12.5 Оптимизация по времени ожидания записи
В условиях больших нагрузок вероятность нескольких одновременных обращений к конкретному цилиндру возрастает, так что становится целесообразным осуществлять оптимизацию не только по поиску цилиндров, но и по времени ожидания записи. Оптимизация по времени ожидания записи уже в течение многих лет применяется при работе с такими накопителями, имеющими фиксированные головки, как магнитные барабаны.
Аналогом стратегии SSTF, применяемой при оптимизации по времени поиска цилиндра, является стратегия SLTF (shortest-latency-time-first — «с наименьшим временем ожидания — первым») для оптимизации по времени ожидания записи. Когда каретка позиционера с магнитными головками подводится на конкретный цилиндр, может оказаться, что много запросов ожидают обращения к различным дорожкам этого цилиндра. Стратегия SLTF анализирует все эти запросы и первым обслуживает запрос с минимальным ожиданием записи (рис. 12.8). Эта стратегия весьма близка к теоретически оптимальной, причем ее относительно легко реализовать.
Рис. 12.8 Планирование по принципу SLTF. Запросы будут обслуживаться в указанной последовательности независимо от порядка их поступления.
12.6 Системные соображения
Когда целесообразно планирование работы с дисковой памятью? Когда оно может привести только к снижению скоростных характеристик? На эти вопросы необходимо отвечать с учетом особенностей системы в целом, где предполагается использовать дисковую память.
12.6.1 Дисковая память как критический ресурс
Когда выясняется, что критическим ресурсом (узким местом) системы является дисковая память, некоторые разработчики рекомендуют увеличивать количество дисковых накопителей системы. Это не всегда решает проблему, поскольку критическая ситуация здесь может создаваться из-за большой частоты запросов на обращение к относительно малому количеству дисков. Если обнаруживается, что имеет место именно эта ситуация, можно воспользоваться той или иной стратегией планирования работы дисковой памяти как средством повышения скоростных характеристик и ликвидации этого узкого места.
12.6.2 Уровень мультипрограммирования
Нагрузка на диски и случайность запросов, как правило, возрастают с увеличением степени мультипрограммирования. Введение средств планирования работы дисков может оказаться нецелесообразным в системе пакетной обработки с относительно низким уровнем мультипрограммирования. Планирование зачастую оказывается эффективным в системе разделения времени со средним уровнем мультипрограммирования и может дать особенно заметные результаты в системе коммутации сообщений, где производится обработка тысяч запросов.
12.6.3 Многодисковые подсистемы
Из соображений экономичности и модульности аппаратные средства дисковой памяти часто строятся таким образом, что несколько физических дисковых устройств работают под управлением одного
Рис. 12.9 Многодисковые подсистемы.
дискового контроллера. Этот контроллер, в свою очередь, подключается к каналу ввода-вывода, который, собственно, и обеспечивает передачу информации от дисковых устройств к центральному компьютеру. Один канал может обслуживать несколько дисковых контроллеров, каждый из которых может в свою очередь обслуживать несколько дисковых устройств (рис. 12.9).
Каналы ввода-вывода не подключаются непосредственно к дисковым устройствам, которые они обслуживают. Этот факт заставляет разработчика более тщательно анализировать характер узкого места, прежде чем принять решение о включении в систему средств планирования работы дисковой памяти. Узкое место может возникать из-за недостаточной мощности контроллера или недостаточной пропускной способности канала. Эти ситуации удается, как правило, обнаружить при помощи специальных программных и аппаратных мониторов, предназначенных для определения количественных показателей активности работы каналов и контроллеров. Если оказывается недостаточной мощность контроллера, разработчик может пойти по пути изменения конфигурации системы, уменьшая количество дисковых устройств, подключенных к данному контроллеру. Если оказывается недостаточной пропускная способность канала, то некоторые из устройств и контроллеров, подключенные к этому каналу, можно переключить на другой канал или, быть может, следует приобрести дополнительный канал. Таким образом, чтобы исключить те или иные узкие места, может потребоваться реконфигурация аппаратных средств.
Чтобы уменьшить вероятность перегрузки каналов, во многие системы дисковой памяти включаются специальные средства слежения за текущим угловым положением дисков (RPS — rotational position sensing). Эти средства позволяют уменьшить время занятости канала при поиске нужной записи в дисковой памяти. Когда поступает запрос на обращение к некоторой записи, средства RPS освобождают канал для выполнения других операций вплоть до момента, непосредственно предшествующего прохождению нужной записи под магнитной головкой. Механизм RPS позволяет одному каналу обрабатывать одновременно несколько запросов на обращение к дисковой памяти, повышая тем самым коэффициент использования оборудования.