Лабораторная работа 5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3

служит для выравнивания давления внутри гермоблока. При вращении дисков возле их поверхности образуется тонкая воздушная подушка, на которой и «плавает» магнитная головка. Таким образом, в ходе работы прямого контакта между головкой и поверхностью диска нет, что положительно сказывается на сроке службы прибора. При выключении компьютера контроллер автоматически выполняет парковку головок диска — они уводятся на крайнюю дорожку и ложатся на диск в том месте, где какие-либо данные отсутствуют.

Вместимость жесткого диска зависит от количества пластин и объема данных, помещающихся на одну пластину. У ранних дисков плотность записи была невелика — объем наращивался путем увеличения числа пластин. Нередко встречались «монстры» с 8-12 головками. Современная технология позволила значительно поднять плотность записи — число головок диска обычно не превосходит четырех. Благодаря этому современные диски намного компактнее.

Если положение головок диска фиксировано, то благодаря вращению под головками; оказываются точки, образующие на поверхности диска окружность. Такие окружности называют дорожками — они содержат данные. Благодаря вертикальному расположению головок друг над другом, все дорожки с одинаковым расстоянием от оси вращения, могут быть прочитаны одновременно. Такая совокупность дорожек образует цилиндр. Цилиндр диска однозначно определяется положением пакета головок, а чтобы выбрать конкретную дорожку, необходимо также указать номер рабочей поверхности.

Каждая дорожка состоит из секторов, содержащих конкретные данные. Объем сектора стандартен для всех жестких дисков и составляет 512 байт (рис. 3.)

Рис. 3.Схема физического устройства жесткого диска

У ранних моделей жестких дисков сектора имели фиксированный угловой: размер — ближе к центру диска площадь сектора меньше, чем на периферии. Современные диски используют механизм ZBR (Zone Bit Recording — запись по зонам). Радиальная часть диска разделена на несколько зон (иногда более десятка), внутри которых число секторов на дорожке фиксировано. Однако чем дальше от оси вращения располагается зона, тем больше секторов содержат дорожки (рис.4.).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4

Рис. 4. Диск с постоянным угловым размером сектора и диск с механизмом ZBR

При форматировании диска в начале и конце каждого сектора создаются дополнительные области для записи их номеров, а также прочая служебная информация, благодаря которой контроллер идентифицирует начало и конец сектора. Это позволяет отличать неформатированную и форматированную емкости диска. После форматирования емкость диска уменьшается, и с этим приходится мириться, поскольку для обеспечения нормальной работы накопителя некоторое пространство на диске должно быть зарезервировано для служебной информации.

В начале каждого сектора записывается его заголовок (или префикс — prefix portion), по которому определяется начало и номер сектора, а в конце — заключение (или суффикс

— suffix portion), в котором находится контрольная сумма (checksum), необходимая для

проверки целостности данных. Помимо указанных областей служебной информации, каждый сектор содержит область данных емкостью 512 байт.

Утверждать, что размер любого сектора равен 512 байт, не вполне корректно. На самом деле в каждом секторе можно записать 512 байт данных, но область данных — это только часть сектора. Каждый сектор на диске обычно занимает 571 байт, из которых под данные отводится только 512 байт. В различных накопителях пространство, отводимое под заголовки (header) и заключения (trailer), может быть разным, но, как правило, сектор имеет размер 571 байт.

Чтобы очистить секторы, в них зачастую записываются специальные последовательности байтов. Заметим, что, кроме промежутков внутри секторов, существуют промежутки между секторами на каждой дорожке и между самими дорожками. При этом ни в один из указанных промежутков нельзя записать "полезные" данные. Префиксы, суффиксы и промежутки — это как раз то пространство, которое представляет собой разницу между неформатированной и форматированной емкостями диска и "теряется" после его форматирования.

Для наглядности представьте, что секторы — это страницы в книге. На каждой странице содержится текст, но им заполняется не все пространство страницы, так как у нее есть поля (верхнее, нижнее, правое и левое). На полях помещается служебная информация, например названия глав (в нашей аналогии это будет соответствовать номерам дорожек и цилиндров) и номера страниц (что соответствует номерам секторов). Области на диске, аналогичные полям на странице, создаются во время форматирования диска; тогда же в них записывается и служебная информация. Кроме того, во время форматирования диска области данных каждого сектора заполняются фиктивными значениями. Отформатировав диск, можно записывать информацию в области данных

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5

обычным образом. Информация, которая содержится в заголовках и заключениях сектора, не меняется во время обычных операций записи данных. Изменить ее можно, только переформатировав диск.

2.3. Хранение данных и логическая адресация

"Кластер" - это несколько секторов, рассматриваемых операционной системой как одно целое. Почему не отказались от простой работы с секторами? Переход к кластерам произошел потому, что размер таблицы FAT был ограничен, а размер диска увеличивался. В случае FAT16 для диска объемом 512 Мб кластер будет составлять 8 Кб, до 1 Гб - 16 Кб, до 2 Гб - 32 Кб и так далее.

Для того чтобы однозначно адресовать блок данных, необходимо указать физический адрес - все три числа (номер цилиндра, номер сектора на дорожке, номер головки). Такой способ адресации диска был широко распространен и получил впоследствии обозначение аббревиатурой CHS (cylinder, head, sector). Именно этот способ был первоначально реализован в BIOS, поэтому впоследствии возникли ограничения, связанные с ним.

Непосредственно чтением и записью данных на жесткий диск ведает контроллер диска. Первоначально этот прибор выполнялся в виде самостоятельной платы расширения. Позднее основные функции контроллера были интегрированы в сам жесткий диск. Доступ к нему обеспечивает интерфейс IDE (интегрирован в материнскую плату), SATA или SCSI (чаще всего отдельный адаптер).

Современные контроллеры — кэширующие и транслирующие. Кэширующий контроллер имеет внутреннюю кэш-память для хранения считанных данных. При запросе на чтение в эту память считывается вся дорожка диска целиком. При последующих запросах информация из кэш-памяти выдается без повторного чтения диска, то есть очень быстро. Объем кэш-памяти у жестких дисков составляет от 512 Кбайт до нескольких Мбайт.

Транслирующие контроллеры сообщают системе иное число цилиндров, головок и секторов на дорожке, чем имеется на самом деле. Это связано с тем, что системные средства , обеспечивающие первичный доступ к диску, соответствуют давно устаревшему стандарту. Когда-то считалось, что число секторов на каждой дорожке диска одинаково. Например, стандартные функции MSDOS предполагают, что диск содержит не более 1024 цилиндров, 256 головок и 63 секторов на дорожке. Предельный объем диска в этом случае около 8 Гбайт.

В то же время, по стандарту АТА (IDE) контроллер может работать с 65536 цилиндрами, 16 головками и 63 секторами. В этом случае предельный объем диска составляет около 30 Гбайт.

Интересно, что если наложить оба этих ограничения одновременно, то диск с 1024 цилиндрами, 16 головками и 63 секторами будет иметь объем лишь в 0,5 Гбайт.

Каждое из этих трех ограничений (0,5 Гбайт, 8 Гбайт и 30 Гбайт) в свое время было источником немалой головной боли, для преодоления которой потребовались значительные усилия.

Существует два разных способа обойти указанные ограничения.

Первый состоит в том, чтобы система BIOS получала информацию о числе цилиндров, головок и секторов диска, не соответствующую реальной картине. Контроллер корректирует поступающие запросы и пересчитывает их, получая правильные адреса. Обычно при такой трансляции условно увеличивается число головок диска при пропорционально уменьшенном числе цилиндров. Этот прием работает для дисков объемом менее 8 Гбайт.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

6

Второй подход основан на механизме трансляции LBA (Logical Block Address— логический адрес блока). В этом случае параметры обращения к диску преобразуют в линейный адрес, который соответствует физическому номеру сектора, отсчитанному от начала диска. В стандарте АТА~2 этот адрес может иметь длину до 28 бит, что соответствует объему жесткого диска до 50О Гбайт.

