admin / 15.12.2017
Калькулятор IOPS – что это?
Термины
Какие типы контроллеров поддерживает Калькулятор IOPS?
Какие типы накопителей «поддерживает» Калькулятор IOPS?
Зачем нужен выбор конкретной модели накопителя?
Почему Калькулятор IOPS вычисляет только производительность случайного доступа?
Что такое глубина очереди?
Как глубина очереди влияет на производительность и задержку?
Как влияет на производительность тип RAID-массива?
Как влияет на производительность массива включение кэша контроллера?
Как влияет на производительность включение кэша дисков?
Почему полезная емкость массива меньше ожидаемой?
Калькулятор IOPS – что это?
Калькулятор IOPS позволяет оценить производительность дисковой подсистемы сервера.
В зависимости от типа контроллера и накопителей, режима кэш, числа накопителей, глубины очереди и характера нагрузки вычисляются производительность, задержка и емкость для массивов RAID 0/10/5/6.
Термины
IOPS — Input/output Operations Per Second, число операций ввода/вывода, выполняемое дисковой подсистемой в секунду.
Операция ввода/вывода – операция чтения или записи, выполняемая дисковой подсистемой. Различают операции последовательного и случайного доступа.
Операции последовательного доступа — чтение или запись блоков данных, которые расположены друг за другом. Производительность таких операций оценивают в мегабайтах в секунду (MB/s).
Операции случайного доступа — чтение или запись блоков данных, которые расположены в произвольном порядке. Производительность таких операций оценивают в IOPS.
Запрос – задание дисковой подсистеме на выполнение операции чтения или записи.
Глубина очереди – количество одновременных запросов на чтение или запись.
Задержка – среднее время выполнения запроса.
Strip – блок данных, который записывается на один диск RAID-массива. Размер этого блока задается при создании RAID-массива.
Stripe – суммарный размер одной записи на всех дисках RAID-массива без учета данных четности.
Какие типы контроллеров поддерживает Калькулятор IOPS?
Калькулятор IOPS поддерживает все типы RAID-контроллеров, которые используются в серверных системах нашей сборки:
Для контроллеров с кэш-памятью возможен выбор режимов Write Through и Write Back.
Выбор контроллера накладывает ограничения на максимальное количество дисков, а также их интерфейс.
Например, для встроенных контроллеров количество дисков ограничено числом портов – 4, 6 или 8. Хотя эти контроллеры могут работать с расширителями портов, на практике это применяется редко.
Для SATA-контроллеров нельзя выбрать диски с интерфейсом SAS. Кроме того, не все контроллеры поддерживают все типы RAID-массивов.
Какие типы накопителей «поддерживает» Калькулятор IOPS?
Калькулятор IOPS поддерживает все типы используемых нами в производстве серверов Team современных серверных жестких дисков: 2.5″ и 3.5″ с интерфейсами SAS и SATA и скоростью вращения 7200, 10000 и 15000 оборотов в минуту.
Калькулятор также поддерживает современные твердотельные накопители (SSD) с интерфейсами SATA3 (6Gb/s), SAS3 (12Gb/s), NVMe (4GB/s).
Зачем нужен выбор конкретной модели накопителя?
Жесткие диски одного класса, но разных производителей (например, диски SAS 2.5″ со скоростью вращения 7200 оборотов в минуту), могут заметно различаться по производительности. Наличие промежуточной неотключаемой энергонезависимой кэш-памяти в некоторых моделях накопителей позволяет в разы увеличить скорость на операциях случайной записи.
Почему Калькулятор IOPS вычисляет только производительность случайного доступа?
В подавляющем большинстве приложений дисковая подсистема сервера работает в режиме случайного доступа, осуществляя чтение и запись данных, расположенных в массиве произвольным образом.
Когда необходимо оценить производительность последовательного чтения или записи, можно считать, что скорость массива будет кратна количеству дисков в массиве (при условии, что размер блока данных больше размера Stripe). Это справедливо даже для массивов с вычислением четности, поскольку в этом случае выполняется запись целого страйпа и блока четности без предварительного чтения «старых» данных.
