Оптимізація дискової системи

Дана стаття - спроба дати відповідь на питання про те, як з наявних програмних і апаратних компонент створити оптимальну систему. Мова піде про продуктивності дискового комплексу - про спосіб підключення жорстких дисків і приводів CD/DVD, про драйвери IDE-контролерів, про те, де краще всього розмістити файл віртуальної пам'яті та який розмір виділити під це, і про багато інших питаннях продуктивності.

Матеріал даної статті досить універсальний, тому що велика частина обговорюваних проблем відноситься або до апаратури, або до загальних принципів побудови сучасних операційних систем. Тим не менше, там, де я зможу це зробити, я спробую дати і конкретні поради щодо зміни налаштувань конкретних систем.

Інтерфейс IDE

Апаратне підключення пристроїв

Переважна більшість сучасних комп'ютерів мають дискову систему, побудовану на основі інтерфейсу IDE (ATAPI). Традиційна материнська плата має два канали IDE-контролера - первинний (primary) і вторинний (secondary), кожен з яких представляє собою, по суті, окремий контролер. Кожен канал має власний роз'єм на материнській платі і окремий шлейф, до якого можна підключити один або два IDE устрій ства. Одне з них буде працювати в режимі master, а інший - в режимі slave, і ці режими встановлюються перемичками на накопичувачі або приводі. Я не відкрию будь-яких нових фактів - все, що я скажу в цьому розділі, вже сказано в різних документах і FAQ-ах. Незважаючи на це, питання про те, що і куди підключати, зустрічається досить часто, і оскільки від цього безпосередньо залежить робота дискової системи, я спробую зібрати воєдино все, що можна сказати на цю тему.

Відразу додам, що описувати швидкодію систем на основі SCSI в цій статті не є можливим - в основному, через неосяжності цієї теми і наявності величезного числа деталей.

Як працюють два пристрої, розміщені на одному каналі (шлейфі)?

На жаль, що склався протокол роботи з IDE пристроями не дозволяє двом накопичувачів, що працюють на одному каналі, працювати повністю окремо один від одного. Справа навіть не в тому, що вони використовують загальний шлейф (кабель) для підключення до контролера.

Проблема стоїть дещо гостріше - сам протокол передачі даних (пристрій контролера) та режим роботи драйвера, який використовується в переважній числі IDE систем, що не дозволяє використовувати один з пристроїв, поки інший пристрій не виконав дану йому команду. На практиці це виливається в дуже неприємну річ: наприклад, вінчестер отримав команду вважати сектор. Часто він не може зробити цього відразу - наприклад, тому, що головки жорсткого диска знаходяться в іншій області, і для читання сектора доведеться здійснювати механічні операції.

Під час пошуку потрібних даних - близько десятка мілісекунд - пристрій просто мовчить, виконуючи команду контролера. До превеликий жаль, під час цього періоду другого IDE пристрій, розташоване на тому ж контролері (каналі), просто недоступне. Проблема двох жорстких дисків, розташованих на одному IDE контролері, ще не така страшна, тому що жорсткий диск в будь-якому випадку здатний виконати дані йому команди досить швидко. У разі ж, наприклад, з приводом CD-ROM, проблема може встати набагато серйозніше. Коли CD-ROM здійснює пошук доріжки (порядку сотні мілісекунд, в окремих випадках - і більше), виконує якісь свої, наприклад калібрувальні, маніпуляції або навіть просто зазнає труднощів при читанні сектору (до десятка (!) секунд), друге пристрій, що працює на тому ж каналі, просто недоступне.

Висновок, на жаль, доводиться робити такий: якщо це можливо, розміщуйте пристрої, за якими здійснюватиметься одночасна робота, на різних контролерах. Якщо у вас всього два пристрої - ви просто поставите їх на різні контролери, і кожне з них буде працювати окремо від іншого, а значить, оптимальним чином. А якщо пристроїв більше?