Операционная система имеет дело не с физическими, а с логическими дисками. Один физический диск может быть разбит на несколько логических. Такой прием применяют, чтобы изолировать друг от друга данные разного назначения, или данные и программы, или данные разных пользователей.

Для каждой файловой системы существует оптимальный размер диска, Доступ к данным на дисках меньшего размера может осуществляться быстрее, чем к одному большому диску. Поэтому разбиение физического диска на логические может производиться также с целью повышения эффективности работы.

2.4. Основные параметры быстродействия (производительности) жесткого диска

На производительность жёсткого диска влияют несколько параметров: интерфейс, скорость вращения шпинделя, объём кэш-памяти.

2.4.1. Интерфейс

Первый стандарт интерфейса IDE ( integreited digital interfeis) для винчестеров был разработаны компаниями Western Digital и Compaq Computer в 1986 г. Тогда для подключения использовался 40-проводной кабель и имелась возможность одновременного обслуживания двух устройств. Первые IDE-накопители управлялись центральным процессором, отвлекая значительные вычислительные ресурсы, и обладали множеством других недостатков, главный из которых – слишком малая емкость. Несмотря на это, IDE стал очень популярным стандартом и был зарегистрирован Национальным институтом стандартизации США (ANSI), получив название АТА (а также ATAPI).

Первая версия интерфейса, АТА-1, обладала следующими возможностями:

PIO mode 0, 1 и 2 (до 8,3 МBps) (программируемый ввод/вывод);

DMA mode 0, 1 и 2 (до 8,3 МBps) (одиночная передача в режиме прямого доступа к памяти);

UDMA mode 0 (до 4,2 МBps) (групповая передача в режиме прямого доступа к памяти).

Единственным различием между IDE и ATA является то, что IDE определяет спецификацию на электронику винчестеров, а ATA – на интерфейсное соединение между HDD и ПК; тем не менее данные термины используются как слова-синонимы.

Стандарт IDE совершенствовался, обеспечивал все большую эффективность обмена данными с жестким диском.

Появились стандарты PI04 16,6 Мб/с PI05 33,3 Мб/с DMAMW-1 13,3 Мб/с DMAMW-2

16,6 Мб/С UDMAO 16,6 Мб/с UDMA1 25 Мб/с UDMA2 33,3 Мб/с UDMA3 44,4 Мб/с UDMA4 66,6 Мб/с UDMA5 100 Мб/с UDMA5 133 Мб/с.

Число в названии стандарта соответствует предельной скорости передачи данных в Мбайт/с. Но, в этом случае, скорость передачи данных уже ограничивается помехами в шлейфе, соединяющем диск и материнскую плату компьютера. Линии данных наводят помехи друг на друга, что не позволяет увеличить их пропускную способность до уровня новых стандартов.

Эта проблема решалась приобретением нового шлейфа с удвоенным числом проводников. Дополнительные проводники располагаются между линиями данных и заземляются. Это

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

7

снижает уровень помех. Современные НЖД имеют последовательный интерфейс SATA, лишенный указанных недостатков.

SATA (англ. Serial ATA) - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), Главным преимуществом SATA перед ATA(IDE) или PATA является использование последовательной шины вместо параллельной. Несмотря на то, что последовательный способ обмена принципиально медленнее параллельного, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах за счёт избежания необходимости синхронизации каналов и большей помехоустойчивости кабеля.

Пропускная способность интерфейса SATA1 равна 150 МBps. Работа над SATA продолжалась, в 2004-м появилась вторая версия SATA. Увеличилась пропускная способность (со 150 до 300 МBps).