Что такое глубина очереди?
Глубина очереди – это количество одновременных запросов на чтение или запись, которые сервер посылает дисковой подсистеме. Если глубина очереди равна единице, то следующий запрос посылается только после получения подтверждения о выполнении предыдущего запроса. Если глубина очереди больше единицы, сервер сразу посылает несколько запросов и в дальнейшем поддерживает заданную глубину очереди по мере их выполнения.
Как глубина очереди влияет на производительность и задержку?
Для начала рассмотрим понятие глубины очереди применительно к одиночному диску.
Чем больше глубина очереди, тем больше запросов жесткий диск может обработать за единицу времени. Это объясняется тем, что диск выстраивает последовательность обработки запросов таким образом, чтобы маршрут движения головок был оптимальным с точки зрения минимизации времени операций. Чем больше глубина очереди, тем больше у диска выбор и тем эффективнее оптимизация.
Диски SATA могут обрабатывать до 32 одновременных запросов, диски SAS – до 64. При максимальной глубине очереди производительность диска увеличивается примерно в три раза по сравнению с одиночными запросами.
Однако не все так просто. При увеличении глубины очереди растет задержка — среднее время выполнения запроса. Действительно, при глубине очереди, например, 32 каждый запрос должен подождать, пока будут обработаны предыдущие запросы. То есть, если общая производительность выросла в три раза по сравнению с глубиной очереди 1, время выполнения каждого запроса вырастет примерно в 10 раз. Это время складывается из времени ожидания и времени выполнения операции. Поэтому ориентироваться только на показатели производительности при максимальной глубине очереди не следует, так как задержки становятся слишком большими.
Когда мы говорим о глубине очереди применительно к RAID-массиву, картина меняется. При глубине очереди 1 мы не получим выигрыша в производительности по сравнению с одиночным диском, поскольку в массиве будет работать всегда только один диск. А вот если массив получит сразу столько запросов, сколько он имеет дисков в своем составе, мы получим рост производительности, пропорциональный числу дисков.
Правда, следует заметить, что запросы совсем необязательно распределятся равномерно между всеми дисками массива, поэтому реальный рост производительности будет меньше. Например, для массива из двух дисков только в половине возможных случаев запросы будут приходиться на разные диски, поэтому производительность вырастет всего в полтора раза (на самом деле немного больше, поскольку в другой половине случаев на каждый диска придет по два запроса и производительность дисков вырастет за счет оптимизации). Наш Калькулятор IOPS точно учитывает эти моменты для любого количества дисков и любой глубины очереди.
Оптимальным является вариант, когда на каждый диск массива приходится один запрос. При дальнейшем увеличении глубины очереди производительность массива растет гораздо медленнее задержки, которая прямо пропорциональна глубине очереди. Именно поэтому при расчете производительности массива глубина очереди по умолчанию принимается равной количеству дисков. Однако ее можно поменять, чтобы увидеть, как при этом будут меняться производительность и величина задержки.
Как влияет на производительность тип RAID-массива?
Рассмотрим приближенную и упрощенную модель — будем считать, что глубина очереди равна количеству дисков массива и запросы распределяются между дисками равномерно. Рассмотрим сначала операции случайного чтения.
В массиве RAID 0 чтение будет выполняться параллельно с каждого диска массива, поэтому производительность массива будет равна произведению производительности одного диска на число дисков в массиве.
Для RAID 5 и RAID 6 картина точно такая же. Поскольку данные четности распределены между всеми дисками равномерно, при чтении будут задействованы все диски.
А вот для RAID 10 с аппаратным контроллером производительность будет даже выше, чем у RAID 0, поскольку чтение будет выполняться с того диска зеркальной пары, головки которого ближе к нужному сектору.
Для операций записи ситуация другая, кроме RAID 0. Для RAID 0 производительность по мере увеличения количества дисков в массиве растет так же, как в случае с чтением. RAID 10 медленнее в два раза, поскольку должен записывать одни и те же данные на два диска.