Два вінчестера і CD/DVD-ROM? Швидше за все, має сенс залишити один - головний, системний, вінчестер на самоті, щоб нічого не могло перешкодити доступу до системних файлів і віртуальної пам'яті. А якщо ви хочете поставити частина програм або файл віртуальної пам'яті на інший вінчестер? У такому випадку вам все одно краще буде рознести ці вінчестери по різних контролерів, щоб забезпечити їх одночасну роботу. З іншого боку, якщо ви часто використовуєте CD/DVD - наприклад, часто слухаєте музику (МР3), то, можливо, має сенс поставити читає диски привід на окремий контролер - у такому разі труднощі читання даних з CD не завадять вашої фонової роботі і не заморозять головні жорсткі диски, а значить і весь комп'ютер.

Пишучий привід (CD-R/-RW/DVD-ROM)? Подумайте над тим, з якого носія ви будете здійснювати запис на цей привід. Якщо, наприклад, ви часто переписуєте диски "на льоту" (зі звичайного CD-ROM на CD-R), то вам вкрай бажано рознести CD-ROM і привід CD-R з різних контролерів. Якщо у вашого приводу достатньо великий буфер, то це не дуже важливо, але в разі якщо буфер вашого записуючого приводу невеликий, то було б украй добре розмістити його на окремому контролері на самоті. Або не в самоті (якщо це неможливо), а хоча б у парі з таким пристроєм, яке не буде використовуватися в процесі запису дисків - наприклад, можна поставити його в парі з вінчестером, на якому зберігаються дані, які не відносяться до процесу запису.

До питання про те, як розміщувати кілька вінчестерів для створення оптимальної за швидкодією системи і яку користь можна отримати від декількох жорстких дисків, ми ще повернемося.

Slave або master?

Два пристрої, розміщені на одному шлейфі, той чи інший спосіб співпрацюють для забезпечення своєї роботи. Кожне IDE-пристрій має перемикач slave або master, і два пристрої, що працюють на одному шлейфі, повинні працювати в різних режимах. Має Чи практичне значення, яке з пристроїв буде slave, а яке - master? У Нині можна досить впевнено сказати: це не має значення. Робота протоколу IDE в тому вигляді, до якого він прийшов до теперішнього часу, практично не залежить від того, яке з пристроїв буде slave, а яке -- master. Встановлюйте перемички так, як це буде логічніше з точки зору операційної системи (за замовчуванням у більшості систем букви призначаються дисків в тому порядку, в якому вони фізично присутні в системі - тобто спочатку піде master, потім - slave). Єдине, що все-таки можна сказати з приводу апаратного аспекти - якщо у вас є дуже старий жорсткий диск або CD-ROM (скажімо, більш ніж п'ятирічної давності), постарайтеся не ставити його як master до більш сучасного пристрою. Це навряд чи принесе втрату швидкодії, але може дати принципові проблеми сумісності, з-за яких другий пристрій (slave) або навіть обидва накопичувача будуть працювати некоректно або не будуть працювати взагалі. Ще одне зауваження - якщо на одному контролері стоять два приводи, здатних читати CD, то завантажитися з другого (slave) приводу у вас не вийде.

Остання проблема вже вирішена в останніх материнських платах (в BIOS AWARD 6.0, наприклад, можна вибрати, яку саме пристрій буде вважатися CD-приводом при виборі послідовності завантаження), проте поки що таких плат далеко не більшість. Якщо у вас два CD на одному контролері (наприклад, CD і CD-RW) і ви хочете отримати можливість завантажуватися саме з CD приводу, бажано поставити його як master - це спрацює незалежно від плати і версії BIOS.

Яке пристрій підключати до середнього роз'єму шлейфу, а яке - до крайнього?

Це також не має вирішального значення. Так, якісь електромагнітні моменти роблять кращим ту чи іншу комбінацію, але на практиці набагато більш важливим є інший аспект: просто сполучайте пристрої так, щоб кабель проходив по можливості вільно, не вигинався і не натягався. Зайві механічні деформації і напруга шлейфу можуть призвести до того, що в якомусь місці (наприклад, в роз'ємі) вийде слабкий контакт або (часткове) пошкодження проводів самого шлейфа, а це може призвести до втрати даних або ненадійною роботі накопичувачів. Ще одна неприємна штука: якщо шлейф частково вийде з роз'єму в процесі роботи системи - також може принести купу неприємних наслідків, аж до фізичної поломки (це, втім, навряд чи). Тому рада буде простий - сполучайте пристрої так, щоб не напружувати кабель. Врахувати інші фактори все одно навряд чи вийде.

