Linux固态驱动器(SSD)

备注

固态硬盘带来了系统磁盘性能的极大提升，但是SSD的特性也带来了很多使用性能、寿命的挑战，需要仔细学习和实践。我将在 HPE ProLiant DL360 Gen9服务器 的NVMe设备中详细实践相关技术

在 ARM架构Ceph优化 结合SSD优化 Ceph Atlas 性能，涉及到SSD的写入放大问题，将在本文实践中解析

TRIM

大多数SSD都支持 ATA_TRIM 指令来长时间性能和可用水平。 TechSport - Benchmarks: TRIM & Full Drive Performance 提供了SSD磁盘在空白和填满数据时候的benchmark性能差异(性能相差10%~22%，通过TRIM可以几乎保持原有性能)。

从Linux内核 3.8开始，在不同的文件系统中不断加入支持TRIM，现在大多数文件系统都支持周期性TRIM和持续TRIM。

  • 检查是否支持TRIM，使用以下命令:

    lsblk --discard

以下是在我安装了 SSD (sda) 和 HDD (sdb,sdc,sdd) 的主机上输出，可以注意到只有SSD磁盘有这个特性:

NAME   DISC-ALN DISC-GRAN DISC-MAX DISC-ZERO
sda           0      512B       2G         0
├─sda1        0      512B       2G         0
└─sda2        0      512B       2G         0
sdb           0        0B       0B         0
└─sdb1        0        0B       0B         0
sdc           0        0B       0B         0
├─sdc1        0        0B       0B         0
└─sdc2        0        0B       0B         0
sdd           0        0B       0B         0
├─sdd1        0        0B       0B         0
└─sdd2        0        0B       0B         0

上述输出中 DISC-GRAN 表示 discard granularity (丢弃颗粒度) ( 究竟什么是颗粒度–granularity ) 和 DISC-MAX 表示 discard max bytes (丢弃最大字节) ，而 Non-zero 值表示 TRIM 支持

  • 通过 hdparm 工具可以检查TRIM支持:

    hdparm -I /dev/sda | grep TRIM

输出显示:

*    Data Set Management TRIM supported (limit 8 blocks)
*    Deterministic read ZEROs after TRIM  TRIM之后确定性读0

备注

Wikipedia:Trim (computing)#ATA 说明了 ATA IDENTIFY DEVICE 指令返回的不同类型TRIM定义:

  • Non-deterministic TRIM: 在一次TRIM之后执行读逻辑块地址(logical block address,LBA)可能每次返回不同数据

  • Deterministic TRIM (DRAT): 在一次TRIM之后所有读命令会返回一些数据就或者变成确定性

  • Deterministic Read Zero after TRIM (RZAT): 在一次TRIM之后所有读逻辑块地址(LBA)都返回0

周期性TRIM(Periodic TRIM)

util-linux 软件包提供了 fstrim.service 和 fstrim.timer 的 Systemd进程管理器 单元文件。激活这个 timer 将每周运行服务，这个服务会在所有激活 discard 选项的挂载文件系统上执行 fstrim 。这个timer依赖 /var/lib/systemd/timers/stamp-fstrim.timer 中的时间戳，以确定自从它最后一次运行时间是否已经一周，这样就不需要担心过滤频繁调用。

详细实践请参考 fstrim服务及周期TRIM

持续TRIM

备注

如果已经周期性运行 fstrim 就不需要激活持续TRIM。也就是如果需要TRIM，请选择周期性TRIM或持续性TRIM。

所谓持续性TRIM是指每次文件删除时都分发TRIM命令。

警告

在SATA 3.1之前，所有TRIM命令都是非队列模式的( non-queued )，所以持续性TRIM会导致系统经常僵死。这种情况下，采用周期性TRIM(Perriodic TRIM)是更好的选择。在 Linux内核源代码libata-core.c 有一个 ata_device_blacklist 列出了存在问题的设备，由于会发生一系列数据损坏所以这些设备的 queued TRIM 执行执行被加入黑名单。这种情况下，根据不同设备，系统可能会强制发送 non-queued TRIM 指令给SSD而不使用queued TRIM。

备注

在Linux社区，通常不建议使用持续TRIM。例如，Ubuntu默认激活周期性TRIM，而Debian也不建议使用持续TRIM。Red Hat建议如果可能应该使用周期性TRIM，避免使用持续性TRIM

要激活设备的持续性TRIM，在 /etc/fstab 中加上 discard 选项:

/dev/sda1  /           ext4  defaults,discard   0  1

备注

对于XFS的 / 分区，指定 discard 挂载选项是无效的，必须要在内核参数加上 rootflags=discard

此外，对于 ext4 文件系统，使用 tune2fs 命令可以设置默认挂载选项使用 discard 参数:

tune2fs -o discard /dev/sdXY

上述方法特被适合那种移动外接设备，就不需要在 /etc/fstab 中配置参数。

TRIM整个设备(警告:数据丢失)

如果你要出售你的SSD磁盘，或者初次安装，想要一次性TRIM真个SSD设备，可以使用 blkdiscard 命令，这个命令会 完全抹去设备的所有块数据

警告

使用 blkdiscard 将会丢失设备上所有数据!!!

blkdiscard /dev/sdX

LVM

TRIM请求是从文件系统直接穿透逻辑卷自动传递给物理卷的，所以不需要任何附加配置。

默认没有 LVM 操作 (lvremove,lvreduce以及所有其他)会影响TRIM请求发送给物理卷。使用 vgcfgrestore 可以恢复之前的卷组配置，在 /etc/lvm/lvm.conf 配置中的 issue_discards 会控制当逻辑卷不在使用物理卷的空间时，是否发送 discards 给一个逻辑卷底层的物理卷。

备注

请仔细阅读 /etc/lvm/lvm.conf 注释，特别在修改 issue_discards 设置。这个设置不会影响TRIM请求从文件系统传输给磁盘(例如删除文件系统的文件)，也不会影响一个thin pool中空间管理。

警告

激活 issue_discards 会阻止使用 vgcfgrestore 恢复卷组的metadata，错误使用LVM命令会导致没有恢复的可能。

Maximizing performance

待续…

参考