Для массива RAID 5 каждый запрос на запись порождает 4 операции: чтение «старого» блока данных, чтение четности, запись «новых» данных и запись четности. Поэтому теоретически RAID 5 при том же количестве дисков медленнее RAID 0 примерно в 4 раза. Однако на самом деле производительность определяется типом контроллера. Для контроллеров Adaptec реальная производительность неплохо согласуется с теоретической, а вот для контроллеров LSI с увеличением количества дисков производительность не растет, хотя при небольшом количестве дисков они работают быстрее, чем Adaptec. Разница объясняется тем, что LSI максимально оптимизирует свои алгоритмы для работы с массивами с небольшим числом дисков, поскольку не делает контроллеры с количеством портов более 8, в то время как Adaptec ориентируется в том числе и на массивы с большим количеством дисков и предлагает контроллеры и с 16 и с 24 портами.
Все вышесказанное относится и к массивам RAID 6 с той разницей, что для выполнения одного запроса на запись требуется уже шесть операций: три чтения и три записи.
Как влияет на производительность массива включение кэша контроллера?
Включение кэша контроллера на запись (режим Write Back) увеличивает производительность массивов любого типа примерно на порядок, поскольку данные записываются сначала в «быструю» память контроллера. Перенос данных из кэша на диски осуществляется в фоновом режиме, при этом контроллер «выжимает» из массива максимально возможную производительность в IOPS за счет оптимизации внутренней очереди запросов, поскольку величина задержки при переносе данных из кэша на диски в этом случае не имеет значения.
В реальных серверных конфигурациях включение режима Write Back рекомендуется только при наличии защиты кэша контроллера от потери питания (батарейной или на базе флэш-модулей). В противном случае велик риск потери большого объема данных.
Как влияет на производительность включение кэша дисков?
Все современные жесткие диски имеют некоторый объем «быстрой» кэш-памяти – обычно 64 или 128 MB. Если эта память включена (Disk Cache ON), то данные записываются сначала в эту память и запрос считается выполненным. Затем диск в фоновом режиме переписывает информацию на магнитные пластины. Включение кэш значительно (в разы) увеличивает производительность диска, поскольку диск переписывает содержимое кэш на пластины, оптимизируя процесс перемещения головок.
Поскольку кэш-память дисков обычно энергозависима, потеря питания приведет к потере всех данных в кэш диска, поэтому включать ее рекомендуется только при наличии резервирования по питанию.
Одновременное включение кэш-памяти дисков и контроллера не всегда дает прирост производительности по сравнению с включением только кэша контроллера. В отдельных конфигурациях производительность может несколько снизиться. Причина в том, что фоновые процессы дисков могут тормозить работу алгоритмов контроллеров.
Почему полезная емкость массива меньше ожидаемой?
Производители жестких дисков и твердотельных накопителей указывают емкость этих устройств в GB (Гигабайтах) или TB (Терабайтах). При этом под одним гигабайтом понимается величина 109 байт, а 1 TB – это 1012 байт.
Емкость RAID-массива обычно указывается тоже в Гигабайтах или Терабайтах, но при этом 1 GB считается равным 10243 байт, а 1 TB – 10244 байт.
Андрей Петрович: Предлагаю добавить в калькулятор возможность расчёта iops на платформах
с большим количеством NVMe дисков (Intel R2224WF).
Большое спасибо за предложение! Такая возможность появится в следующей версии калькулятора.
Остались вопросы?
Содержание
Огромное разнообразие моделей винчестеров затрудняет выбор подходящего. Кроме нужной емкости, очень важна и производительность, которая определяется в основном его физическими характеристиками. Такими характеристиками являются среднее время поиска, скорость вращения, внутренние и внешние скорости передачи, объем кэш-памяти.
q Среднее время поиска
Жесткий диск затрачивает какое-то время для того, чтобы переместить магнитную головку из текущего положения в новое, требуемое для считывания очередной порции информации. В каждой конкретной ситуации это время разное, в зависимости от расстояния, на которое должна переместиться головка. Обычно в спецификациях приводятся только усредненные значения, причем применяемые разными фирмами алгоритмы усреднения в общем случае различаются, так что прямое сравнение затруднено.