Драйвери Bus Mastering

Другий важливий аспект роботи дискової системи на основі контролера IDE -- драйвер контролера. Від того, як драйвер, а значить і операційна система, буде працювати з пристроями і контролером, в якому режимі буде здійснюватися обмін даними, сильно залежить загальну швидкодію системи.

В даний час існує дві стратегії роботи дисків, контролера і драйвера: "стандартний" для старих пристроїв режим, у якому зобов'язані працювати всі IDE накопичувачі - режим PIO (Programmed Input/Output), в якому для передачі даних між накопичувачем і системою використовується центральний процесор. Цей режим працює на всіх IDE-контролерах і є, власне, початковим режимом роботи, регламентованому в самому першому стандарті. Тим не менше, в останні кілька років переважна більшість контролерів і пристроїв мають альтернативний режим роботи - так званий режим Bus Mastering (DMA/UDMA), в якому управління передачею даних ведеться самим контролером, без участі процесора. Цей режим не тільки звільняє процесор, що дуже важливо в багатозадачних системах, а ще й знімає обмеження на швидкість передачі даних, що накладаються процесором і програмним забезпеченням. У системі Windows NT4.0 і Windows 2000, наприклад, драйвер, що працює в режимі PIO, на моїй машині (Celeron 333A, чіпсет BX) не може забезпечити швидкість передачі даних більше 5 Мбайт/с з будь-якого з трьох сучасних дисків (Quantum 10 Гбайт, Seagate 6 Гбайт і Seagate Barracuda 30 Гбайт). У режимі Bus Mastering, навпаки, Seagate Barracuda, наприклад, видає належні йому 10 - 15 Мбайт/c, що майже в три рази (!) швидше, та й інші диски доходять до свого теоретичного межі в 7 - 10 Мбайт/с. Додайте до цього те, що для роботи в звичайному режимі завантаження процесора (особисто в мене) становить 100%, а в режимі Bus Mastering - близько 20%, і ви зрозумієте, чому ваша система просто зобов'язана працювати в цьому режимі.

На щастя, всі системи (материнські плати), випущені з часів Pentium, а вже тим більше в даний час, без будь-яких проблем підтримують Bus Mastering (далі - BM). Єдина проблема, що залишається - використовувати саме цей режим роботи апаратури. На жаль, тут і до цього дня є деякі підводні камені.

Windows 98/Windows ME

Сучасні комп'ютери на основі цих систем, в переважній більшості випадків, вже мають драйвери, здатні працювати в режимі BM - особливо це відноситься до Windows ME. Переконатися у цьому можна в такий спосіб - піти в панель управління, пункт "система", і в менеджері пристроїв почитати назва контролера жорстких дисків. Якщо у вас материнська плата на чіпсеті Intel і в назві є слова "Bus Master" або, іноді, аналог по-русски ( "управління шиною" або щось в цьому роді) - значить, потрібні драйвери вже встановлені. Користувачам сучасних (Pentium і вище) систем на основі чіпсетів VIA можна бути спокійними - якщо у вас стоїть драйвер із згадкою VIA, а не стандартний драйвер IDE, то BM вам забезпечено. Якщо ж у вас все-таки встановлено тільки стандартний драйвер IDE-контролера, то вам, швидше за все, потрібно поставити нові драйвери. Користувачам Windows 95, до жаль, доведеться шукати драйвери - стандартних драйверів BM в цій системі немає.

Все, що тепер залишилося зробити - це переконатися в тому, що всі ваші пристрої працюють в цьому режимі. Для цього в тому ж самому менеджері пристроїв вам потрібно пройтися по всіх жорстких дисків і приводів CD/DVD і поставити для них режим "DMA" в закладці "Параметри" ( "Settings"). Різні системи мають різні параметри за замовчуванням, і, можливо, дещо ваших пристроїв, як і раніше продовжать працювати в режимі PIO. Варто звернути увагу, втім, на те, що деякі пристрої (особливо старі приводи CD або CD-R [W]) можуть не працювати в режимі DMA або ж працювати не зовсім коректно. Іноді трапляється, наприклад, так, що привід CD в DMA режимі перестає відтворювати VideoCD або копіювати аудіодані. Мені також зустрічалися випадки, коли привід CD-RW взагалі переставав працювати в DMA-режимі. Візьміть це на замітку - якщо щось перестало працювати так, як працював раніше, вам, на жаль, доведеться відмовитися від використання DMA на цьому пристрої.

