discard / TRIM

基本概念

discard（也常叫 TRIM）是块设备向底层存储（SSD、虚拟化镜像、LVM thin pool 等）声明“这些逻辑块当前不再被文件系统使用”的机制。

对 SSD：帮助 FTL 回收空闲页，减少写放大和 GC 压力。
对虚拟化镜像（qcow2/raw sparse）：让宿主稀疏文件真正释放空间。
对 LVM thin pool：让 thin volume 不使用的 extent 回收到 data pool。

Linux 里用户态接口主要是 fstrim(8)；内核通过 BLKDISCARD、BLKSECDISCARD、BLKZEROOUT 等 ioctl 把请求发到块设备。

sysfs 接口

每个块设备的 queue 下暴露 4 个 discard 相关参数：

/sys/block/<dev>/queue/discard_granularity
/sys/block/<dev>/queue/discard_max_bytes
/sys/block/<dev>/queue/discard_max_hw_bytes
/sys/block/<dev>/queue/discard_zeroes_data

含义：

文件	含义
`discard_granularity`	discard 对齐粒度，单位字节。`0` 表示设备不支持 discard。
`discard_max_bytes`	单次 discard 请求允许的最大字节数（受软件层限制）。
`discard_max_hw_bytes`	硬件单次能处理的最大字节数。
`discard_zeroes_data`	丢弃后读回是否保证为 0。`0` 表示不保证，`1` 表示保证。

实现位置：block/blk-mq-sysfs.c / block/blk-sysfs.c。

systemd 定时服务

现代发行版（Fedora、openEuler、Ubuntu 等）默认启用 fstrim.timer，每周触发一次 fstrim.service：

systemctl status fstrim.timer
systemctl status fstrim.service

fstrim.timer：每周执行一次，由 /usr/lib/systemd/system/fstrim.timer 定义。
fstrim.service：实际执行 /usr/sbin/fstrim --listed-in /etc/fstab:/proc/self/mountinfo --verbose --quiet-unsupported。

如果不需要周期性 trim，可以 systemctl disable fstrim.timer；也可以手动执行 fstrim -v /。

在 yyds-fs 虚拟机上的实测

1. 服务状态

$ systemctl status fstrim.service --no-pager
○ fstrim.service - Discard unused blocks on filesystems from /etc/fstab
     Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/fstrim.service; static)
    Drop-In: /usr/lib/systemd/system/service.d
             └─10-timeout-abort.conf
     Active: inactive (dead)
TriggeredBy: ● fstrim.timer
       Docs: man:fstrim(8)

$ systemctl status fstrim.timer --no-pager
● fstrim.timer - Discard unused filesystem blocks once a week
     Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/fstrim.timer; enabled; preset: enabled)
     Active: active (waiting) since Sat 2026-07-11 08:33:03 CST; 1min 8s ago
    Trigger: Mon 2026-07-13 00:06:10 CST; 1 day 15h left
   Triggers: ● fstrim.service
       Docs: man:fstrim(8)

说明 fstrim.timer 已启用，每周触发一次 fstrim.service。

2. lsblk 看 discard 能力

$ lsblk -D
NAME            DISC-ALN DISC-GRAN DISC-MAX DISC-ZERO
sda                    0        0B       0B         0
sdb                    0        4K       1G         0
sdc                    0        4K       1G         0
vda                    0      512B       2G         0
vdb                    0      512B       2G         0
|-vdb1                 0      512B       2G         0
|-vdb2                 0      512B       2G         0
`-vdb3                 0      512B       2G         0
  `-fedora-root        0      512B       2G         0
zram0                  0        4K       2T         0
nullb0                 0        0B       0B         0

sda 和 nullb0 不支持 discard（DISC-GRAN 为 0B）。
sdb/sdc 是普通 SCSI/SATA 盘，粒度 4K，单次最大 1G。
vda/vdb 是 virtio-blk，粒度 512B，单次最大 2G。
zram0 也支持 discard，粒度 4K。

