Настройка TRIM для SSD-хранилища на сервере Linux

Centos, Debian, Linux, RHEL, Ubuntu | Amber | 1 Comment

Длительное использование SSD-хранилища (или твердотельного накопителя) приводит к снижению его производительности. Чтобы такое хранилище прослужило дольше, его работу нужно тщательно продумывать. Команда TRIM сообщает SSD, какие блоки данных больше не используются. Это позволяет внутренней системе SSD-накопителя выровнять износ устройства и подготовить его к дальнейшим операциям записи. TRIM может оказать существенное влияние на производительность и долговечность устройства.

В Linux можно настроить непрерывное выполнение TRIM, однако такая нагрузка может негативно сказаться на производительности. Существует также более мягкий альтернативный вариант – периодическое выполнение TRIM. При этом устройство получит все преимущества команды без ущерба для производительности.

Данное руководство поможет настроить периодический запуск TRIM на различных дистрибутивах Linux.

Как SSD-накопители хранят данные?

Чтобы лучше понимать, какие именно проблемы устраняет TRIM, нужно ознакомиться с особенностями хранения данных на SSD.

Ограничение циклов перезаписи

SSD-накопители могут записывать данные постранично, но они удаляют данные только на уровне блоков. Кроме того, данные записываются на страницы только после обнуления: то есть, перезаписать существующие данные напрямую невозможно.

Чтобы изменить данные, SSD-накопитель должен прочитать их старую версию, отредактировать её в памяти, а затем записать обновлённые данные на новую – обнулённую – страницу. После этого устройство обновляет внутреннюю таблицу и задаёт новое местонахождение данных. Предыдущее местонахождение данных становится устаревшим – оно больше не используется, но еще не обнулено.

Восстановление устаревших страниц

Чтобы восстановить устаревшие страницы, внутренние процессы сборщика мусора SSD должны прочитать все действительные страницы из блока и записать их в новый блок. После этого снова обновляется внутренняя таблица. Старый блок, который в настоящее время не содержит никаких уникальных и востребованных данных, можно обнулить и использовать для дальнейшей записи.

Как работает TRIM?

Процессы сборщика мусора SSD отвечают за удаление блоков и выравнивание износа устройства. Однако файловые системы, как правило, удаляют данные, просто отмечая занятое ими пространство как доступное для записи пространство. На самом деле они не удаляет данные из базового хранилища, а просто позволяют перезаписать ранее занятую область памяти.

Это означает, что SSD-накопитель обычно не знает, что страница больше не нужна, пока файловая система не использует это логическое местоположение для записи новых данных. Накопитель не может выполнять процедуру сборки мусора, потому что ему просто не сообщили об удалении данных, он узнаёт об этом только тогда, когда ранее занятое пространство используется для записи других данных.

Команда TRIM уведомляет SSD-устройство о блоках данных, которые больше не содержатся в файловой системе. Благодаря этому накопитель может своевременно выполнить сборку мусора и обнулить страницы, чтобы использовать их в дальнейшем. SSD может очистить устаревшие страницы и поддерживать себя в хорошем рабочем состоянии.

Как говорилось ранее, запуск TRIM после каждой операции удаления данных может негативно повлиять на производительность устройства. Потому рекомендуется распланировать запуск команды TRIM, что позволит ей передавать SSD-устройству общую информацию обо всех ненужных страницах.

Отключение непрерывного выполнения TRIM

Если вы уже настроили непрерывное выполнение команды TRIM на смонтированном устройстве, отключите команду, чтобы настроить её периодический запуск.

Непрерывное выполнение команды включается с помощью опции discard при монтировании устройства или раздела.

Найдите текущую файловую систему, смонтированную с опцией discard.

findmnt -O discard
TARGET     SOURCE    FSTYPE OPTIONS
/mnt/data  /dev/sda1 ext4   rw,relatime,discard,data=ordered
/mnt/data2 /dev/sdb1 ext4   rw,relatime,discard,data=ordered

Перемонтируйте эти файловые системы, убрав опцию discard. Для этого используйте команду mount и опцию -o remount,nodiscard:

sudo mount -o remount,nodiscard /mnt/data
sudo mount -o remount,nodiscard /mnt/data2

Снова запустите команду findmnt, теперь она должна не вернуть никакого вывода:

findmnt -O discard

Откройте файл /etc/fstab, чтобы просмотреть текущие опции монтирования файловой системы. Этот файл определяет, как монтируется файловая система при запуске сервера.

sudo nano /etc/fstab

Найдите в нём опцию discard и удалите её:

. . .
# /dev/sda1 /mnt/data ext4 defaults,nofail,discard 0 0
/dev/sda1 /mnt/data ext4 defaults,nofail 0 0
# /dev/sdb1 /mnt/data2 ext4 defaults,nofail,discard 0 0
/dev/sdb1 /mnt/data2 ext4 defaults,nofail 0 0

Сохраните и закройте файл. Теперь при повторном монтировании файловой системы опция discard не будет использоваться.

Настройка TRIM в дистрибутивах systemd

В данном разделе показано, как настроить периодический запуск TRIM в дистрибутивах, которые используют систему инициализации systemd.

Ubuntu 16.04

Дистрибутив Ubuntu 16.04 предоставляет сценарий, который еженедельно запускается с помощью cron.

Примечание: Стратегия настройки TRIM в Ubuntu 16.04 не зависит от systemd и отличается от остальных дистрибутивов этого типа.

