向SSD发送TRIM命令擦除数据是怎么实现详细介绍

　　背景:在讲解TRIM命令前，先说一点文件系统和闪存的相关知识。当我们在操作系统中删除一个文件时，系统并没有真正删掉这个文件的数据，它只是把这些数据占用的空间在文件系统中标记为‘空’，即可以覆盖运用。这是在文件系统层面的操作，硬盘本身并不知道那些地址的数据已经‘无效’。在机械硬盘上，这并没有什么问题，因为HDD允许覆盖写入。但在固态硬盘上问题就来了。我们知道闪存不允许覆盖，只能先擦除再写入。运用了一段时间的硬盘要得到‘空闲’的闪存空间来进行写入，SSD就必须进行GC(垃圾回收)操作，把零散的有效数据块先读到内存中，擦除这个块，再把有效数据往回写，这就是所谓的写放大。在没有TRIM的情况下，SSD无法事先知道那些被‘删除’的数据页已经是‘无效’的，在进行GC时，还是把它当作有效数据进行搬移，必须到系统要求在相同的地方写入数据时才知道那些数据可以被擦除，这样就无法在最适当的时机做出最好的优化，既影响GC的效率(间接影响性能)，又影响SSD的寿命。
　　ATA TRIM命令是文件系统用来通知设备哪些逻辑地址段不再被占用，可以被设备回收为空闲空间，在ATA命令集中，TRIM命令只是DATAMANAGEMENT SET(DMS)命令的一个子命令，DMS命令是专门用来做设备优化的(The DATA SET MANAGEMENT command provides information (e.g., file system information) that the device may or may not use to optimize its operations)。这个命令只是通知设备哪些逻辑地址段中的数据是无效的，最终由设备记录下来并在进行GC操作时决定是否擦除它。如Table 33所示，当DMS的feature属性最低位置1，COMMAND设置为0x06(或0x07)发送的就是TRIM命令。
　　TRIM命令的传送过程中，还需要附带COUNT字段指定长度的数据包，通过入口的方式传递需要告诉设备的LBA地址，每个入口占用64Bit。比如需要告诉设备第1至20个block可以回收(每个block默认512Byte)，高16bit为LBA地址范围，值为0x0013， 低48位为LBA起始地址，值为0x000000000001，那么这个入口填的值就是就是0x0013000000000001。每个入口最多可以表示65535个blocks，如需单次通知设备更多地址，就会再相应增加一个入口。入口格式如Table 36所示。
　　上面所说的TRIM命令，实际上是SSD的优化命令，是给操作系统运用的，但是操作系统不对这个命令进行限制，普通的使用程序也可以发。