Так, фирмы Fujitsu, Western Digital проводят усреднение по всем возможным парам дорожек, фирмы Maxtor и Quantum применяют метод случайного доступа. Получаемый результат может дополнительно корректироваться. Значения времени поиска для записи часто несколько выше, чем для чтения. Некоторые производители в своих спецификациях приводят только меньшее значение (для чтения). В любом случае кроме средних значений полезно учитывать и максимальное (через весь диск), и минимальное (то есть с дорожки на дорожку) время поиска.
q Скорость вращения
С точки зрения быстроты доступа к нужному фрагменту записи скорость вращения оказывает влияние на величину так называемого скрытого времени, которое требуется для того, чтобы диск повернулся к магнитной головке нужным сектором. Среднее значение этого времени соответствует половине оборота диска и составляет 8,33 мс при 3600 об/мин, 6,67 мс при 4500 об/мин, 5,56 мс при 5400 об/мин и 4,17 мс при 7200 об/мин. Значение скрытого времени сопоставимо со средним временем поиска, так что в некоторых режимах оно может оказывать такое же, если не большее, влияние на производительность.
q Внутренняя скорость передачи
Скорость, с которой данные записываются на диск или считываются с диска. Из-за зонной записи она имеет переменное значение — выше на внешних дорожках и ниже на внутренних. При работе с длинными файлами во многих случаях именно этот параметр ограничивает скорость передачи.
q Внешняя скорость передачи
Скорость (пиковая), с которой данные передаются через интерфейс. Она зависит от типа интерфейса и имеет чаще всего фиксированные значения: 8,3; 11,1; 16,7 Мбайт/с для Enhanced IDE режимов (РЮ Mode 2, 3,4); 33,3 и 66,6 для Ultra DMA; 5, 10, 20,40, 80 Мбайт/с для синхронных SCSI, Fast SCSI-2, Fasti/Vide SCSI-2 Ultra SCSI, Ultra SCSI (16 разрядов) соответственно.
q Объем cache-памяти (дисковой буфер)
Объем и организация cache-памяти (внутреннего буфера) может заметно влиять на производительность жесткого диска. Также как и для обычной cache-памяти, прирост производительности по достижении некоторого объема резко замедляется. Сегментированная cache.-память большого объема актуальна для производительных SCSI-дисков, используемых в многозадачных средах.
Контроллеры
Контроллер — плата, управляющая работой периферийного устройства (дисководом, винчестером, монитором и т.д.) и обеспечивающая их связь с основной платой.
Отметим, что на всех современных материнских платах уже присутствуют (входят в их состав) контроллеры дисководов, винчестеров (с интерфейсом IDE), принтера и "мыши" (параллельный и последовательный порт). Мы упоминаем об этом, т.к. ранее на 286, 386 и части 486 платах (с VLB-шиной) они не устанавливались и выпускались в виде отдельной платы (так называемой "мультикарты" — multi IDE HDD/FDD), которую необходимо было вставлять в свободный слот (разъем) на материнской плате.
К платам, расширяющим возможности компьютера, относятся: плата модема или факс-модема, видеоввода, звуковая и другие платы специального назначения (например, плата АЦП — аналого-цифровой преобразователь на несколько входов для измерений и т.д.).
