12.6.4 Неравномерное распределение запросов

Авторы большинства опубликованных теоретических работ, относящихся к дисковой памяти, исходят из предположения, что запросы на обращение к памяти распределяются равномерно. Выводы, сделанные на основе такого предположения, могут оказаться неверными для многих систем, которым свойственно неравномерное распределение запросов по дисковым поверхностям. Неравномерное распределение запросов в определенных ситуациях является весьма обычным.

Одной из наиболее распространенных причин, приводящих к не­равномерному распределению запросов, являются большие последовательные файлы, располагаемые на специально выделенных для них дисках. Когда операционная система выбирает место для размещения соседних записей последовательного файла пользователя, она обычно помещает их на одну и ту же дорожку. Когда дорожка заполняется, дополнительные записи помещаются на соседние дорожки того же самого цилиндра, а когда заполняется цилиндр — на соседние цилиндры. Таким образом, при работе с последовательным файлом вполне обычна ситуация, когда запросы на обращение к записям, следующим друг за другом, вообще не будут вызывать поиска цилиндра. И если даже поиск потребуется, он будет коротким, поскольку, как правило, будет связан с переходом лишь на ближайшие соседние цилиндры. Очевидно, что в подобной ситуации планирование работы с дисковой памятью практически не даст никаких выгод. Более того, затраты на планирование могут фактически привести к снижению скоростных характеристик системы, поскольку планирование здесь совершенно нецелесообразно.

Некоторые системы предусматривают контроль качества дорожек и использование дорожек замены вместо дефектных. Эти дорожки замены могут располагаться в самых различных местах дисковых поверхностей и вызывать дополнительные подводы головок в самые неожиданные моменты.

Заключение

Обеспечение эффективного использования дисковой памяти является важной задачей современных операционных систем и, по всей вероятности, сохранит важную роль еще в течение нескольких следующих десятилетий.

Доступ к диску (для выполнения операций чтения или записи) включает три существенных элемента, а именно поиск цилиндра, поиск записи (время ожидания) и передачу данных конкретной записи. Из этих элементов наибольшую длительность обычно имеет поиск цилиндра. Поэтому применяемые методы оптимизации, как правило, направлены на то, чтобы свести к минимуму как количество, так и длительность поисков цилиндров.

Упорядочение очереди ожидающих запросов с целью минимизации поисков цилиндров называется планированием работы с дисковой памятью. Запросы могут обслуживаться по принципу FIFO («первый пришедший обслуживается первым»), который, вообще говоря, даже не рассматривается как стратегия планирования, или они могут обслуживаться в соответствии с некой стратегией, предназначенной для минимизации поисков. Наибольшее распространение получили следующие стратегии:

• Стратегия SSTF, при которой запросы обслуживаются в порядке, определяемом их близостью к последнему обслуженному запросу. Следующим для обслуживания будет выбираться запрос, ближайший к последнему запросу, независимо от направления, в котором должны при этом двигаться магнитные головки.

• Стратегия SCAN, которая действует подобно SSTF, с той разницей, что каретка движется в одном направлении до тех пор, пока не будут обслужены все запросы данного направления; после чего направление меняется на противоположное.

• Стратегия N-Step SCAN исключает возможность бесконечного откладывания, группируя запросы, поступающие после начала очередного хода, для обслуживания во время обратного хода головок.

• Стратегия C-SCAN исключает свойственную стратегии SCAN излишнюю «благосклонность» к средним дорожкам, обслуживая запросы только при прямом ходе каретки; после завершения прямого хода каретка скачком возвращается к начальным дорожкам диска, и возобновляется сканирование в прямом направлении.

• Схема Эшенбаха позволяет справляться с очень большими нагрузками, однако оказалось, что стратегия C-SCAN с оптимизацией по времени ожидания записи является более эффективной при всех режимах нагрузки.

Все указанные стратегии планирования преследуют достижение следующих целей:

• максимизации пропускной способности,

• минимизации времен ответа,

• минимизации дисперсии времен ответа.

Оптимизация по времени ожидания записи целесообразна при режимах больших нагрузок, когда велика вероятность того, что в каждый конкретный момент времени может быть несколько запросов на обращение к одному и тому же цилиндру. При планировании обслуживания запросов на обращение к магнитному барабану оптимизация по времени ожидания записи применяется традиционно.

Введение средств планирования работы с дисковой памятью в систему не всегда целесообразно, поскольку недостаточные скоростные характеристики могут определяться другими компонентами аппаратных или программных средств. Узкие места могут быть связаны с самими дисками, с контроллерами или с каналами. Но они могут возникать и из-за неравномерного распределения запросов, например при работе с файлами последовательной организации.

21