Особенности жестких дисков

На заре эры персональных компьютеров разница в производительности винчестеров разных марок была очень велика, и потому выбор носил принципиальный характер. Дешевый (или неудачный по скоростным характеристикам) винчестер мог всерьез замедлить работу всего компьютера. Сейчас уровень дисков разных марок по своим качественным характеристикам примерно одинаков. Так что ощутить на практике разницу в работе наиболее быстрых и самых медленных винчестеров, принадлежащих к одному поколению и имеющих одинаковую частоту вращения, едва ли удастся. В большинстве случаев достаточно позаботиться о емкости. Обзаводиться более емкими дисками имеет смысл лишь в том случае, когда планируется хранение громоздких данных. Характерный пример – работы по видеомонтажу, для которого большие диски не роскошь, а необходимость.

Следующий параметр, влияющий на выбор дисков, – их скоростные характеристики.

Частота вращения диска напрямую определяет скорость чтения и записи данных – среднее время поиска дорожки и объем буфера памя и, предназначенной для ускорения доступа к часто используемым данным. Частота вращения современных дисков составляет 5400, 7200. 10 000 или даже 15 000 об. /мин. Модели с частотой 5400 об. /мин – самые недорогие. Высокооборотные диски часто неоправданно дороги и, кроме того, требуют особой заботы: установки в корпус дополнительной вентиляции, в противном случае они довольно быстро выходят из строя.

Время поиска дорожки обычно указывается в паспортных характеристиках и измеряется в миллисекундах, однако, поскольку это среднее время, реальные показатели могут сильно отличаться от заявленных. К счастью, диски, принадлежащие к одному поколению и имеющие одинаковую частоту вращения, по скорости доступа также примерно равны.

Высокооборотные диски могут довольно сильно нагреваться. Надо отметить, что рабочая температура жестких дисков даже в открытом корпусе легко может превышать рабочую температуру процессора (45–50 °С), поэтому привинчивать купленный диск в душном закутке корпуса ни в коем случае нельзя. Как минимум, над и под жестким диском должно оставаться свободное место, но лучше, если он будет установлен в потоке воздуха от какого-нибудь вентилятора, имеющегося в компьютере.

Позднее появилась идея замены магнитных жестких дисков на так называемые твердотельные (Solid-State Disk, SSD). По сути, они представляют собой большие карточки памяти, которые могут подсоединяться к компьютеру вместо жесткого диска через те же разъемы. Твердотельные диски пока еще дороже обычных, имеют меньшую емкость, но быстро совершенствуются и кроме очевидного преимущества в виде повышенной стойкости к ударам и воздействию окружающей среды имеют большую скорость доступа, компактнее и потребляют меньше энергии. В перспективе твердотельные диски, вероятно, смогут заменить связку оперативная память – жесткий диск, так как впитают в себя преимущества того и другого – быстрый доступ в сочетании с энергонезависимостью.

Меры, предпринимаемые по уплотнению данных, хранящихся на дисках, и увеличению скорости вращения, все же недостаточны для того, чтобы жесткие диски могли выдавать и принимать данные с быстротой, сопоставимой с темпом работы процессора и других электронных компонентов. Поэтому инженеры не оставляют попыток увеличить скорость работы винчестеров всеми возможными средствами.

Как пример можно назвать остроумную технологию NCQ (Native Command Queuing – «внутренняя очередь команд»). Суть ее заключается в том, что поступающие команды на выдачу данных (от программ и системы) выстраиваются самим винчестером в очередь и выполняются не в порядке поступления, а таким образом, чтобы головкам чтения-записи не приходилось метаться туда-обратно по диску. Встроенная микросхема располагает полной информацией о физической структуре винчестера (количестве дисков, магнитных головок, используемых сторон и т. д.), эти данные и позволяют выстраивать запросы в необходимом порядке. Например, если от разных программ одновременно пришли команды на чтение дорожек номер 3, 200 и 50, они будут прочитаны последовательно (в порядке 3, 50 и 200). Эта технология существенно влияет на скорость работы, поэтому диск с поддержкой NCQ будет полезен в любом компьютере.

Впрочем, никакой отдельно взятый винчестер не обеспечит требуемой скорости доступа и размера дискового пространства, необходимого для хранения данных, находящихся в общем доступе (для компьютеров-серверов). К тому же, если, например, на диске хранится ценная (или постоянно обновляемая) информация, которую при повреждении просто неоткуда будет восстановить, опрометчиво доверять ее одному винчестеру, пусть даже очень дорогому и надежному.

Обе задачи – ускорение доступа и повышение надежности – призвана решить технология RAID (Redundant Array of Independent Disks – «массив независимых дисков с избыточностью). В этой технологии берется от двух и больше одинаковых по объему и производительности винчестеров, которые подключаются к специальному RAID-контроллеру. Основных вариантов объединения, называемых также уровнями RAID, три:

RAID 0 задействует диски в режиме Data Stripping – данные распределяются между всеми дисками непосредственно в момент записи. Соответственно, возрастает скорость записи и чтения. При этом общий объем складывается из объемов входящих в него винчестеров. Надежность массива типа RAID 0 ниже, чем одиночного диска. Стоит «умереть» одному винчестеру, как данные на остальных дисках потеряют всякий смысл, поскольку каждый диск содержит лишь свою долю информации файла. А статистическая вероятность выхода из строя тем выше, чем больше дисков задействовано в массиве.

RAID 1 представляет собой противоположный подход, в этом случае данные копируются одновременно на все доступные диски в режиме Data Mirroring (от англ, mirror – «зеркало»; SSD от компании такие массивы еще называют зеркальными.

Увы, объединяя диски в RAID 1, можно рассчитывать лишь на повышение надежности. Скорость работы, емкость массива равны скорости и емкости одного винчестера.

RAID 0+1 – комбинация двух вышеупомянутых уровней. Для такого массива требуется четное число винчестеров. Диски делятся на пары, хранящие идентичное содержимое (RAID 1), а пары объединяются по принципу RAID 0. Система получается надежная и быстрая, хотя и дорогая.

Дальнейшее развитие идеи избыточности – уровни RAID 3 и RAID 5 – предусматривает еще более надежные методы хранения. Отдельный винчестер (или два) отводится под хранение кода коррекции ошибок, а значит, можно не бояться не только полного выхода из строя одного винчестера, но даже единичных сбоев. Скажем, если информация по каким-либо причинам в момент записи исказилась, контроллер выявит это при чтении и, воспользовавшись избытком вспомогательных данных, восстановит правильную информацию.





Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: