经常看到但是不懂？什么是固态硬盘的TRIM？

在各种固态硬盘的检测软件打开的时候，大家经常会看到一个词：TRIM。那么，这个TRIM对固态硬盘来说是什么意思呢？

什么是SSD的TRIM？

你有没有注意到，当你进入Windows10的磁盘优化时，显示的已经是“XXX正在被修剪”，，而不是过去机械硬盘的整理碎片了。

这个“修剪”，就是所谓的SSDTRIM的直译。SSD修剪是一个过程，有助于随着时间的推移继续保持固态硬盘的性能。Trim的工作原理是定期擦除不再使用的数据块。TRIM后的数据并不总是直接删除，因为需要一个复杂的过程来确定何时删除。而定期TRMI，不仅可以释放硬盘空间，还可以帮助SSD性能更好，寿命更长。

简单,是吗?然而，实际发生的事情要复杂得多——请继续阅读以了解!

至于其中的原理，我们就慢慢讲来。

根源在于固态硬盘的工作原理

要理解为什么SSD在你按下按钮时不会删除文件，我们需要快速了解一下它们的工作原理。

下图是一个比较老的SATASSD拆开外壳后的样子，但即使是最新的M.2接口的NVME固态硬盘（再下图），在组成的组件方面也没有太大的不同。

左边的controller就是主控芯片，是一个管理所有指令、数据流、加密和其他算法的处理器。它上面是少量的DRAM缓存（低端的SSD没有），作为一个指令和数据缓存，并在驱动器上存储了一个数据位置表。

右边的两排芯片，就是NAND颗粒了。这些是存储所有数据的芯片。

在这些芯片的深处有数十亿个微小元件，称为“电荷捕获浮栅金属氧化物半导体场效应晶体管”。由于这个名字又长又难念，所以通常被称为电荷陷阱闪存(CTF)，是当今SSD中最常用的存储数据的最小单元。

每个CTF作为一个单独的存储单元，被称为存储器或位单元，有三条电通路（字符选择行，字行，接地选择行）连接到它。CTF被分组在一起，首先作为一个长列(字符串，下图中的string)，包含32到128个单元格。

字符串（图中的string）中的单元格共享一个共同的轨迹(比特位行，图中的bitline)，用于读取存储在其中的数据。那些彼此在同一行(图中的page部分，称为“页”)上的都连接到另一个共同轨迹(图中的wordline，字行)。字符串选择行（stringselectline）部分和地线选择行（Groundselectline）与字行一起使用，以确定是否进行读、写或擦除处理。

由字符串string和页page组成的数组，构成了所谓的块(block)。页和块的大小差异很大，前者小到4kB，后者大到512kB，这在很大程度上取决于NAND颗粒的制造商和型号。

而一个NAND闪存颗粒芯片将包含数千个块，而SSD本身可能包含多个NAND芯片。这些庞大而复杂的栅格轨迹和晶体管构成了每一个SSD。

当然，从原理上讲，优盘也是这样的。

页和块很重要，因为在这种结构中，所有的存储单元都共享相同的衬底——所有晶体管都建立在半导体材料的薄片封装上。

而SSD的NAND颗粒写入和擦除就出现了很奇怪的现象。

要从任何单元清除数据，需要使用高负电压，迫使存储在CFT中的任何电子流入衬底。

但从电子学的角度来讲，就形成了一个非常奇怪的现象：NAND颗粒写入非常快，因为它们写入时是按“页”为单位进行电子写入。但擦除进程会擦除数据“块”中的每个单元格（也就是该块的每个页和“字符串”），而不是其中一个。

另一个奇怪之处是，在所有存储单元都被擦干净之前，无法用新数据对存储单元进行写入。换句话说，SSD从不像传统硬盘那样直接将新数据覆盖写入旧数据。擦除必须在块这个级别进行，而写入则在页这个级别进行，这意味着对SSD进行写入比擦除要快得多。

而写入和擦除的过程每次都会损坏记忆单元，磨损晶体管内部存储电荷的层。为了提高NAND颗粒的寿命，管理它们的主控芯片，最理想的工作调度，就是循环遍历所有的块，直到每个块都使用过一次（一次写循环），然后再回到开始，重新安排每个单元写入或者擦除。

写得快，擦得慢，任何一种写入删除操作都会损坏自己——这就是NAND有颗粒寿命的原因。

而SLC、MLC、TLC、QLC，实际上就是组成每个单元的“cell”的大小不同，依次递增。所以每次擦写颗粒时，越是3DNAND化程度越高的颗粒，其实每次被擦除的块的尺寸也就越大，颗粒的寿命减少也就更快。这也是为啥以前人们为啥追求SLC和MLC这种低密度颗粒的固态硬盘的原因。

而现在TLC和QLC的普及，就在于现在的主控能够尽量接近最理想的工作调度，避免一切非必要的短期重复存储单元擦写，而是尽量均匀安排所有颗粒中的存储单元擦写负荷均衡，从而提高了SSD的实际使用寿命。

删除与垃圾回收操作：TRIM的意义来了

现在，让我们回过头来了解SSD的TRIM的意义了。

我们举个例子，一个SSD，它有4KB的页和256KB的块的规格，所以每个块有64个页。如果你想删除一个占用SSD上3056KB空间的文件，该怎么办?