Видеоконтроллером является графическая плата SVGA. Платы SVGA, впрочем как и модемные, звуковые и др., выпускаются огромным количеством различных фирм в большом ассортименте (различаются по своим возможностям и цене), поэтому мы подробно рассмотрим их в последующих главах. Здесь же лишь упомянем, что слоты (разъемы) расширения на материнской плате, куда вставляются подобные платы, бывают нескольких вариантов (как по своей внутренней организации, так и по конструктивному исполнению): ISA, VESA (по-другому VLB), PCI и AGP. Подробно эти стандарты шин расширения будут описаны далее. Скажем только, что контроллеры изготавливаются с расчетом их подсоединения к ISA или VESA или PCI или AGP и имеют соответствующий одному из перечисленных разъем, а на материнских платах обычно расположены несколько таких разъемов одновременно. Например, материнская плата GA-6BXC оснащена тремя разъемами ISA, четырьмя PCI и одним AGP.
Выбрать размер кластера правильно необходимо для того, что бы ваша флешка, жесткий диск или внешний накопитель работали без ошибок и как можно дольше. Размер кластера определяет не только долговечность срока службы вашего устройства, но того, что на нем хранится, и как это сделать вам расскажу в этой статье.
При форматировании жесткого диска или флешки, записи какой то информации, создание загрузочного модуля, не важно для чего вы используете то или иное устройство, вы должны выбрать размер кластера не только правильно, но и осознано, для чего это делается и за чем это нужно.
В файловых системах Fat 32 и NFTS стандартный размер кластера 4 Кб, если ваше устройство новое, работает без проблем, лучше не соваться и оставить по умолчанию эти настройки.
Хотите, чтобы ваш винт увеличил производительность? Тогда можно увеличить размер кластера на несколько порядков выше, как это пишут во многих статьях, но помните, чем больше размер кластера, тем быстрее он расходует свои ресурсы!
И 512 Бт для флешек и винтов, которые имеют кучу ошибок или совсем древние, такой размер кластера заставляет распределять информацию по кластерам более эффективнее.
Знайте, от того какой вы выберете размер кластера, будет зависеть правильность работы вашего устройства
Если эта статья, была полезна Вам, поделитесь ею со своими друзьями в социальных сетях, или у вас возникли вопросы и предложения, то напишите в комментариях к статье ниже. Вы также можете перейти на Главную страницу.
Напишите в комментариях ниже, на сколько эта статья была вам полезной?
Оставить комментарий
Благодаря постоянному совершенствованию технологий, удельная стоимость твердотельных накопителей неуклонно снижается, а их объем и ресурс, наоборот, растут. Несмотря на это, жесткие диски будут актуальны еще достаточно продолжительное время и производители не останавливаются в стремлении улучшать их рабочие характеристики.
Собственно, конструкция НЖМД принципиально не изменяется уже длительное время — внутри герметичного корпуса вращается от одной до четырёх легких круглых пластин, а над ними перемещаются несколько магнитных головок и производят запись/чтение информации. Усилия производящих компаний направлены на модернизацию узлов крепления движущихся элементов, подбор состава ферромагнитного слоя на дисках, улучшение параметров привода и головок, а также на оптимизацию алгоритмов управления всем этим хозяйством.
Чаще используется термин «форм-фактор», но тут есть один нюанс. Основных типоразмеров HDD два: 3,5 дюйма для десктопов и 2,5 дюйма для ноутбуков. Как правило, толщина накопителя зависит от количества пластин и если для настольных ПК ее величина особого значения не имеет, то у портативных устройств она может играть определяющую роль. Ультратонкие ноутбуки рассчитаны на установку 7-ми или даже 5-миллиметровых винчестеров, в то время как наиболее широко представлены устройства толщиной 9,5 мм.
Пожалуй, наиболее важным критерием является назначение жесткого диска. Если его основная задача состоит в хранении различной информации — на первый план выдвигаются требования к объему дискового пространства и удельной стоимости. В настоящее время оптимальным выбором здесь являются накопители емкостью 2—4 Тб с низким уровнем потребления энергии. При этом на скорость вращения пластин особого внимания не обращают. У НЖМД такой категории она обычно составляет 5400 об/мин, но может быть и выше. Для ответственного хранения данных накопители организовываются в RAID-массивы и к предъявляемым требованиям добавляется надежность, выражаемая во времени наработки устройства на отказ. Жесткие диски для корпоративного сектора имеют расширенный набор конструктивных особенностей, повышающих «живучесть» HDD и соответствующую стоимость. От накопителей для сетевых хранилищ требуется мгновенная готовность к обмену в любой момент, поэтому прошивка для их контроллеров модифицируется соответствующим образом, обычно в ущерб энергоэффективности.
