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Linuxtopia - Red Hat 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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