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NOTE: CentOS Enterprise Linux is built from the Red Hat Enterprise Linux source code. Other than logo and name changes CentOS Enterprise Linux is compatible with the equivalent Red Hat version. This document applies equally to both Red Hat and CentOS Enterprise Linux.
Linuxtopia - CentOS Enterprise Linux Introduction a l'administration systeme - Caract�ristiques de performance des disques durs

5.4. Caract�ristiques de performance des disques durs

Les caract�ristiques de performance des disques durs ont d�j� �t� abord�es tr�s bri�vement dans la Section 4.2.4�; la pr�sente section examine elle le sujet de mani�re beaucoup plus approfondie. Il est important que les administrateurs syst�me disposent de bonnes connaissances de base sur le fonctionnement des disques durs, afin d'�viter toute modification accidentelle de la configuration du syst�me qui pourrait avoir un impact n�gatif sur la performance du syst�me.

La dur�e n�cessaire � un disque dur pour r�pondre � une requ�te d'E/S et la traiter d�pend des deux �l�ments suivants�:

  • Les limitations �lectriques et m�caniques du disque dur

  • La charge d'E/S impos�e par le syst�me

Les sections suivantes examinent ces aspects de la performance du disque dur de mani�re plus d�taill�e.

5.4.1. Limitations m�caniques/�lectriques

�tant donn� que les disques durs sont des p�riph�riques �lectrom�caniques, ils sont soumis � des limitations au niveau de leur vitesse et de leur performance. Chaque requ�te E/S a besoin que les diff�rents composants du disque dur fonctionnent de concert afin de r�pondre � la requ�te. Puisque chacun de ces composants a des caract�ristiques de performance diff�rentes, la performance g�n�rale du disque dur est d�termin�e par la somme des performances des composants individuels.

Cependant, au niveau de la rapidit�, les composants �lectroniques sont au moins d'un ordre de grandeur sup�rieur, par rapport aux composants m�caniques. Par cons�quent, ce sont les composants m�caniques qui ont le plus grand impact sur la performance g�n�rale du disque dur.

TuyauAstuce
 

La meilleure mani�re d'am�liorer la performance du disque dur consiste � r�duire autant que possible, son activit� m�canique.

Le temps d'acc�s moyen d'un disque dur typique est d'environ 8,5 millisecondes. Les sections suivantes subdivisent ce chiffre de mani�re plus d�taill�e, montrant ainsi la mani�re selon laquelle chaque composant impacte sur la performance g�n�rale du disque dur.

5.4.1.1. Dur�e de traitement des commandes

Tous les disques durs fabriqu�s de nos jours sont dot�s de syst�mes informatiques sophistiqu�s qui contr�lent leur fonctionnement. Ces syst�mes informatiques effectuent les t�ches suivantes�:

  • Ils interagissent avec l'ext�rieur au moyen de l'interface du disque dur

  • Ils contr�lent le fonctionnement des autres composants du disque dur et effectuent la r�cup�ration n�cessaire suite � toute situation d'erreur pouvant survenir

  • Ils traitent les donn�es brutes lues et �crites sur le support de stockage m�me

Malgr� la puissance des microprocesseurs utilis�s dans les disques durs, les t�ches qui leur sont assign�es prennent du temps pour �tre effectu�es. En moyenne, cette dur�e est de l'ordre de 0,003 millisecondes.

5.4.1.2. Lecture/�criture de donn�es par les t�tes

Les t�tes de lecture/�criture du disque dur ne fonctionnent que lorsque les plateaux de disques qu'elles "survolent" sont en rotation. �tant donn� que c'est le mouvement du support plac� sous les t�tes qui permet aux donn�es d'�tre lues ou �crites, le temps qu'il faut au support contenant le secteur recherch� pour passer enti�rement sous la t�te, constitue en fait le seul �l�ment influen�ant l'impact de la t�te sur la dur�e totale d'acc�s aux donn�es. Cette op�ration est en moyenne de 0,0086 millisecondes pour un disque d'une vitesse de 10.000 RPM, contenant 700 secteurs par piste.