Системные диски должны обеспечивать максимальную скорость чтения и, в меньшей степени, записи. Их отличительной чертой является более высокая частота вращения пластин (7200 об/мин и больше), а побочным эффектом интенсивной работы двигателя — повышенные нагрев и шум. Разумеется, ориентироваться нужно на диски с наиболее производительным интерфейсом, который поддерживает материнская плата (в настоящее время SATA III). В операционных системах Windows XP и Windows 7 были проблемы с загрузочными разделами большого объема, поэтому в качестве системных, накопители емкостью 3 Гб и выше использовались с учетом этого фактора. Своеобразным компромиссом между доступной стоимостью HDD и высокой производительностью SSD являются гибридные устройства. В однодисковых рабочих станциях или ноутбуках подобные накопители позволяют значительно повысить скорость загрузки операционной системы.
При выборе жесткого диска особое внимание всегда обращают на его объем. Именно его нехватка в большинстве случаев и является движущей причиной покупки. С точки зрения стоимости единицы хранения информации, наиболее выгодны HDD емкостью 2 или 4 Тб для десктопных систем и терабайтные для мобильных устройств. Преимущество следует отдавать дискам с меньшим количеством пластин. Обладая большей плотностью записи, такие носители обеспечивают и более высокую скорость обмена, а само устройство слабее нагревается при работе.
Следует только иметь в виду, что производители любят в характеристиках указывать максимальные величины, достигаемые в идеале. На самом деле скорость уменьшается с приближением головок к центру пластины и зависит от размера блока данных и массы других вещей. Например, в реальных условиях обмен практически всегда идет в обе стороны. Типичные максимальные значения для накопителей с интерфейсом SATA III лежат в диапазоне от 130 до 180 Мб/с.
Жесткие диски являются достаточно высокотехнологичным продуктом, поэтому изначально небольшое число компаний, специализировавшихся на их выпуске, постоянно сокращается. Наиболее востребованы винчестеры производства WesternDigital, SeagateTechnology, HitachiGlobalStorageTechnologies(HGST) и, в меньшей мере, SamsungElectronics. В сегменте 2,5-дюймовых НЖМД очень популярна продукция ToshibaCorporation, причем накопители этой компании служат основой для 2/3 внешних жестких дисков, выпускающихся под другими брендами.
Приобретая HDD, в первую очередь отталкивайтесь от того, как он будет использоваться. Установленная на диски «зеленых» серий операционная система будет медленнее загружаться чем могла бы. Скорость обмена данными с быстрыми накопителями порадует сердце, если забыть об их стоимости. Потеря информации способна значительно усложнить жизнь, поэтому серьезные дела стоит доверять только винчестерам с повышенной надежностью.
Выбирая жесткий диск для ноутбука, не забудьте обратить внимание на соответствие размеров.
Чем тоньше мобильное устройство, тем выше вероятность установки в нем Thin или Ultrathin накопителя. С другой стороны, отсек HDD практически любого ноутбука имеет ту или иную систему повышения ударостойкости, в основе которой лежит установка диска в окружении демпфирующего материала. Хорошим вариантом здесь будет приобретение винчестера в комплект которого входит специальная утолщающая накладка.
Планируя покупку жесткого диска нужного объема, помните — указываемая производителем величина и реальная емкость отформатированного накопителя это, как говорят в Одессе, две большие разницы. Как правило, на винчестерах указывается емкость в миллиардах (G) или триллионах (T) байт. А так как один терабайт состоит из 1 099 511 627 776 минимально адресуемых наборов данных (1024 в 4-й степени), то и объем в соответствующих единицах получается меньше.
FILED UNDER : IT