Чтобы просмотреть сценарий, введите:

cat /etc/cron.weekly/fstrim
#!/bin/sh
# trim all mounted file systems which support it
/sbin/fstrim --all || true

Как видите, сценарий требует версии fstrim с флагом –all. Многие версии fstrim, поставляющиеся в ранних версиях Ubuntu, не поддерживают этого флага.

Другие дистрибутивы systemd

В остальных дистрибутивах на основе systemd поддержка TRIM включается в файле fstrim.timer, который запускает операции TRIM на всех доступных смонтированных устройствах один раз в неделю. Он тоже использует опцию fstrim –all.

На момент написания этого руководства к таким дистрибутивам относятся:

• Debian 8
• CentOS 7
• Fedora 24
• Fedora 23
• CoreOS

В CentOS 7, Fedora 23, Fedora 24 и CoreOS юниты fstrim.service и fstrim.timer доступны по умолчанию. Чтобы настроить еженедельный запуск TRIM на всех смонтированных накопителях, включите юнит .timer:

sudo systemctl enable fstrim.timer

В Debian 8 юниты fstrim.service и fstrim.timer доступны внутри файловой системы, но по умолчанию не загружены в systemd. Сначала просто скопируйте эти файлы:

sudo cp /usr/share/doc/util-linux/examples/fstrim.service /etc/systemd/system
sudo cp /usr/share/doc/util-linux/examples/fstrim.timer /etc/systemd/system

Затем вы можете активировать этот юнит так же, как и в других дистрибутивах.

sudo systemctl enable fstrim.timer

Теперь команда TRIM будет выполняться на всех доступных устройствах раз в неделю.

Настройка TRIM в других дистрибутивах

Большинство дистрибутивов, которые используют не Systemd, а другую систему инициализации, также поставляются с fstrim без флага –all. Это несколько усложняет автозапуск TRIM.

Важно! Использовать TRIM на устройствах, которые не поддерживают эту команду или выполняют её не правильно, очень опасно и может привести к потере данных. Флаг –all может обеспечить безопасное выполнение команды, однако не пытайтесь определить вручную, корректно ли поддерживают подключенные диски данную операцию.

В системе Ubuntu 14.04 существует короткий сценарий fstrim-all, который еженедельно выполняется демоном cron. Однако данный сценарий не всегда правильно интерпретирует поддержку TRIM на подключенных дисках.

Существует обходное решение для этого и других дистрибутивов с поддержкой fstrim без флага –all: нужно скомпилировать статически скомпонованную версию fstrim с поддержкой этого флага. Эту версию можно установить и явно вызывать с помощью cron.

Такой вариант лучше всего сработает в:

• Ubuntu 14.04
• Ubuntu 12.04
• Debian 7
• CentOS 6

В Ubuntu 14.04 нужно сначала отключить сценарий fstrim-all, поскольку он не может корректно определять статус.

sudo chmod a-x /etc/cron.weekly/fstrim
sudo mv /etc/cron.weekly/fstrim /etc/cron.weekly/fstrim.bak

Установка инструментов для компиляции

Установите набор инструментов для сборки программ.

В Ubuntu и Debian:
sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential
В CentOS:
sudo yum groupinstall 'Development Tools'

Загрузка и извлечение исходного кода

Утилита fstrim поставляется в наборе инструментов util-linux. Исходный код можно найти здесь.

Выберите самую новую версию пакета. На момент написания руководства это v2.28.

Откройте каталог и найдите самый новый архив (его название должно начинаться с util-linux- и заканчиваться расширением .tar.gz). На данный момент наиболее актуальным является util-linux-2.28.1.tar.gz. Кликните правой кнопкой и скопируйте ссылку в буфер обмена.

Вернитесь на сервер и откройте каталог /tmp. С помощью утилиты curl или wget загрузите необходимый файл.

cd /tmp
curl -LO https://www.kernel.org/pub/linux/utils/util-linux/v2.28/util-linux-2.28.1.tar.gz

Распакуйте архив:

tar xzvf util-linux*

Теперь исходный код можно скомпилировать.

Настройка и компиляция исходного кода

Откройте извлечённый каталог:

cd /tmp/util-linux*

Теперь нужно настроить программное обеспечение. Создайте бинарный файл для fstrim.

Для этого необходимо включить статические ссылки и отключить расшаренные библиотеки. Введите:

./configure --enable-static --disable-shared

Чтобы скомпилировать утилиту fstrim, введите:

make fstrim

Скопируйте бинарный файл в каталог, который не указан в PATH. Этот файл будет вызываться только демоном cron, потому нужно убедиться, что он не будет конфликтовать со стандартной утилитой fstrim.

Создайте каталог /cron-bin и переместите в него бинарный файл:

sudo mkdir /cron-bin
sudo cp /tmp/util-linux*/fstrim /cron-bin

Теперь у вас есть доступ к пользовательской версии утилиты fstrim.

Настройка cron

Теперь нужно создать новый сценарий, который будет запускаться демоном cron.

Это делается почти так же, как в Ubuntu 16.04 (нужно также указать место хранения бинарного файла).

Создайте файл:

sudo nano /etc/cron.weekly/fstrim

Вставьте в него следующие строки. Это включит поддержку флага –all:

#!/bin/sh
# trim all mounted file systems which support it
/cron-bin/fstrim --all || true

Сохраните и закройте файл.

Сделайте сценарий исполняемым.

sudo chmod a+x /etc/cron.weekly/fstrim

Демоны cron и anacron смогут использовать этот сценарий для выполнения проверки TRIM.

Заключение

Теперь сервер Linux запускает TRIM раз в неделю. Команда TRIM увеличивает производительность и уменьшает износ SSD-устройств.