Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Характеристики накопителей на жестких дисках: Программы кэширования и кэш-контро...


Это время обычно измеряется в миллисекундах (мс); оно необходимо для перемещения головки от одного цилиндра к другому на какое-либо произвольное расстояние. Один из способов, позволяющих определить эту величину, состоит в многократном выполнении операций поиска случайной дорожки и последующем делении затраченного времени на количество выполненных операций. Этот метод позволяет вычислить среднее время, необходимое для выполнения одной операции поиска дорожки.

Стандартный метод, используемый различными изготовителями для определения среднего времени позиционирования, состоит в измерении времени, затрачиваемого головками для перемещения на расстояние, равное одной трети радиуса всех цилиндров. Среднее время позиционирования зависит непосредственно от конструкции жесткого диска; тип интерфейса или контроллера практически никак не влияет на этот параметр. Величина среднего времени позиционирования говорит, в первую очередь, о возможностях механизма привода головки.

Примечание

Следует крайне осторожно относиться к результатам эталонных тестов, используемых для определения среднего времени поиска дорожки. В большинстве накопителей ATA используется так называемая схема трансляции секторов, поэтому далеко не все команды, получаемые дисководом на перемещение головки к определенному цилиндру, приводят к ожидаемому физическому движению. Таким образом, выполнение некоторых эталонных тестов для накопителей определенного типа является совершенно бессмысленным. Накопители SCSI также требуют выполнения дополнительной операции, поскольку команды должны быть вначале отправлены накопителю по шине SCSI. Казалось бы, накопители этого типа должны иметь минимальное время доступа, поскольку служебные команды при выполнении эталонных тестов не учитываются. Если же этот фактор учесть, то можно выявить по крайней мере устройства с плохими характеристиками.


Время ожидания

Временем ожидания называется среднее время (в миллисекундах), необходимое для перемещения головки к указанному сектору после достижения определенной дорожки. В среднем эта величина равна половине времени, которое требуется для одного оборота жесткого диска. При увеличении частоты вращения диска вдвое время ожидания уменьшится наполовину.

Время ожидания является одним из факторов, определяющих скорость чтения и записи накопителя. Уменьшение времени ожидания (чего можно достичь только при повышении частоты вращения) сокращает время доступа к данным или файлам. В табл. 9.8 приведены наиболее распространенные частоты вращения жестких дисков и соответствующие величины времени ожидания.

В настоящее время скорость вращения многих накопителей достигает 7200 об/мин, чему соответствует время ожидания, равное всего лишь 4,17 мс. При увеличении частоты вращения до 10000 или даже 15000 об/мин время ожидания уменьшается до немыслимых величин, равных соответственно 3 и 2 мс. Увеличение частоты вращения накопителя приводит не только к повышению его эффективности, что выражается в уменьшении времени доступа к данным, но и к увеличению скорости передачи данных, считанных головкой из указанных секторов.

Среднее время доступа

Средним временем доступа к данным называется сумма среднего времени позиционирования и времени ожидания. Среднее время доступа обычно выражается в миллисекундах.

Этот показатель характеризует время, необходимое накопителю для обращения к произвольно расположенному сектору.

Программы кэширования и кэш-контроллер

Быстродействие дискового накопителя можно существенно повысить, если воспользоваться специальными программами кэширования, например SMARTDRV (DOS) и VCASHE (Windows). Эти программы подключаются” к прерыванию жесткого диска на уровне BIOS (перехватывают прерывание BIOS) и обрабатывают запросы на считывание и запись, направляемые приложениями и драйверами устройств в BIOS.

Если приложению понадобилось считать порцию данных с жесткого диска, кэш-программа перехватывает соответствующий запрос, проверяет наличие определенных условий (о которых будет сказано ниже) и, если они не удовлетворяются, передает запрос в неизменном виде контроллеру накопителя. Считанные в накопителе данные не только передаются приложению, но и сохраняются в специальном буфере (кэше). В зависимости от размера кэша в нем могут храниться данные из достаточно большого количества секторов.

Если приложению нужно считать дополнительные данные, кэш-программа вновь перехватывает запрос и проверяет, не хранятся ли запрошенные данные в буфере. Если хранятся, то они немедленно передаются приложению без непосредственного обращения к диску. Можете представить себе, насколько этот прием ускоряет доступ к диску (и заодно сказывается на результатах измерений быстродействия накопителя).