验证 fstrim 真的释放宿主机空间

在 yyds-fs 虚拟机上通过 hotplug 新增一块 10G qcow2 稀疏盘，验证 discard 透传效果。

hotplug 独立盘验证

宿主机创建稀疏 qcow2：

qemu-img create -f qcow2 /home/martins3/data/hack/vm/yyds-fs/img/test-discard.qcow2 10G

QEMU monitor 中热插拔（只给 discard=unmap 即可）：

drive_add 0 file=...,format=qcow2,if=none,id=test-discard,discard=unmap
device_add virtio-blk-pci,drive=test-discard,id=test-discard

guest 中格式化、写数据、删除、trim：

mkfs.ext4 /dev/vdd
mount /dev/vdd /mnt/test-discard

# 写 2G 数据
dd if=/dev/zero of=/mnt/test-discard/bigfile bs=1M count=2000

# 删除并 trim
rm /mnt/test-discard/bigfile
sync
fstrim -v /mnt/test-discard
# /mnt/test-discard: 9.7 GiB (10461900800 bytes) trimmed

宿主机文件变化：

写数据后：   1.7G actual / 1.8G apparent
删除+fstrim：9.1M actual / 1.8G apparent

说明：只配 discard=unmap 就能让宿主机 qcow2 真正释放空间。aio=native,cache.direct=on 不是 punch hole 的必要条件，但生产环境常一起用（libvirt 默认也这样配），主要是为了保证 I/O 直写路径的性能和一致性。

根文件系统上的验证

/ 位于 LVM /dev/mapper/fedora-root → /dev/vdb3。直接在根目录创建大文件测试：

# 写 10G 文件
dd if=/dev/zero of=/bigfile bs=1M count=10000

# 删除并 trim
rm /bigfile
sync
fstrim -v /
# /: 349 GiB (374731702272 bytes) trimmed

宿主机 boot1 qcow2 占用变化：

写文件前：  76G actual / 148G apparent
写文件后：  86G actual / 148G apparent
删除+fstrim：76G actual / 148G apparent

这说明即使不修改 /etc/lvm/lvm.conf 的 issue_discards，文件系统层的 fstrim 也会通过 device-mapper 透传到 PV，再经 discard=unmap 让宿主机 qcow2 真正释放空间。

已修改 collei/scripts/collei.py，为所有 -drive 后端统一加上 discard=unmap（boot、virtio-scsi、virtio-blk、nvme、sata）。yyds-fs 重启后生成的 cmd.sh 已包含这些参数。

虚拟机 / QEMU 下的注意事项

virtio-blk：QEMU 启动参数需要 discard=unmap，并且磁盘格式（如 qcow2）支持 unmap。
virtio-scsi：discard=unmap 同样可以开启 TRIM 透传。
如果 cat /sys/block/vd*/queue/discard_granularity 为 0，但宿主角色的底层盘支持 TRIM，通常是因为 QEMU 没配 discard 透传。

即使底层块设备支持 discard，如果挂载点对应的层（如 dm-crypt 没开 allow_discards、 LVM thin 没启用 issue_discards、QEMU 没开启 discard=unmap）， trim 也可能无法真正透传到底层。

常用命令

# 查看所有块设备的 discard 能力
lsblk -D

# 查看某个盘的 discard 参数
cat /sys/block/sdc/queue/discard_*

# 手动 trim 根分区
sudo fstrim -v /

#  trim 所有已挂载文件系统
sudo fstrim -av

# 查看/启用每周 trim 定时器
systemctl status fstrim.timer
systemctl enable --now fstrim.timer

# 
fstrim --listed-in /etc/fstab:/proc/self/mountinfo --verbose --quiet-unsupported

参考

man fstrim(8)
Documentation/block/queue-sysfs.rst
block/blk-mq-sysfs.c, block/blk-sysfs.c
https://askubuntu.com/questions/1492995/how-to-know-if-my-nvme-ssd-needs-trim

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