RAID中可以做TRIM操作吗？

不知道大家有没有考虑过这样一个问题：在RAID中是否可以支持TRIM操作？

 

试想在SSD上建立RAID之后，应用软件（文件系统）直接运行在RAID软件之上，那么此时如何通过TRIM命令将SSD中的数据块unmap掉呢？看起来这好像不是一个问题，其实对于RAID而言这是一个比较大的问题。存储老吴可以带领大家从研发人员的角度一探RAID中TRIM所引入的问题，从中也可以一窥用户所应该注意的问题。

 

目前，RAID方面的开源软件是MD，很多用户对MD这套软件是非常热衷的。认为这套软件运行非常的稳定，性能不错，功能很全，并且还有很多技术人员对其进行免费开源维护。其实，和专业的RAID存储软件相比，MD就是一个演示系统。目前，在MD软件中是不支持SSD的TRIM操作的，不是说不想加入这个功能，而是并不容易添加这个功能，这会涉及到很多的开发工作量。

 

对于SSD的TRIM操作，其主要想法是通过释放SSD内部一个逻辑地址（LBA）的映射数据块来提升SSD本身的性能。这主要是由于SSD内部采用FTL的方式对所有写入数据采用Append write（追加写）的方式，所以，当没有空闲资源的时候，SSD需要通过启动垃圾回收来获取空闲资源。垃圾回收对SSD的性能影响巨大，因此，如果业务能够主动释放空闲资源，那么SSD内部的垃圾回收就会轻松很多，从而可以提升SSD本身性能。TRIM操作就是让应用层主动释放空闲资源的机制。

 

当应用软件直接架构在SSD上时，其可以很容易的向SSD通过发送TRIM命令来回收资源。但是，在应用软件和SSD之间引入RAID之后，情况发生了巨大变化。首先，让我们来认识一下一个普通的RAID数据布局，这个数据布局会显得非常规整：

在这样的数据布局中，每个条带都会存在一个数据校验块（RAID5），一旦条带中的一个数据块发生故障时，通过校验数据P就可以恢复故障数据。假设此时，位于RAID之上的文件系统想要TRIM一个数据块，这个数据块正好落在SSD1的D数据块区域。对于这种操作，RAID需要做什么呢？一个很直观的操作是当RAID把SSD1上的D数据块TRIM掉之后，需要更新这个条带中的P数据块。原因在于TRIM操作之后，SSD1上的D数据块发生了变化，如果想要保证条带数据的一致性，必须更新P数据块。条带中一个数据块的TRIM操作引发了条带校验数据的更新。这是条带RAID中TRIM操作的重要代价。

 

其实，事实远比条带更新更加糟糕。一个SSD中的数据块被TRIM之后，这个数据块中的数据会变的不确定。例如一个数据块被TRIM之后，读取的数据可能和原来一样，也有可能为零。并且随着时间的变化，存储块TRIM之后的数据会发生变化。而这完全取决于SSD内部固件程序的实现。这种数据的不确定性给RAID带来的致命的数据正确性问题。例如，上述案例中SSD1中的D数据块被TRIM之后，根据TRIM之后的数据更新P校验数据。过一段时间之后SSD1中的D数据块可能发生了变化，此时整个条带的数据将会处于不一致性状态，对数据的正确性造成影响。

 

从上述分析来看，RAID的数据TRIM最好以条带为单位，当一个条带中的数据全部可以TRIM，那么此时才可以对SSD发送TRIM操作命令。所以，在RAID中，TRIM操作被放大到了条带级别，不再是原来的Sector块级别操作了。

 

但是，通常RAID设备暴露给用户仍然是Sector级别的块设备对象，文件系统仍然会给RAID发送Sector级别的TRIM操作。对于这种情况，RAID如何将Sector级别的TRIM操作转换成条带级别的TRIM呢？这就需要RAID内部进行TRIM的合并，例如通过采用Bitmap机制将TRIM操作记录下来，当合并到一定程度之后，再对整条带进行TRIM操作。这种设计将会造成较大的实现复杂度，并且还有很多的问题需要考虑，例如Bitmap占用内存容量，异常掉电等问题。所以，一个优秀的RAID数据保护软件，将TRIM问题处理好是需要化一番真功夫的，并不是一件很容易的事情。

 

(来自存储老吴的博客――存储之道)