Windows 2000

Ця система в переважній більшості випадків вже має драйвери Bus Mastering і навіть використовує їх. Все, що можна зробити - це спробувати переконатися в тому, що всі пристрої використовують цей режим доступу: справа в тому, що приводи змінних накопичувачів (CD, наприклад) часто за замовчуванням, у процесі інсталяції системи, ставляться на всяк випадок в режим PIO, що не завжди виправдано. Ви повинні відправитися в менеджер пристроїв (його можна знайти в дереві, що запускається, приміром, через натискання правою кнопкою миші на "мій комп'ютер", пункт manage), знайти там IDE ATA/ATAPI контролери і перевірити установки для обох каналів контролера (Primary/Secondary IDE channel). У закладці Advanced Settings ви зможете як проконтролювати поточний режим роботи пристрою, так і поставити потрібний вам режим - DMA if available (DMA, якщо можливо), якщо він раптом не встановлено.

Windows NT4.0

Користувачам цієї ОС в переважній більшості випадків доведеться зробити більш активні дії для того, щоб отримати роботу в режимі BM. Стандартні драйвери систем NT з пакетом оновлення SP3 і вище вже мають підтримку BM для контролерів Intel PIIX3 і вище (застосовуються в чіпсетах лінії i430/i440), але, на жаль, в переважній числі систем не можуть її самостійно використовувати через невдалу процедури автоматичного визначення цього режиму. Визначити, чи працює BM у вашій системі чи ні, вам допоможе, наприклад, програма ConfigNT (http://confignt.hardware.ru/), яка покаже поточні режими роботи пристроїв. Якщо ви побачите, що BM на вашому контролері не працює, у вас є два варіанти дій: або включити цей режим насильно (прямо в тій же програмі - тільки для чіпсетів Intel i430/i440, дуже, втім, поширених), або поставити драйвери з підтримкою BM.

Користувачам інших чіпсетів (наприклад, від тієї ж VIA або нової лінійки Intel i8xx) доведеться встановити спеціальні драйвери з підтримкою Bus Mastering.

Увага 1: І той, і інший варіант теоретично може призвести до того, що ваша система з яких-небудь причин не завантажиться, і це буде дуже складно відновити. Досвідченим користувачам, які знають, що робити в цьому випадку, можу порадити про всяк випадок створити диск аварійного відновлення (команда rdisk/s), а взагалі можу втішити тим, що мені ще жодного разу не зустрічалася ситуація, коли після включення режиму BM тим або іншим способом система не завантажилася. Якщо драйвер виявить, що BM на вашій системі все-таки ні, він просто буде продовжувати працювати в звичайному режимі.

Увага 2: Майте на увазі, що старі драйвера BM під NT4.0 (наприклад, від Triones) або ж старі драйвери Intel не вміють працювати з накопичувачами об'ємом більше 8 Гбайт. Установка таких драйверів може обернутися катастрофою -- наприклад, томи NTFS, що мають області, що виходять за 8 Гбайт від початку диска, мають шанс бути безповоротно пошкодженими, тому що система буде проставляти "збійні" кластери навіть при спробах читання з недоступних областей, що призведе до втрати ваших даних. Категорично рекомендую користуватися драйверами, випущеними хоча б в 1999 році, для чіпсетів Intel - версією 4 та вище (перша цифра номера версії).

