigen Befehl ein:

sudo hdparm --read-sector 57438208 /dev/sda		# die Zahl 57438208 muss mit der eigenen ersetzt werden 

Bei erfolgreichem automatischem TRIM erhält man als Ausgabe erneut

/dev/sda:
reading sector 57438208: succeeded

dieses Mal jedoch gefolgt von einer langen Liste vierstelliger Nullen (statt der vorher kryptischen Zahlen/Buchstaben). Dies bedeutet, dass das automatische TRIM funktioniert.

Testen des Kernel-TRIM allgemein

Da die obige Methode nicht bei der Verwendung von LUKS oder LVM funktioniert (bzw nur mit zusätzlichem Aufwand) hier eine allgemeinere Version.

Zuerst wechselt man in einen Ordner, der auf der SSD liegt, in diesem Beispiel "/" (das Wurzeldateisystem). Dann erstellt man dort die Testdatei.

cd /
yes | sudo dd iflag=fullblock bs=1M count=1 of=trim.test 

Nun muss man noch herausfinden wo die Datei genau liegt, dazu braucht man die Position im Dateisystem und den Gerätenamen, auf dem das Dateisystem liegt.

filefrag -s -v trim.test 

Dies führt zu so einer ähnlichen Ausgabe:

Filesystem type is: ef53
File size of trim.test is 1048576 (256 blocks, blocksize 4096)
 ext logical physical expected length flags
   0       0    34048             256 eof
trim.test: 1 extent found

Wichtige Werte sind hier gelb Markiert. Die Anzahl der Blöcke 256, die Blockgröße 4096 in Bytes und der Offset (Versatz zum Anfang des Gerätes) 34048 in Blöcken. Mit diesen Werten muss man später die Datei vom Datenträger lesen, da sie nach dem Löschen nicht mehr über ihren Dateinamen ansprechbar ist.

Jetzt noch schnell den Gerätenamen bestimmen:

df trim.test 

Hier sollte folgende Ausgabe kommen (das Gerät wurde gelb markiert):

Dateisystem              1K-Blöcke  Benutzt Verfügbar Verw% Eingehängt auf
/dev/mapper/Tarsius-root  32896880 11722824  20838512   37% /

Mit diesen (gelb markierten) Werten liest man jetzt die Datei direkt vom Gerät.

sudo dd count=256 bs=4096 skip=34048 if=/dev/mapper/Tarsius-root | hexdump -C 

Die Ausgabe sollte so aussehen:

00000000  79 0a 79 0a 79 0a 79 0a  79 0a 79 0a 79 0a 79 0a  |y.y.y.y.y.y.y.y.|
*
256+0 Datensätze ein
256+0 Datensätze aus
1048576 Bytes (1,0 MB) kopiert, 0,0255604 s, 41,0 MB/s
00100000

Nun kann man die Datei löschen.

sudo rm trim.test
sync 

Sollte man in den Mountoptionen (fstab) kein discard verwenden muss man noch manuell trimmen.

sudo fstrim -v ./ 

Das Dateisystem sollte jetzt getrimmt worden sein und nun wird mit dem Befehl von weiter oben die (gelöschte) Datei erneut gelesen.

sudo dd  count=256bs=4096 skip=34048 if=/dev/mapper/Tarsius-root | hexdump -C 

Ist die Ausgabe die gleiche wie oben (eine Zeile mit y.y.y.y.y.y.y.y.) dann wurde nicht getrimmt, hat sich die Ausgabe geändert, dann war der Trim erfolgreich. Hier noch 2 Beispiele für die Ausgabe mit Verschlüsselung

00000000  1f c9 55 7d 07 15 00 d1  4a 1c 41 1a 43 84 15 c0  |..U}....J.A.C...|
00000010  24 35 37 fe 05 f7 43 93  1e f4 3c cc d8 83 44 ad  |$57...C...<...D.|
00000020  46 80 c2 26 13 06 dc 20  7e 22 e4 94 21 7c 8b 2c  |F..&... ~"..!|.,|
00000030  1f 48 0e 4e 30 f3 63 e1  15 b8 aa 1e d3 ec ef 48  |.H.N0.c........H|
...

und ohne Verschlüsselung

00000000  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
*

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 🇬🇧 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

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:

Bei SSDs der ersten Baureihe 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.

Um die TRIM-Funktion „Online Discard“ 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 🇬🇧 („…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 in der Datei /etc/crypttab die discard-Option eingetragen werden [2][3]:

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

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/lvm_crypt --showkeys 

kann überprüft werden ob die discard-Option aktiv ist

0 975718448 crypt aes-xts-plain
ca8cc8d753cdde99db20843ba783a8b78f5357a0f5073abc0d21c19525774c986eba3be44ddc065492d7562b880673ea6532b269136478da2efb9cf37ea58b0f 
0 8:2 4096 1 allow_discards

falls am Ende 1 allow_discard 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!

Btrfs ist nach wie vor in der Entwicklung! Man sollte es daher nicht auf Produktivsystemen einsetzen und, wenn man es zum Testen einsetzt, vorher Backups machen! Vor allem sollte man das Skript wiper.sh auf keinen Fall anwenden, wenn man btrfs nutzt (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).

Btrfs setzt automatisch die Mountoption -o ssd, sofern es eine SSD als Festplatte erkennt. Laut Btrfs-Wiki 🇬🇧 geschieht dies per Standard ab Kernel 2.6.31. Nichtsdestotrotz kann man die Datei /etc/fstab [4] manuell anpassen , so dass sie wie folgt aussieht:

UUID=EIGENE_FESTPLATTE	/	btrfs	 defaults,ssd,noatime,compress,subvol=@	 0       1

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.

Diese Revision wurde am 2. September 2013 20:27 von linrunner erstellt.
Die folgenden Schlagworte wurden dem Artikel zugewiesen: Hardware, System, ungetestet