除了保持不掉速，Trim指令对于固态硬盘还有额外妙用

有朋友通过私信向存储极客提问：Trim指令只是把GC垃圾回收要做的擦除提前做了，提高了后续写入的性能，似乎对写入放大率没有帮助，为什么说Trim有利于延长固态硬盘寿命呢？

这个问题很有深度，弄清楚之后有助于大家深入理解固态硬盘的工作原理。小编就单独用一篇文章来系统讲解吧。

1987年，东芝发明了NAND闪存，它的容量大、速度快，断电不丢数据，诸多优点使得它不断发展至今，成为半导体存储的主力军。不过NAND闪存也有一些使用限制，譬如写入之前必须先经过擦除。这是FTL闪存映射转换层以及Trim指令问世的根源。

闪存读写和擦除单位不同：

闪存的最小读取和写入单位皆为Page，在东芝64层堆叠BiCS3闪存当中，一个Page页的大小为16KB。闪存在写入新内容之前必须先经过擦除，而擦除的最小单位是Block，一个Block块在BiCS3中的大小为12MB。

闪存这一特性跟儿童磁性画板有些类似，一擦就是一大块，无法针对单个点去做擦除。

先擦后写带来的问题：

电脑上的Windows操作系统在删除硬盘上文件时，操作系统仅仅是在文件分配表中做一个标记，并不会对存放文件的位置做实际的抹除。这种做法对机械硬盘而言是很高效的。只要操作系统心中有数（文件分配表），随时可以在文件删除留下的垃圾位置上覆盖写入新的位置。

固态硬盘继承了机械盘的使用方式，删除文件产生的"垃圾"会一直在闪存中存放着，直到操作系统下一次要求在相同位置覆盖写入新数据，主控这才恍然大悟、措手不及（闪存无法不经擦除直接写入，只能先写到别处，通过FTL闪存映射表进行标记）。

当Block块中的垃圾多到一定程度之后，固态硬盘不得不将整个Block块中的全部Page页都读取出来、全部写入到新的Block块当中，然后擦除之前的Block。这个先读取、再写入、后擦除的过程就是固态硬盘中费时费力的"垃圾回收"工作。

因为删除文件时操作系统只在分区表上做改动，固态硬盘分不清哪些是无效页哪些是存有数据的有效页，将无效页也做了重复搬运：这样就做了无用功，不仅影响性能更是加速了闪存的磨损。

Trim带来了什么不同？

Trim在Windows中的大名是Delete Notify删除通知。通过Trim指令，操作系统可以在标记文件分配表的同时，顺带通知到固态硬盘：这些位置的数据已经没用了，你得空的话可以做下打扫了。

有了Trim指令之后，固态硬盘对闪存的实际占用情况了然于胸，在做垃圾回收时可以只读取其中的有效Page页，将它们写入到新的Block，然后就可以对旧block做擦除。简单来说就是Trim让固态硬盘垃圾回收的效率更高，减少了不必要的数据搬运重写，降低了写入放大率，提升了固态硬盘的使用寿命。

现在Trim指令早已成为固态硬盘的标配功能。不过Trim只是让固态硬盘主控了解"垃圾"的位置，具体何时做垃圾回收工作还需要更深层的算法去权衡性能和耐久度。在这方面，原厂固态硬盘往往比缺少研发能力的贴牌产品做的更好。

一文弄懂为何固态硬盘不易恢复数据 这两点很重要

自从固态硬盘迈入TLC时代，500GB已成为笔记本电脑标配，TB级SSD也跌进千元以内，实在是提升电脑性能的一大利器。

挑好SSD，它没那么脆弱

奇客之前回答网友提问时，多次推荐SSD作为重要数据存储设备，遭到一些朋友的质疑，说SSD数据丢失难以恢复。但其实我想说的是，只要是大牌产品，主控颗粒质量有保障，经过这几年的优化发展，基本不会毫无征兆突然死亡。再者说，固态硬盘恢复数据并非不可能，只是相对机械硬盘来得困难，因为二者工作机制截然不同 。

和机械硬盘不同，固态硬盘放弃了线性写入，而采用并行写入，也就是数据被分解成小块，同时写入不同的Nand芯片中。但是一些最便宜同时最慢的SSD，只采用一个Nand芯片怎么办？存储颗粒上每个物理块都动态分配一个逻辑地址，以帮助SSD控制器进行均衡磨损。因此，读取Nand芯片的内容，并返回一个数据混合成块的拼图，以一种看似随机的方式混合。

