54 Архитектура дисковой подсистемы пэвм (основные понятия).

Прежде чем говорить о производительности вспомним как устроен жесткий диск, так как многие особенности и ограничения HDD заложены именно на физическом уровне. Не вдаваясь в подробности, можно сказать что диск состоит из одной или нескольких магнитных пластин над которыми расположен блок магнитных головок, пластины в свою очередь содержат намагниченные концентрические окружности - цилиндры (дорожки), которые в свою очередь состоят из небольших фрагментов - секторов. Сектор - минимальное адресуемое пространство диска, его размер традиционно составляет 512 байт, хотя некоторые современные диски имеют более крупный сектор размером в 4 Кбайт.

Во время вращения диска сектора проходят мимо блока магнитных головок, которые осуществляют запись или чтение информации. Скорость вращения (угловая скорость) диска в конечный момент времени величина постоянная, однако линейная скорость различных участков диска различна. У внешнего края диска она максимальна, у внутреннего - минимальна.

Теперь перейдем на более высокий уровень - уровень файловой системы. Файловая система оперирует более крупными блоками данных - кластерами. Типичный размер кластера NTFS - 4 Кб или 8 секторов. Получив указание считать определенный кластер диск произведет чтение 8 последовательных секторов, при последовательном расположении данных операционная система даст указание считать данные начиная с кластера 100 и заканчивая кластером 109. Данное действие будет представлять собой одну операцию ввода-вывода (IO), максимальное количество таких операций в секунду (IOPS) конечно и зависит от того, сколько секторов пройдут мимо головки за единицу времени (а также от времени позиционирования головки). Скорость обмена данными измеряется в МБ/с (MBPS) и зависит от того, какое количество данных будет считано за одну операцию ввода-вывода. При последовательном расположении данных скорость обмена будет максимальной, а количество операций ввода-вывода минимально.

А теперь поговорим о фрагментации, суть этого явления общеизвестна, мы же посмотрим на него сквозь призму производительности. Для крупных файлов и линейных нагрузок фрагментация способна значительно снизить производительность, так как последовательный доступ превратится в случайный, что вызовет резкое снижение скорости доступа и также резко увеличит количество операций ввода-вывода.

При случайном характере доступа фрагментация не играет особой роли, так как нет никакой разницы в каком именно месте диска находится тот или иной блок данных.

Появление дисков с более крупным 4 Кб сектором стало причиной появления еще одной проблемы: выравнивания файловой системы относительно секторов диска. Здесь возможны два варианта: если файловая система выровнена, то каждому кластеру соответствует сектор, если не выровнена, то каждому кластеру соответствует два смежных сектора. А так как сектор это минимальная адресуемая единица, то для считывания одного кластера потребуется считать не один, а два сектора, что негативно скажется на производительности, особенно при случайном доступе.

Кластер (англ. cluster) — в некоторых типах файловых систем логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов, объединяющая группу секторов. Например, на дисках с размером секторов в 512 байт, 512-байтный кластер содержит один сектор, тогда как 4-килобайтный кластер содержит восемь секторов.