Большинство современных контроллеров включают встроенный кэш той или иной разновидности, которому не нужно перехватывать и использовать прерывания BIOS. Кэширование осуществляется на аппаратном уровне, и обычные программы измерения быстродействия на-
копителей его не замечают”. Первыми подобного рода устройствами в накопителях были буфера опережающего считывания дорожки, благодаря которым удалось получить коэффициент чередования 1:1. В одних современных контроллерах просто увеличен размер этих буферов, а в других используются более интеллектуальные устройства, по своим возможностям близкие к кэш-программам.

Во многих накопителях ATA и SCSI кэш-память расположена непосредственно во встроенном контроллере. Большинство современных накопителей АТА имеют встроенную кэш-память объемом 2 Мбайт; во многих высокоэффективных накопителях АТА объем кэш-памяти достигает 8 Мбайт. Как правило, накопители SCSI имеют кэш-память объемом 8 Мбайт, а в некото­рых из них установлен кэш объемом 16 Мбайт. В былые времена 1 или 2 Мбайт оперативной памяти хватало для всей системы. Сейчас же некоторые 3,5-дюймовые накопители имеют до 16 Мбайт кэш-памяти, которая встраивается непосредственно в устройство.

Несмотря на то что программное и аппаратное кэширование данных позволяет существенно повысить производительность накопителей при обычных операциях считывания и записи, реальная (физическая) скорость передачи данных определяется только конструкцией самого устройства.

Коэффициент чередования

Рассуждая о быстродействии накопителей, нельзя обойти вопрос о чередовании секторов. Эта тема традиционно рассматривается в разделах, посвященных быстродействию контроллеров, а не накопителей, однако в большинстве современных устройств ATA встроены контроллеры, обрабатывающие данные с той же скоростью, с которой они поступают из накопителей. Это означает, в частности, что практически все современные накопители ATA форматируются непосредственно на заводах-изготовителях без чередования секторов (иногда говорят о коэффициенте чередования 1:1), и изменить этот показатель чаще всего просто невозможно. В старых устройствах MFM и ESDI с помощью изменения коэффициента чередования можно было добиться более высокой производительности диска.

Примечание

Более подробно о чередовании и смещении цилиндров, используемых в старых дисках, можно узнать из 12-го издания данной книги (глава 10).

Надежность

Отправляясь в магазин за жестким диском, вы, несомненно, обратите внимание на такой параметр, как среднестатистическое время между сбоями (MTBF), которое обычно колеблется от 300 тыс. до 1 млн. часов и более. Я никогда не обращаю внимания на эти цифры, поскольку они являются чисто теоретическими.

Для правильного понимания этого важного параметра накопителя следует знать, как его вычисляют. Большинство производителей довольно продолжительное время выпускают накопители на жестких дисках, которые работают в компьютерах пользователей миллионы часов (если просуммировать время работы всех моделей). Для всех моделей накопителя вычисляется коэффициент сбоев отдельных компонентов, который затем учитывается при проектировании компонентов нового накопителя. Для платы управления используются стандартизированные промышленные методы предсказания сбоев. Таким образом, производитель может для новой модели накопителя на жестких дисках оценить вероятность сбоев на основе полученных ранее статистических данных.

Не менее важно понимать, что среднестатистическое время между сбоями определяется для всех накопителей одной модели, а не для отдельного накопителя. Если указано, что это время равно 500 тыс. часов, значит, ошибка может появиться при общем времени работы 500 тыс. часов всех накопителей данной модели. Если выпущен миллион накопителей данной модели и все они работают одновременно, то можно ожидать появления ошибки каждые полчаса. Параметр MTBF не применим для отдельного накопителя или небольшой выборки накопителей одной модели.

Кроме того, необходимо правильно понимать значение слова ошибка”. В определении описанного выше параметра под ошибкой подразумевается полный выход из строя накопителя (т.е. когда его следует вернуть производителю), а не появляющиеся ошибки чтения или записи файлов.

Как указывают некоторые производители, параметр MTBF на самом деле следует расценивать как среднестатистическое время до первой ошибки”, а не между ошибками”. После первой ошибки устройство возвращается производителю и, как правило, не ремонтируется, а просто заменяется другим. Таким образом, понятие среднего времени между ошибками” просто не имеет права на существование.