5.4.1.3. Latence rotationnelle

�tant donn� que les plateaux d'un disque dur tournent en permanence, lorsque la requ�te d'E/S arrive, il est tr�s peu probable que le plateau dans sa rotation se trouve exactement � l'endroit � partir duquel il est possible d'acc�der au secteur souhait�. Par cons�quent, m�me si le reste du disque dur est pr�t � acc�der � ce secteur, tous les diff�rents composants doivent attendre que le plateau tourne suffisamment pour que le secteur recherch� se trouve exactement sous la t�te de lecture/�criture.

C'est pr�cis�ment la raison pour laquelle les disques durs � performance �lev�e font tourner leur plateau � une vitesse sup�rieure. De nos jours, des vitesses de l'ordre de 15.000 RPM sont r�serv�es aux disques durs les plus performants, alors qu'une vitesse de 5.400 RPM est seulement consid�r�e comme acceptable pour des disques de base. La dur�e moyenne est de 3 millisecondes pour un disque d'une vitesse de 10.000 RPM.

5.4.1.4. Mouvement du bras d'acc�s

Au niveau des disques durs, le bras d'acc�s est consid�r� comme le talon d'Achile du mat�riel. En effet, ce bras d'acc�s doit se d�placer de mani�re tr�s rapide et pr�cise sur de longues distances. En outre, le mouvement du bras d'acc�s est continu — il doit acc�l�rer rapidement en approchant le cylindre recherch� et doit ensuite ralentir tout aussi rapidement afin d'�viter tout d�passement. Le bras d'acc�s doit donc �tre tr�s solide (afin de faire face aux forces violentes engendr�es par le besoin de mouvement rapide) tout en restant l�ger (afin de r�duire la masse � acc�l�rer/ralentir).

Il est tr�s difficile d'atteindre ces buts oppos�s, comme le montre le temps relativement long qu'il faut au bras d'acc�s pour se d�placer, par rapport au temps n�cessaire aux autres composants pour effectuer leur t�che. La rapidit� de mouvement du bras d'acc�s repr�sente par cons�quent l'�l�ment essentiel influen�ant la performance g�n�rale d'un disque dur�; cette derni�re est en moyenne de 5,5 millisecondes.

5.4.2. Charges des E/S et performance

La charge des E/S � laquelle un disque dur est soumis repr�sente un autre �l�ment ayant une influence sur la performance des disques durs. Parmi les aspects sp�cifiques de la charge des E/S figurent�:

  • La quantit� d'op�rations de lecture par rapport � la quantit� d'op�rations d'�criture

  • Le nombre actuel de lecteurs/scripteurs

  • L'endroit o� les op�rations de lecture/�criture sont effectu�es

Ces points sont trait�s de mani�re plus d�taill�e dans les sections suivantes.

5.4.2.1. Op�rations de lecture contre op�rations d'�criture

Pour un disque dur moyen utilisant des supports magn�tiques pour le stockage de donn�es, le nombre d'op�rations d'E/S de lecture par rapport � celui des op�rations d'E/S d'�criture n'est pas vraiment source d'inqui�tude dans la mesure o� les op�rations de lecture et les op�rations d'�criture prennent autant de temps pour �tre effectu�es[1]. Ceci �tant, le temps n�cessaire au traitement des op�rations de lecture et celui des op�rationd'�criture est diff�rent pour d'autres technologies de stockage de masse[2].

En cons�quence, les p�riph�riques prenant plus de temps pour traiter les op�rations d'E/S d'�criture (par exemple) sont capables de traiter moins d'op�rations d'E/S d'�criture que d'op�rations d'E/S de lecture. Dans une optique diff�rente, par rapport � une op�ration d'E/S de lecture, une op�ration d'E/S d'�criture utilise une plus grande partie de la capacit� du p�riph�rique � traiter des requ�tes d'E/S.

5.4.2.2. Lecteurs/Scripteurs multiples

Un disque dur qui traite des requ�tes d'E/S provenant de sources multiples doit faire face � une charge diff�rente qu'un disque dur traitant des requ�tes d'E/S provenant d'une seule source. Une telle situation s'explique essentiellement par le fait que de multiples demandeurs d'E/S ont le potentiel de faire peser une charge d'E/S plus �lev�e sur un disque dur, que ne peut le faire un seul demandeur d'E/S.

