Опубликован: 11.12.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 5356 / 282 | Оценка: 4.42 / 3.86 | Длительность: 57:15:00

Лекция 5: Конфигурирование и планирование подсистемы ввода-вывода

Аннотация: Подсистема ввода-вывода – одна из главных составляющих при проектировании системы. Рассматриваются принципы работы жестких дисков, показатели производительности: задержка вращения, время поиска дорожки диска, максимальное время поиска и другие. Проводится очень подробный анализ и сравнительная характеристика массивов RAID: RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 10. Обзор внутренних и внешних массивов RAID. Различные таблицы, схемы, графики позволяют более наглядно и качественно представить информацию для принятия нужного решения. Первое знакомство с языком запросов T-SQL проводится именно в этой лекции!

Конфигурируя свою систему, вы должны специально позаботиться о том, чтобы правильно спроектировать и сконфигурировать подсистему ввода-вывода. Конфигурирование подсистемы ввода-вывода может как улучшить, так и ухудшить производительность вашей системы. Поняв ограничения, относящиеся к подсистеме ввода-вывода, и сконфигурировав свой сервер на оптимальную работу с учетом этих ограничений, вы сможете достичь требуемого уровня производительности.

В данной лекции мы изучим подсистему ввода-вывода. Мы начнем с описания работы устройств жестких дисков и расскажем, почему диски имеют фундаментальные ограничения производительности. Затем мы расскажем о разнообразных решениях при помощи доступных вам систем RAID и о характеристиках их производительности. Кроме того, вы научитесь идентифицировать и решать проблемы с производительностью ввода-вывода. В данной лекции также будет дано множество полезных советов и рекомендаций, относящихся к подсистеме ввода-вывода. И наконец, вы научитесь правильно конфигурировать Microsoft SQL Server 2000 так, чтобы вы смогли задействовать потенциал производительности вашей подсистемы ввода-вывода.

Характеристики производительности дисков

Дисковые накопители, называемые также "жесткие диски", являются одними из основных компонент компьютеров. Но, как ни удивительно, механическое устройство дисковых накопителей за последние 20 лет не поменялось радикально. По сравнению с первыми моделями, жесткие диски стали гораздо надежней и быстрей, но их основа осталась такой же. С точки зрения производительности, жесткие диски являются одними из наиболее важных аппаратных компонент, требующих настройки. Строго говоря, на самом деле вы не можете настраивать жесткие диски, но, зная характеристики их производительности и ограничения, вы можете конфигурировать свою систему с учетом данных ограничений, осуществляя, фактически, настройку подсистемы ввода-вывода.

Конструкция накопителя на жестких дисках

В качестве компонент для хранения данных в накопителях на жестких дисках применяются одна или нескольких пластин (disk platters). Эти пластины покрыты веществом, способным хранить данные благодаря своим магнитным свойствам. Данные хранятся на дорожках (tracks), похожих на дорожки грампластинки (или компакт-диска – для тех, кто забыл, как выглядят грампластинки). Каждая дорожка, в свою очередь, состоит из нескольких секторов. Чем дальше от центра диска, тем больше секторов будет на каждой из дорожек. Типичная пластина жесткого диска показана на рис. 5.1.

Накопители на жестких дисках часто состоят не из одной, а из многих пластин, расположенных одна над другой (рис. 5.2). Данные считываются при помощи магнитных головок. Магнитные головки используются как для чтения, так и для записи данных на диск. Так как пластин несколько, то и головок должно быть несколько. Эти головки крепятся на коромыслах (armature), двигающихся внутрь пакета пластин и обратно из него, подобно тонарму с иглой у граммофона. Все головки и коромысла жестко соединены друг с другом, поэтому все головки в каждый из моментов времени находятся в одинаковых местах каждой из пластин. Из-за такой конструкции диска становится целесообразным одновременное чтение или запись сразу всеми его головками. Таким образом, данные записываются и считываются с диска одновременно всеми головками. Поскольку набор дорожек, охватываемых головками в любой из моментов времени, похож на цилиндр, мы говорим, что данные хранятся в цилиндрах (рис. 5.2).

Пластина жесткого диска

Рис. 5.1. Пластина жесткого диска
 Цилиндры жесткого диска

Рис. 5.2. Цилиндры жесткого диска

Накопители на жестких дисках могут иметь только одну пластину, а могут – и более шести пластин. Плотность хранения данных на пластинах и количество пластин определяют максимальную емкость (вместимость) накопителя. Некоторые модели накопителей не отличаются почти ничем, кроме количества пластин. Распространенная модель накопителей имеет емкость 9 Гб и три пластины, а накопители модели, не отличающейся ничем, кроме емкости 18 Гб, имеют шесть пластин.

Показатели производительности накопителей на жестких дисках

Теперь, когда у вас имеется представление о конструкции накопителя на жестких дисках, давайте ознакомимся с тем, как он работает. Сначала мы расскажем о характеристиках вращения жестких дисков, а затем вы узнаете, как зависит время поиска дорожки жестких дисков от производительности накопителя.

Задержка вращения

Многие высокопроизводительные жесткие диски вращаются со скоростью 10000 об/мин. Если для доступа к запрошенным данным потребуется полный оборот диска, то этот оборот диска займет приблизительно 6 мс, т.е. 0,006 секунд. Скорость вращения 10000 об/мин соответствует 166,7 оборотам в секунду, поэтому на один оборот требуется 1/166,7 секунды, т.е. около 6 мс.

Чтобы головки накопителя могли прочитать сектор данных, этот сектор должен находиться под головками. Поскольку диск всегда вращается, головка просто должна подождать, пока сектор не подойдет в позицию под нее. Время, необходимое для поворота диска в нужную позицию, когда нужный сектор подойдет под головку, называется задержкой вращения (rotational latency). Задержка вращения может достигать 6 мс (если необходим полный оборот диска), но в среднем она составляет 3 мс.

Задержка вращения добавляется к времени отклика доступа к диску. Поэтому, когда вы выбираете дисковые накопители для своей системы, с точки зрения производительности, длительность задержки вращения чрезвычайно важна. Как вы только что видели, для дисков со скоростью вращения 10000 об/мин, задержка вращения составляет около 3 мс. Диски предыдущего поколения вращались со скоростью 7200 об/мин, у них оборот совершался за 8,3 мс, а средняя задержка вращения составляет около 4,15 мс. Это увеличение средней задержки вращения кажется небольшим, но оно на 38% больше, чем у диска со скоростью вращения 10000 об/мин. Как вы узнаете далее в данной лекции, длительность времени отклика может значительно увеличить время доступа для ввода-вывода.

Максим Козинда
Максим Козинда
Россия, Тюмень, ТюмГАСА, 2009