Інші ОС

На щастя, інші сучасні операційні системи (Linux, FreeBSD, BeOS та т.д.) мають більш виразну підтримку Bus Mastering. Всі ці системи, а вірніше їх стандартні драйвери (останніх версій систем), мають підтримку Bus Mastering для практично всіх контролерів Intel (а деякі - і для VIA) і самі використовують всі пристрої в найбільш оптимальному режимі. Користувачі систем Unix, наприклад, зможуть переконатися в цьому, простеживши за повідомленнями, які видає драйвер під час завантаження (якщо, звичайно, їх система видає цю інформацію -- Unix можна настроїти як завгодно). BeOS включає даний режим по замовчуванням, так що іноді навіть доводиться вирішувати протилежне завдання: вимикати його вручну (якщо виникають проблеми із завантаженням системи). З IDE-контролерами (материнськими платами) інших виробника??, Відмінних від Intel і VIA, справа йде трохи гірше, а іноді, на превеликий жаль, і взагалі ніяк - але відповіді на ці питання ви зможете отримати лише самостійно, вивчивши вашу ситуацію.

Досить свіжі драйвери Bus Mastering для всіх поширених чіпсетів для систем Windows можна взяти за адресою

Установки віртуальної пам'яті

Всі сучасні операційні системи користуються віртуальною пам'яттю - спеціальним файлом підкачки, який компенсує недостатню кількість фізичної пам'яті системи. Основний параметр, що має відношення до системи віртуальної пам'яті, -- розмір файлу (або кількох файлів) підкачки.

1. Система Windows 95/98/ME має за замовчуванням динамічний файл віртуальної пам'яті, який змінює свій розмір відповідно до поточного потребами системи. Чи має сенс втручатися в такий режим роботи, виставляючи мінімальний та максимальний розмір вручну? Так, якийсь сенс у цьому є. Якщо ви поставите мінімальний розмір файлу підкачки в районі 200 - 300 Мбайт (максимальний - на ваш розсуд, але краще не менше 500 Мбайт), ви позбавите систему від непотрібних маніпуляцій по динамічному зміни розміру файлу. Якщо після цієї процедури ви ще й дефрагментіруете свій диск сучасним дефрагментатором, який уміє працювати з файлом віртуальної пам'яті, ви отримаєте ще трохи швидкодії. Який мінімальний розмір файлу віртуальної пам'яті вибрати? Стільки, скільки вам не шкода, але більше 300 Мбайт, мабуть, не варто.

2. Системи Windows NT4.0 і Windows 2000 мають трошки іншу стратегію роботи з віртуальною пам'яттю - динамічна зміна розміру файлу віртуальної пам'яті хоч і передбачено, але не є штатним режимом роботи. Який загальний мінімальний розмір файлів підкачки вибрати? Єдине, що можна сказати напевно -- значення за умовчанням занадто мало для ефективної роботи. Звичайним системам рекомендую мінімум десь в районі 200 - 300 Мбайт, а складним комп'ютерів типу видавничих або, приміром, графічних робочих станцій буде не зайвим і 500 Мбайт. На максимальний розмір теж рекомендую не скупиться - цифри порядку гігабайти будуть в самий раз. Це практично ніяк не вплине на роботу системи в звичайному режимі, але дозволить уникнути несподіванок і збоїв в самі відповідальні моменти, наприклад, під час роботи з великими документами.

3. Користувачам інших ОС можна дати, в общем-то, ті ж рекомендації: постарайтеся зробити так, щоб файл віртуальної пам'яті не змінював свій розмір динамічно, тому що це знижує швидкодію системи і підвищує фрагментацію.

Чи має сенс ставити максимально можливий розмір файлу підкачки? На жаль, немає. Якщо файл вміщує всі необхідні дані (тобто не збільшується в процесі роботи), то швидкодію системи максимально і підняти його збільшенням розміру файлу не вийде. Так, зі збільшенням файлу віртуальної пам'яті підуть у хід якісь ефекти, що впливають на швидкодію системи підкачки, але вони будуть як за, так і проти, і на практичну швидкодію хоч скільки помітним чином впливати не будуть.

Де і як розміщувати файл підкачки?

У випадку якщо у вас є декілька логічних дисків, постарайтеся помістити файл віртуальної пам'яті на тому розділі, який ближче до фізичній початку диска. Швидкодія операцій читання/запису там традиційно трохи вище, ну або, у крайньому разі, не гірше, ніж в інших місцях диска. На жаль, розміщувати віртуальну пам'ять на іншому логічному диску, намагаючись ізолювати її від файлів операційної системи, безглуздо - поки файл віртуальної пам'яті знаходиться на тому ж фізичному диску, ви нічого не виграєте зміною його логічного місця розташування.