Подведем итог. Не следует уделять слишком много внимания такому параметру, как среднестатистическое время безотказной работы (MTBF). Для отдельного накопителя эта величина является не более чем неточно прогнозируемым показателем надежности. Однако если вам как администратору информационных систем приходится каждый год приобретать не­сколько тысяч компьютеров и накопителей или заниматься формированием и поддержкой множества различных систем, то стоит не только изучить эти показатели, но и познакомиться с методами их определения. Если удастся понять метод вычислений, используемый поставщиком, и определить фактическую надежность многих моделей накопителей, можно будет приобрести более надежные устройства и сэкономить время и деньги, необходимые для их обслуживания и поддержки.

S.M.A.R.T.

Технология самотестирования, анализа и отчетности (S.M.A.R.T.) — это новый промышленный стандарт, в котором описаны методы, позволяющие предсказать появление ошибок жесткого диска. При активизации системы S.M.A.R.T. жесткий диск начинает отслеживать определенные параметры, чувствительные к неисправностям накопителя или указывающие на них. На основе отслеживаемых параметров можно предсказать сбои в работе накопителя. Если расчетная вероятность появления ошибки возрастает, S.M.A.R.T. генерирует для BIOS или драйвера операционной системы отчет о возникшей неполадке, который указывает пользователю на необходимость немедленного резервного копирования данных до того момента, когда в накопителе произойдет реальный сбой.

На основе отслеживаемых параметров S.M.A.R.T. пытается определить тип ошибки. По данным компании Seagate, 60% ошибок механические. Именно этот тип ошибок и предсказывается S.M.A.R.T. Разумеется, не все ошибки можно предсказать, например появление статического электричества, внезапную встряску или удар, термальные перегрузки и т.д.

Технология S.M.A.R.T. была разработана IBM в 1992 году. В том же году IBM выпустила жесткий диск формата 3,5 дюйма с модулем Predictive Failure Analysis (PFA), который измерял некоторые параметры накопителя и в случае их критического изменения генерировал предупреждающее сообщение. IBM передала на рассмотрение организации ANSI специфика­цию технологии предсказания ошибок накопителя, и в результате появился стандарт ANSI — протокол S.M.A.R.T. для устройств SCSI (документ X3T10/94-190).

Интерес к развитию этой технологии привел к созданию в 1995 году рабочей группы с участием IBM, Seagate Technology, Conner Peripherals (в настоящее время является подразделением Seagate), Fujitsu, Hewlett-Packard, Maxtor, Quantum и Western Digital. Результатом их работы стала спецификация S.M.A.R.T. для накопителей на жестких дисках с интерфейсами ATA и SCSI, и они сразу же появились на рынке.

В накопителях на жестких дисках с интерфейсами IDE/ATA и SCSI реализация S.M.A.R.T. подобна, за исключением отчетной информации. В накопителях с интерфейсом IDE/ATA драйвер программного обеспечения интерпретирует предупреждающий сигнал накопителя, генерируемый командой S.M.A.R.T. report status. Драйвер запрашивает у накопителя статус этой команды. Если ее статус интерпретируется как приближающийся крах жесткого диска, то операционной системе отсылается предупреждающее сообщение, а та, в свою очередь, информирует об ошибке пользователя. Такая схема в будущем может дополняться новыми свойствами. Операционная система может интерпретировать атрибуты, которые передаются с помощью расширенной команды report status. Что касается накопителей с интерфейсом SCSI, то в этом случае S.M.A.R.T. информирует пользователя только о двух состояниях накопителя — о нормальной работе и об ошибке.

Замечу, что традиционные программы диагностики диска, например Scandisk, работают с секторами данных на поверхности диска и не отслеживают всех функций накопителя в целом. В некоторых современных накопителях на жестких дисках резервируются секторы, которые в будущем используются вместо дефектных. Как только вступает в дело” один из резервных секторов, S.M.A.R.T. информирует об этом пользователя, в то время как программы диагностики диска не сообщают о каких-либо проблемах.

