Лекция 5: Конфигурирование и планирование подсистемы ввода-вывода
Пропускная способность контроллера и шины
Вы должны оценить не только ограничения, связанные с дисковым накопителем, но и ограничения пропускной способности шины ввода-вывода (обычно это SCSI или Fibre Channel). Так как шины работают с заданной тактовой частотой и имеют определенное количество разрядов данных (32 бита, 64 бита и т.д.), то максимальная пропускная способность ограничена некоторым фиксированным значением. Ваши потребности могут достичь до пропускных способностей контроллера, шины PCI или шины ввода-вывода контроллера или превысить их. Вы можете избежать этого, распределив контроллеры по нескольким шинам PCI вашего компьютера. Большинство компьютеров сейчас выпускается с тремя и более шинами PCI.
Подсистемы ввода-вывода высшего класса
Компании, которым необходимо обеспечивать доступность в течение 99,99% времени и более в сочетании с максимальной производительностью, часто обращаются к поставщикам вроде фирмы EMC. Такие поставщики предлагают сложные подсистемы ввода-вывода, содержащие кэши объемами в несколько Гб и множественные каналы для передачи данных от компьютеров к дисковым накопителям. Множественные каналы обеспечивают избыточность. Если какая-либо компонента системы откажет (например, откажет канал ввода-вывода, контроллер или кэш), то подсистема ввода-вывода не прекратит свое функционирование. При тщательном планировании состава таких подсистем ввода-вывода, они могут обеспечить высочайший уровень производительности и надежности.
Лифтовая сортировка
Лифтовая сортировка (elevator sorting) – это метод для обеспечения большей эффективности операций произвольного ввода-вывода. Когда диск получает произвольные запросы ввода-вывода, головки должны перемещаться произвольным образом по дорожкам диска, внутрь и наружу. Из-за этих операций произвольного ввода-вывода возникают задержки, мы уже рассказывали вам об этом. Многие из RAID-контроллеров поддерживают лифтовую сортировку, благодаря которой поиск произвольных дорожек становится более эффективным. Когда на контроллере, поддерживающем лифтовую сортировку, собрались в очереди несколько запросов ввода-вывода, то операции ввода-вывода могут быть отсортированы таким образом, чтобы избавиться от лишних перемещений головок. Движения головок, оптимизированные при помощи лифтовой сортировки, напоминают движения лифта, забирающего попутных пассажиров при перемещении между этажами в нужном направлении.
Представьте, что было бы, если бы лифт обслуживал пассажиров строго в том порядке, в котором они нажимали бы на кнопки. Тогда лифт проезжал бы мимо нужных этажей, вместо того, чтобы остановиться и дать людям войти или выйти. Настоящий лифт работает более эффективно, потому что он делает остановки на нужных этажах. Алгоритмы лифтовой сортировки работают примерно так же. Если в очереди имеется более одной операции ввода-вывода, то контроллер найдет наиболее эффективный путь движения головок, который очистит очередь (рис. 5.7).
Как видите, благодаря лифтовой сортировке накопитель может более эффективно производить переход головок к нужным дорожкам. Общее время поиска дорожек сокращается (хотя время поиска дорожки для отдельных операций иногда может и увеличиться). Однако для работы лифтовой сортировки вы должны иметь на том контроллере или на дисковом накопителе, для которых она будет производиться, несколько или даже много операций ввода-вывода, ожидающих своего исполнения. Такая ситуация часто возникает при чрезмерной нагрузке на подсистему ввода-вывода. Диск, работающий оптимальным образом, во многих случаях имеет лишь одну или две операции ввода-вывода, ожидающие своего исполнения, что делает сомнительной полезность лифтовой сортировки.
Надежность дисков
Дисковые накопители являются одними из немногих компонент компьютера, имеющими подвижные детали. Диск вращается с большой скоростью и работает нагретым до высокой температуры. Среди деталей накопителя имеются несколько двигателей и подшипников, которые рано или поздно, но обязательно износятся. Среди технических характеристик дискового накопителя имеется средняя продолжительность наработки на отказ (MTBF, mean time between failures). Данная техническая характеристика показывает, сколько в среднем прослужит этот накопитель. Однако это число показывает лишь среднее время. При одинаковой средней продолжительности наработки на отказ срок службы у разных дисков будет неодинаковым. Типичные современные диски могут иметь среднюю продолжительности наработки на отказ равную миллиону часов, т.е. 114 годам. Это долгий срок, но некоторые диски с таким показателем MTBF прослужат гораздо дольше, а некоторые – сломаются очень быстро. Дело в том, что диски содержат подвижные детали, и поэтому они подвержены износу и могут ломаться.