Віртуальна пам'ять в системі з декількома жорсткими дисками - Більш гнучкий питання. Постарайтеся розмістити віртуальну пам'ять там, де немає файлів програм - тобто поза системного розділу. Це дуже суттєво підвищить швидкодію. Багато сучасних системи (наприклад, Windows NT4.0 і Windows 2000) можуть використовувати віртуальну пам'ять на декількох дисках - але майте на увазі: розміщувати навіть частина віртуальної пам'ять на тому ж фізичному диску, де і сама система, не слід. Якщо у вас три фізичні диска, то не звертайте уваги на їх порівняльне швидкодію, а розмістіть файли підкачки на обох несистемних дисках - це теж сильно підвищить швидкодію, а система сама збалансує завантаження дисків відповідно до їх швидкістю. Майте тільки на увазі, що файл віртуальної пам'яті категорично протипоказано поміщати на диски, що працюють в режимі PIO.

На якій файловій системі розміщувати віртуальну пам'ять? Це не має практичного значення. Краще би, щоб розмір кластера на тому диску, на якому розміщується файл віртуальної пам'яті, був більше - але і це на Насправді не дуже важливо.

Намагайтеся не створювати з нуля віртуальну пам'ять на заповнених більш ніж на дві третини розділах - це майже завжди призведе до створення фрагментованому файлу підкачки. Якщо у вас немає іншого виходу -- постарайтеся хоча б дефрагментувати диск перед збільшенням розміру файлів віртуальної пам'яті.

Структура логічних дисків

Що краще з точки зору продуктивності - один логічний диск на 10 Гбайт, або 3 Гбайт, виділених під систему, і 7 Гбайт під будь-які дані? З точки зору швидкодії майже завжди буде багато краще виділити під систему окремий розділ невеликого розміру (2 - 4 Гбайт). Цей крок призведе до того, що системні файли, доступ до яких здійснюється більш-менш одночасно, будуть знаходитися на близьких один до одного областях фізичного диска - тобто фізична "взаємна фрагментація" системних файлів буде набагато нижче. Особливо варто врахувати цей момент тим, хто має системні диски розміром кілька десятків гігабайт. Якщо виділити під системний логічний диск 10% -- 20% від ємності великого диска (тобто близько 2 Гбайт), то час пошуку доріжки при русі головки диска між системними файлами буде в кілька разів менше, ніж той час, який необхідно затратити для переміщення головки по всьому фізичному диску. У випадку установки системи на диск у десяток-другий Гбайт, системні файли обов'язково хаотично рассредоточатся з усього цього простору, що створить непотрібні труднощі з одночасним доступом до цих файлів.

Варто Чи дробити диски будь-яким ще чином? Ні, не варто. Кожний логічний диск в процесі свого використання системою (монтування) змушує зберігати в пам'яті досить багато (сотні Кбайт) службової інформації, і це зменшує кількість доступної системі пам'яті. Хоч це і не дуже велика втрата, але з точки зору швидкодії переваг у створенні безлічі логічних дисків все одно менше. У цього правила, втім, є один виняток: якщо ви використовуєте систему FAT32 (а користувачі Windows98/ME не мають іншої стандартної файлової системи), то не варто створювати логічні диски більше 10 - 15 Гбайт. Якщо у вас вінчестер, скажімо, близько 40 Гбайт, то буде розумніше зробити все-таки кілька томів, крім системного, і дуже бажано так, щоб великі томи не використовувалися одночасно. Інші сучасні файлові системи не мають подібних обмежень.

Висновок

Дискову систему конкретних операційних систем можна оптимізувати і далі -- наприклад, керуючи кешуванням, змінюючи режими роботи драйверів файлових систем і т.д. Але, на жаль, ці настройки занадто специфічні для кожної конкретної операційної системи. Ця ж стаття розповідає про загальні міркуваннях, єдиних для всіх операційних систем, а до питання про оптимізацію конкретних систем ми, можливо, ще повернемося.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.nodevice.ru/