SSD必须转换Nand地址以便映射坏块，并提供均衡磨损，而Nand颗粒都有写入寿命，即PE全盘擦写次数。大多数TLC SSD都模拟SLC缓存算法，也就是划出专门SLC缓存区，以更低的工作电流改写数据，获得更快的速度，同时减少Nand物理磨损。

3种Nand颗粒的体质差异

看懂SSD Trim工作原理

通常磁盘操作的删除不是马上删除，而是标记为待删除的无效数据（你可以做个试验：拷贝一个大文件到U盘，中途取消然后马上再拷贝一次，前面写入的数据又从无效变成有效，所以速度非常之快，之后恢复真实写入速度）。

机械硬盘工作原理只有读和写，因为数据可以原有磁道上直接覆盖，不需要经过清除这个步骤，这是机械硬盘磁道记录信息的特点。但是SSD不行，SSD改写数据需要执行读、擦、写三个动作，任何一个Nand芯片如果里面有数据，必须把有数据的区块擦除清零才能写入。

对于SSD而言，TRIM指令最大作用是清空待删除的无效数据 ，在SSD执行读、擦、写步骤时，预先把擦除的步骤先做了，这样才能发挥出SSD的性能。奇客之前说过，购买SSD移动硬盘盒和易驱线，要看主控是否支持Trim指令。

一些SSD用几年就掉速，一个原因就是待删除的无效数据太多，每次写入时主控都要先做清空处理，所以性能受到了限制。奇客以前就碰到一块金士顿V300，没有4K对齐速度掉的厉害。

SSD读、擦、写三步曲，就像清理鞋柜，丢掉不要的旧鞋才能装新鞋

因为有些SSD主控算法没那么聪明，很多时候并不会主动清理，通常是系统空闲下来才执行操作。 而很多人用电脑基本不会空闲下来，系统就没时间让SSD休息一下。开启Trim的好处就是随时清空待删除的无效数据，这需要具备两点：Win7以上操作系统，固态硬盘4K对齐，Trim才能生效。

Trim开关命令行：

关闭：sudo trimforce disable

启用：sudo trimforce enable

如果想手动运行Trim，运行Powershell命令行：

Optimize-Volume -DriveLetter G -ReTrim -Verbose

其中G是指定盘符，要在磁盘空间时操作

你知道了Trim的功劳，自然明白如果没有它，固态硬盘删除文件后，一段时间内没做清空处理，以前的文件是可能恢复过来的，这种情况也适用于XP老系统。

SSD数据恢复到底难不难

上面说固态硬盘正常时恢复删除的文件，那么有人说SSD一旦损坏数据就全报销了，是这样吗？奇客要说的是：分情况。

SSD主控写死情况比较少见，而只要Nand颗粒不损坏就有可能恢复数据。如果没有SSD主控的帮助，想恢复固态硬盘上的文件非常难，而且算法是核心技术，厂家不开源。

因为数据恢复要重建转换表，以确定哪些Nand芯片和保存数据的具体地址。不同的主控算法不同，转换表格式也不同，Nand芯片越多重建就越困难，所以SSD数据恢复比较复杂。

数码之家论坛有位达人用专业工具成功恢复了一块64GB CF卡上的视频文件18.4GB，这块存储卡采用了美光SLC颗粒，主控是慧荣SM2246XT，走的是SATA协议，等于小型固态硬盘。

这张CF卡标称速度达510MB/s

这个工具是Flash Extractor——一款比PC3000更牛的数据恢复软件，它可以恢复任意损坏U盘和固态硬盘里的数据。注意是硬件上的损坏，不过软件还要配合对应设备才行，就是下图这个板子：

芯片编程器通过转接头支持各种颗粒

看到镁光颗粒吗？没错，就是把Nand颗粒拆下来，用工具读取底层数据，对照Flash转换表Dump下每个颗粒，通过复杂的算法重组得到正确数据，再用WinHex打开数据镜像，转换为硬盘MBR模式，最终根据文件类型成功恢复数据。

也就是说，不管是BGA还是TSOP封装的Nand颗粒，还是手机采用的eMMC和UFS闪存，理论上通过类似方法都可以恢复数据。但是随着Nand颗粒堆叠层数增多，TLC数据恢复难度会比SLC/MLC更高。所以还是要提醒大家，定期关注硬盘SMART状态，定期备份重要数据，有备无患才是王道。

最后是奇客推荐SSD——

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