En effet, le demandeur d'E/S doit effectuer un certain degr� de traitement avant qu'une E/S puisse �tre effectu�e. Apr�s tout, le demandeur doit �tablir la nature de la requ�te d'E/S avant qu'elle ne puisse �tre effectu�e. �tant donn� que le traitement n�cessaire pour d�terminer la nature de la requ�te prend un certain temps, il existe une limite sup�rieure � la charge d'E/S pouvant �tre engendr�e par tout demandeur — seul un CPU plus rapide peut augmenter cette limite. Cette limitation est plus prononc�e si, avant d'effectuer une op�ration d'E/S, le demandeur � besoin d'une intervention de la part de l'utilisateur.

Toutefois, lorsqu'il existe des demandeurs multiples, il est possible de maintenir des charges d'E/S sup�rieures. D�s lors que la puissance de CPU disponible est suffisante pour assurer le traitement n�cessaire � la cr�ation de requ�tes d'E/S, l'ajout de demandeurs d'E/S suppl�mentaires se traduit en une augmentation de la charge d'E/S.

� cet �gard cependant, un autre aspect influence la charge d'E/S produite. Ce dernier sera abord� dans la section suivante.

5.4.2.3. Emplacement des op�rations de lecture/�criture

Bien que cet aspect des performances du disque dur ne se limite pas seulement � un environnement ayant de multiples demandeurs, il a tendance � se manifester de mani�re plus prononc�e dans un tel environnement. Le probl�me est de savoir si les demandes de donn�es d'E/S venant d'un disque dur concernent des donn�es physiquement proches des autres donn�es qui sont �galement demand�es.

La raison pour laquelle cet aspect est important devient plus clair lorsqu'on garde � l'esprit la nature �lectrom�canique du disque dur. Le composant le plus lent de tout disque dur est le bras d'acc�s. Par cons�quent, si les donn�es auxquelles les requ�tes d'E/S entrantes ont acc�s ne n�cessitent aucun mouvement du bras d'acc�s, le disque dur est � m�me de r�pondre � un nombre bien plus �lev� de requ�tes de donn�es d'E/S, que si les donn�es auxquelles l'acc�s est n�cessaire se trouvent �parpill�es sur tout le disque et demandent donc au bras d'acc�s de bouger �norm�ment.

Pour illustrer ce point, il suffit d'examiner les caract�ristiques de performance des disques durs. Ces caract�ristiques incluent souvent le temps d'acc�s au cylindre adjacent (lorsque le bras d'acc�s ne bouge qu'un tout petit peu — seulement jusqu'au cylindre plac� juste � c�t�) et le temps d'acc�s pour une course compl�te (lorsque le bras d'acc�s se d�place du tout premier cylindre au tout dernier). Par exemple, ci-dessous figurent les temps d'acc�s d'un disque dur � haute performance�:

Cylindre adjacentFull-Stroke
0,68,2

Tableau 5-4. Temps d'acc�s au cylindre adjacent et temps d'acc�s full-stroke (en millisecondes)

Notes

[1]

Strictement parlant, ce n'est pas vraiment le cas. Tous les disques durs disposent, sur la carte m�re, d'une certaine quantit� de m�moire cache qui est utilis�e pour am�liorer les performances en �criture. Cependant, toute requ�te d'E/S demandant la lecture de donn�es doit � un moment ou � un autre, �tre satisfaite en lisant physiquement les donn�es sur le support de stockage. Dans de telles conditions, m�me si le cache peut permettre de r�duire les probl�mes de performance li�s � la lecture des E/S, il ne peut en aucun cas �liminer totalement le temps n�cessaire � la lecture physique des donn�es sur le support de stockage.

[2]

Certains disques durs optiques ont ce comportement en raison des limitations physiques dues aux technologies utilis�es pour impl�menter un stockage optique des donn�es.

 
 
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