Каждый производитель накопителей на жестких дисках по-своему реализует параметры монитора S.M.A.R.T., причем большинство из них реализовали собственный набор параметров. В некоторых накопителях отслеживается высота полета” головок над поверхностью диска. Если эта величина уменьшается до некоторого критического значения, то накопитель генерирует ошибку. В других накопителях выполняется мониторинг кодов коррекции ошибок, который показывает количество ошибок чтения и записи на диск. В большинстве дисков реализована регистрация следующих параметров:

■     высота полета” головки над диском;

■     скорость передачи данных;

■     количество переназначенных секторов;

■     время раскручивания жесткого диска;

■     частота сбоев при поиске;

■     производительность при поиске;

■     количество повторений раскручивания жесткого диска;

■     количество повторных калибровок накопителя.

Каждый параметр имеет пороговое значение, которое используется для определения того, появилась ли ошибка. Это значение устанавливается производителем накопителя и не может быть изменено.

Существует ряд простых требований, выполнение которых обеспечит корректное функционирование S.M.A.R.T.; для этого необходимы S.M.A.R.T.-совместимый накопитель на жестких дисках и система BIOS, поддерживающая данную технологию, или драйвер жесткого диска для используемой операционной системы. Если BIOS не поддерживает технологию S.M.A.R.T., воспользуйтесь служебными программами (утилитами), которые обеспечат нужную поддержку. К программам такого рода относятся Norton Utilities от Symantec, EZ Drive от StorageSoft и Data Advisor от Ontrack.

Существенное изменение контролируемых параметров инициирует предупреждения S.M.A.R.T., накопитель передает предупреждение с помощью соответствующей команды IDE/ATA или SCSI (в зависимости от типа имеющегося дисковода) драйверу жесткого диска, который находится в системной BIOS. Драйвер выводит это сообщение во время следующей загрузки и выполнения теста POST.

Если необходимы более полные и оперативные сведения, воспользуйтесь специальной утилитой, получающей данные S.M.AR.T. от накопителя, например SMART Explorer от компании Adenix (www.adenix.net) или HDD Health от Panterasoft (www.panterasoft.com).

При получении предупреждающего сообщения, прежде всего, необходимо обратить внимание на его содержание и создать резервную копию всех данных, хранящихся на жестком диске. Для создания резервных копий используйте только новые носители. Не стоит записывать копируемые данные поверх ранее созданных качественных копий, так как сбой в работе может произойти до того, как будет завершен процесс резервирования.

Что делать после того, как будет создана резервная копия данных? Предупреждение S.M.A.R.T. может быть вызвано внешними причинами, и оно далеко не всегда указывает на возможные сбои в работе накопителя. Например, иногда предупреждающий сигнал инициируется при изменении климатических условий, в частности повышении или понижении температуры окружающей среды. К этому может привести также чрезмерная вибрация накопителя, вызванная какими-нибудь внешними причинами. Кроме того, одной из причин появления подобных сообщений являются электрические помехи, возникающие при работе электродвигателей или других устройств, включенных в одну сеть с компьютером.

В том случае, если предупреждение вызвано внутренними причинами, в сообщении может говориться о необходимость замены накопителя. Если устройство находится на гарантии, обратитесь к поставщику и выясните, готов ли он его заменить. Отсутствие дальнейших сообщений говорит о случайности возникшей проблемы; в этом случае к замене накопителя при­бегать не придется. Если во время работы появляются новые сообщения, рекомендую все-таки заменить используемый накопитель. Если удастся подключить новый и существующий (сбойный) накопители в одной системе, попробуйте перенести содержимое одного накопителя на другой, что позволит избежать повторной инсталляции приложений и загрузки скопи­рованных данных.

Стоимость

Стоимость накопителей на жестких дисках постоянно снижается. Сейчас жесткий диск ATA емкостью 500 Гбайт можно приобрести чуть больше чем за 140 долларов, что составляет около 28 центов за один гигабайт. (В 1983 году я приобрел жесткий диск емкостью 10 Мбайт по цене 1800 долларов. Сегодня он стоил бы не более трети цента.)

Конечно же, стоимость жестких дисков будет постоянно снижаться, поэтому можно ожидать, что в дальнейшем у вас есть все предпосылки приобрести еще более емкие диски за меньшую стоимость.



Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Характеристики накопителей на жестких дисках: Программы кэширования и кэш-контро...", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2017 Дискета.info