Настройка подсистемы ввода-вывода рабочих станций и серверов
При обмене данными между двумя узлами сети информация проходит по следующему пути:
диск компьютера 1- оперативная память компьютера 1 - сетевой адаптер компьютера 1 - сеть - сетевой адаптер компьютера 2 - оперативная память компьютера 2 - диск компьютера 2.
Каждый этап выполнения операции обмена непосредственно влияет на общее время ее выполнения, а, следовательно, на пропускную способность сети. Поэтому оптимизировать необходимо не только параметры коммуникационных протоколов операционной системы компьютера и сетевого адаптера, но и параметры подсистемы ввода-вывода, отвечающей за доступ к диску.
Дисковый кэш - это область оперативной памяти, которая используется для временного буферного хранения блоков данных, хранящихся на диске. При обращении к данным на диске операционная система всегда сначала проверяет наличие этих данных в кэше оперативной памяти, а в случае их отсутствия выполняет реальную операцию обращения к диску. Процент "попадания в кэш" при обращении к данным сервера существенно ускоряет работу сервера.
Операционные системы стараются хранить в кэше наиболее часто используемые в текущий момент времени данные. Для этого используются различные алгоритмы, основанные на запоминании частоты обращения к данным.
На эффективность работы дискового кэша влияют не только параметры алгоритма его заполнения и вытеснения, но и в первую очередь размер оперативной памяти, отводимой под кэш.
Для оптимизации размера дискового кэша используются различные средства мониторинга операционной системы, с помощью которых можно наблюдать процент попадания в кэш при выполнении обращений к данным сервера. Так как оперативная память - дефицитный ресурс компьютера, то необходимо найти ту границу размера кэша, при которой время доступа к дисковым данным становится меньше некоторой пороговой величины, соизмеримой с временем выполнения других операций по обмену данными по сети - задержками, вносимыми сетевым адаптером и сетевой средой вместе с коммуникационным оборудованием.
Главными характеристиками дискового накопителя являются его емкость, быстродействие и надежность. Требуемая емкость диска (или дисков) определяется задачами пользователей сети и требованиями к развитию системы.
Показателями быстродействия диска являются две характеристики - среднее время доступа к диску, зависящее от времени перемещения головок между дорожками диска, и скорость передачи данных между диском и контроллером диска. Кроме того, для оценки производительности дисков, используемых для хранения баз данных, удобной характеристикой является скорость транзакций, обычно измеряемая в количестве вводов/выводов в секунду. Предлагаемые на рынке диски имеют в основном два типа интерфейса между диском и контроллером диска: IDE и SCSI (с его разновидностями - SCSI-2 и FastSCSI-2). Требуемую скорость передачи данных обеспечивает интерфейс SCSI, к тому же он позволяет подключить к одному контроллеру до 7 дисков, что не может интерфейс IDE. Поэтому для файл-серверов в сетях с количеством пользователей больше 10 желательно использовать диски с интерфейсом SCSI. Желательно, чтобы контроллер диска имел большую кэш-память, в этом случае обмен с дисками значительно ускоряется.
Для обеспечения надежного хранения данных на дисках в файл-серверах широко используются дисковые массивы - так называемые RAID-массивы (RedundantArrayofInexpensiveDisks - избыточные массивы недорогих дисков). Для компьютера дисковый массив представляется одним диском. Существуют различные схемы организации внешней памяти на основе набора дисков - RAID-уровни. Одни из них повышают только надежность, другие - только скорость доступа к данным, а некоторые - сочетают в себе оба эти достоинства. При этом, немаловажным обстоятельством является степень избыточности оборудования, требуемая для реализации того или иного уровня RAID, которая влияет на экономичность выбранного решения.
УровеньRAID-0 повышает скорость доступа к данным за счет их расщепления. Общий для дискового массива контроллер передает данные параллельно на все диски, при этом первый байт данных записывается на первый диск, второй - на второй и т. д. Время доступа при выполнении одной операции ввода-вывода сокращается за счет одновременности операций записи/чтения по всем дискам массива. В параллельном дисковом массиве должен использоваться специальный контроллер, обеспечивающий синхронизацию дисководов. Понятно, что надежность этой схемы по сравнению с одиночным диском в общем случае не только не повышается, а становится ниже, действительно вероятность отказа возрастает, из-за увеличения числа дисков. Зато уровень RAID не создает избыточности данных в дисковом массиве.
УровеньRAID-1 реализует зеркальную запись на диски. Второй (или резервный) диск дублирует каждый основной диск. Если основной диск выходит из строя, зеркальный продолжает сохранять данные. Этот способ характеризуется высокой надежностью, сопровождаемой, однако, высокой избыточностью. Очевидно, что скорость доступа к данным не повышается.
Уровень RAID-2 используется в больших компьютерах и представляет собой способ побитного расслоения, который позволяет увеличить скорость доступа к данным за счет распараллеливания запроса.
В реализацииRAID-3 используется массив из N дисков, запись на N-1 из них производится параллельно с побайтным (или блочным) расщеплением, как в методе RAID-0. N-ый диск используется для записи контрольной информации о четности. Диск четности является резервным. Если какой-либо диск выходит из строя, то данные остальных дисков плюс данные о четности резервного диска позволяют восстановить утраченную информацию. Уровень RAID-3 повышает как надежность, так и скорость обмена информацией, однако обладает избыточностью, хотя и меньшей, чем уровень RAID-1.
Уровень RAID-4 также использует один резервный диск для записи контрольной информации о четности, но расщепление происходит на уровне более крупных единиц данных - на уровне секторов. За счет этого может происходить независимый обмен с каждым диском. Скорость передачи данных не выше, чем у отдельного диска, однако, поскольку диски работают независимо, данные могут считываться одновременно со всех дисков. Это делает возможным одновременное выполнение нескольких операций ввода-вывода. Основным недостатком уровня RAID-4 является низкая скорость записи. Информация о четности должна корректироваться каждый раз, когда выполняется операция записи. Старые данные и старая информация о четности сначала должны быть считаны, а затем объединены с новыми данными, чтобы получить новую информацию о четности. Затем она должна быть записана на диск четности. Причиной значительного уменьшения скорости в методе RAID-4 является то, что после чтения старых данных и старой информации о четности каждый диск должен повернуться на один полный оборот до того, как новые данные и информация о четности могут быть записаны. Кроме того, при параллельном выполнении нескольких операций ввода-вывода могут возникать очереди при обращении к диску с контрольной информацией.
В уровнеRAID-5 используется метод, аналогичный RAID-4, но данные о контроле четности распределяются по дискам массива. Каждая команда записи инициирует ту же последовательность считывание-модификация-запись в нескольких дисках, как и в методе RAID-4. Поскольку информация о четности может быть считана и записана на несколько дисков одновременно, вероятность возникновения очередей к дискам уменьшается, а, следовательно, скорость записи по сравнению с уровнем RAID-4 увеличивается. Однако она все еще гораздо ниже скорости отдельного диска, метода RAID-1 или RAID-3.
Существуют и другие способы использования RAID-массивов. Иногда могут встречаться комбинации разных схем, например, уровень RAID-10 представляет собой расслоение (RAID-0) в сочетании с зеркальным отображением (RAID-1). Наиболее часто в дисковых подсистемах файловых серверов используются уровни RAID-1, RAID-3 и RAID-5.
