有問有答：為什麼我的機械硬碟支持TRIM

現在很多人都會購置SSD加上一塊1TB或者2TB的HDD來組成自己的存儲系統，SSD用於放置系統，HDD用來當作存儲倉庫，然後等你裝完機裝完系統，用工具檢測一下新買的各種配件是不是全新的時候，可能你就會注意到，你新買的HDD，支持的功能上面赫然多了一個TRIM。

可能對硬體知識略知一二的你心中馬上就會產生疑惑，不是說SSD上面才會有TRIM的嗎，怎麼我這塊機械硬碟上面也會有？是不是檢測軟體識別不正確？

上為支持TRIM的HDD，下為不支持的

其實並不是軟體出現了問題，而確實是你的這塊HDD支持TRIM指令。比較大的可能就是你買到了一塊使用了「先進」SMR技術的HDD。那麼什麼是SMR技術呢，要搞明白它，首先還是要對HDD上面的一點原理做一些簡要介紹。

傳統HDD與常規磁記錄（CMR）

硬碟的物理結構一般由磁頭與碟片、電動機、主控晶元與排線等部件組成；當主電動機帶動碟片旋轉時，副電動機帶動一組磁頭到相對應的碟片上並確定讀取正面還是反面的碟面，磁頭懸浮在碟面上畫出一個與碟片同心的圓形軌道（磁軌 Track或稱柱面），這時由磁頭感應碟片上的磁性與使用硬碟廠商指定的讀取時間或數據間隔定位扇區，從而得到該扇區的數據內容。

常規磁軌示意圖。圖片來自於希捷，下同

為了降低磁軌間的干擾，一般在兩條磁軌間加入一定的間距，這就是傳統HDD使用的常規磁記錄（CMR）方式。

疊瓦式磁記錄方式（SMR）

疊瓦式硬碟磁軌示意圖

隨著傳統磁記錄方式的存儲密度幾乎達到物理極限，HDD廠商們紛紛開發出新技術來繼續給HDD擴容，其中有充氦氣、熱輔助等等技術。不過這些新技術的成本比較高，於是成本比較低廉的疊瓦式技術得到了大規模的運用。

疊瓦式，顧名思義，如同瓦片堆疊起來一般，不僅取消了原來磁軌間的間距，甚至更進一步把磁軌疊到一起了，不過疊起來的磁軌並不影響正常讀取，因為讀取磁頭比較小，但是寫入磁頭就不一樣了，為了保證數據的穩定性，一般寫入磁頭都比讀取大不少，實際寫入的軌道寬度也比實際讀取到的磁軌寬度要大（圖中灰色部分就是寫入的磁軌，而綠色部分為讀取磁軌）。

修改數據的時候會把旁邊的也給改了

於是，同樣的寫入磁頭到了採用SMR式的碟片上面，剛開始的時候由於整個碟片都是空的，隨便你寫都不會出現什麼問題。然而當要對已經寫入的數據進行更改的時候，最麻煩的問題就來了：原本普通的CMR式硬碟，在修改數據的時候磁頭直接定位到要修改點直接寫入就行了；但是SMR式硬碟上面的磁軌是部分重疊的，直接寫入新的數據上去是會把旁邊無關但是有用的數據給覆蓋掉。怎麼辦呢？

解決方案就是先行把旁邊會被覆蓋掉的數據讀取出來保存到高速緩存或者是寫入到緩衝區中，然後在完成對數據的修改之後重新把「備份」寫回到原來的位置上去。

TRIM與其他優化

是不是覺得這個解決方案和快閃記憶體式存儲設備的寫入方式有點像？在覆蓋一個區域的數據時，快閃記憶體式設備是要先擦除該區域內容再進行寫入。於是，TRIM這個可以幫助硬碟知道哪些區域可以被清理的指令就被引進來了，它可以幫助SMR式硬碟在空閑時把一些已經廢棄了的數據區塊給清除，方便之後在這些區域中的寫入，在一定程度上可以提高性能。

另外，HDD廠商也引入了一些其他的手段更好地優化SMR式硬碟的性能，比如將多條磁軌分到一個組（Band）中。原本修改數據的讀取-再寫入過程將一直持續至碟片末尾，而引入分組之後，寫入過程在一個組的末尾處即可完成，有效地提高了整個運作的效率。

把磁軌給分組

但是目前主流的幾個文件系統中，比如我們平常用的最多的NTFS等都沒有加入對SMR式硬碟的優化（EXT4除外），使得購買了SMR式硬碟的用戶在使用過程中常常遇到「硬碟一直在轉」、「磁碟活動時間一直在100%」這類的問題。目前還沒有很好的辦法在Windows上面優化SMR式硬碟的性能，因為目前在操作系統看來，SMR式硬碟與其他機械硬碟並無區別，只能依靠HDD廠商內建在硬碟固件和主控中的優化演算法來儘可能地提高用戶體驗。

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