该文件将占用764页，其中有11个完整的块，还有一个块被占用64页中的60个页。如何删除这个文件而不影响最后4页的晶体管寿命呢且不误删数据？因为它们可能包含其他文件的数据。

再简化一点，反映在下图，就是ABD页的数据打算删除，而CE页的数据打算保留。

解决这个问题，就以垃圾回收形式出现。被操作系统删除的文件和文件夹会被标记为不再需要，当发出删除命令时，存储在SSD的DRAM缓存(或者NAND颗粒自身的模拟SLC单元，如果SSD是无缓方案的话)中的表会被更新以反映这一点。

当NAND的固件和主控启动垃圾回收过程时，标记为需要清除的数据就会被清除。这涉及读取一个数据块，将需要保留的页复制到缓存中，然后写入一个完全空的数据块。然后删除前一个页以及标记为删除的页。

因此，此时，C和E中的数据会被拷贝到一个新的块里，那个块也会被标注为可继续进行更多写入，然后随着QPR等页面被陆续写入，块也满了，实现了数据块的不浪费写入。

而要删除ABD页的块，此时就被通知可以擦掉了，直接清空整个块。

显然，固态硬盘的垃圾回收机制对SSD的使用寿命及其整体性能都有好处。

而TRIM的意义此时就出现了：让垃圾回收变得更好(有时这两个术语会互换使用)。

这是因为如果没有TRIM，垃圾收集将不断移动所有页，压缩部分填充的块，以保持新擦除的块可用于编程——但这意味着不需要的页也将被移动，浪费时间并增加内存单元的磨损。因为TRIM明显地指出哪些页现在是垃圾，所以可以在垃圾收集期间不去管它们，并根据需要删除它们。

在发送TRIM命令之后，数据不会立即被擦除——它要么在驱动器空闲时在后台进行，要么在下一次向块写入数据时操作。使用哪种方法取决于固件和主控方案。一般来说，消费级固态硬盘方案喜欢在系统空闲时处理擦除，而企业级SSD通常在写入时处理擦除操作。

而消费级SSD“在空闲时进行TRIM”，其实对大多数人来说，就是WIN10里的磁盘优化程序默默地在后台执行“优化”，优化颗粒的存储和擦写可用性和顺序。

在某种程度上，这个过程对于SSD就像磁盘碎片整理传统机械硬盘一样，但它不是同一件事。

TRIM和碎片整理是一样的吗?

SSD的TRIM操作和机械硬盘碎片整理不是一回事。碎片整理是通过重新安排磁盘上的数据，使其以连续的方式存储在同样的扇区和磁道上。这种物理上的连续和相邻的数据放置，就可以减少读取和写入数据所需的磁头移动距离和时间量，提高机械硬盘的效率。

而TRIM用于保持SSD随时间推移的性能。固态硬盘颗粒有有限的写入周期，而在WIN7以前的操作系统里，没有TRIM机制，删除SSD上的数据后，所占用的空间不会立即恢复使用。这也是早期固态硬盘为何“越用越卡”（包括安卓手机的存储），然后土办法就是定期备份数据后执行“快速格式化”的原因。

而在有TRIM机制的操作系统（win7SP2后和WINN10、WIN11）和现在的SSD固件中，会将该空间标记为“无效”，直到执行TRIM过程才会覆盖该空间。这个过程有助于防止驱动器变得碎片化和变慢。TRIM是由Windows自动发出的，当你永久删除一个文件时(即从回收站中删除它)，TRIM命令被添加到一个队列中，并在SSD准备就绪时进行处理——什么时候准备就绪？当系统空闲时，或者你直接选择“优化”SSD时。

不过，这个TRIM队列有一个最大长度，如果它被填满了，其中一些TRIM请求将被丢弃。默认情况下，Windows计划定期重新发出TRIM命令(称之为re-TRIM)。这也是为啥WIN10和以后的系统，默认磁盘管理会将定期“优化”SSD写入到系统的计划任务中去的原因。

因为TRIM可以在垃圾回收机制启动时，指出哪些页现在是垃圾，可以在垃圾收集期间不去管它们，而把需要移动的页放到不用删除的块里，再根据需要删除垃圾页所在的块。

如果你的操作系统或SSD配置不支持TRIM，垃圾收集仍然会进行，但这个过程没有那么有效。旧数据最终会被删除，因为SSD最终会在某个时间点覆盖所有不需要的页。

对于使用Windows7,TRIM仅支持SATASSD;对于NVMeSSD，TRIM命令仅在Windows8、10和11中可用。

另外，用SSD组成RAID系统通常不支持TRIM。