Спецификация SATA3 представлена в июле 2008 и предусматривает возможность передачи данных на скорости до 6 Гбит/с (600 Мбайт/с).

Большинство жёстких дисков выпускается для двух интерфейсов – SATA и PATA. Их пропускная способность составляет 300 Мбит/с (Serial ATA II) и 133 Мбит/с соотвественно.

На первый взгляд Serial ATA выглядит куда привлекательнее. Как говорится, многомегабайтная разница налицо, однако где преимущество от использования интерфейса с пропускной способностью 300 Мб/с, если стандартный жёсткий диск со скоростью вращения шпинделя 7 200 об./мин. имеет скорость чтения с пластин до 90 Мбит/с. Очередной маркетинг с точки зрения производительности. И всё же Serial ATA имеет конструктивное преимущество в виде тонкого шлейфа, который удобнее прокладывать в корпусе, чтобы он не мешал циркуляции воздушных потоков.

Основным фактором, оказывающим наибольшее влияние на фактическую скорость передачи данных, является скорость вращения жесткого диска. В общем случае скорость передачи данных накопителей, вращающихся с частотой 7 200 об/мин, будет выше, чем у накопителей со скоростью вращения 5 400 об/мин.

Обратите внимание на сравнительные характеристики описанных 120-гигабайтовых дисководов (таблица 1).

Как следует из этой таблицы, более важным показателем эффективности накопителя является средняя скорость передачи данных, величина которой значительно меньше скорости интерфейса, достигающей 133 Мбайт/с.

Дисковод, имеющий более высокую скорость передачи интерфейса (133 Мбайт/с, в отличие от 100 Мбайт/с), в действительности оказывается более медленным (разница фактических скоростей составляет примерно 37%). Среднее количество секторов на

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

8

дорожке примерно равно, поэтому столь высокая разница между скоростями передачи возникает главным образом из-за более высокой (примерно на 33%) скорости вращения одного из накопителей.

Как следует из этого примера, скорость передачи интерфейса никакого значения не имеет. В сущности, ни один из накопителей не позволяет передавать данные быстрее, чем со скоростью 66 Мбайт/с (даже из внешних цилиндров), причем увеличение скорости передачи интерфейса на производительность накопителя практически не влияет. Это относится, в частности, к SATA.

Производительность интерфейса или пропускная способность интерфейса превращается в ограничивающий фактор при чтении или записи потоковых данных, чаще всего мультимедийных. Быстродействие обеспечивается за счет внутреннего кэширования данных контроллером, производительности интерфейса и скорости вращения диска.

Иными словами, быстрый жесткий диск необходим для воспроизведения или записи высококачественного видео или музыки, при работе с телевизионным тюнером, установленным в компьютере, для использования подключенной к компьютеру цифровой камеры.

Но для более типичных видов компьютерной деятельности эффект от использования наиболее передовых интерфейсов жестких дисков незначителен.

2.4.2. Скорость вращения

Скорость вращения шпинделя является одним из ключевых параметров, определяющих быстродействие накопителя на жёстких дисках. Данный параметр измеряется в оборотах в минуту (RPM или RotatePerMinute) и напрямую связан с линейной скоростью головок чтения/записи. Говоря простым языком, чем быстрее крутится шпиндель, тем больше данных могут считать/записать головки на магнитные пластины. Большинство жёстких дисков, рассчитанных на установку в настольные ПК, имеют скорость вращения шпинделя 7200 об./мин., ноутбучные накопители – 5400 об./мин., старые мобильные накопители – 4200 об./мин. Серверные решения имеют более внушительные характеристики – 10000 или 15000 об./мин. У десктопных решений есть приятные исключения в виде жёстких дисков Western Digital Raptor, у которых скорость вращения пластин составляет внушительные 10000 об./мин.

Если учесть, что чтение данных производится целыми дорожками, этот параметр позволяет оценить максимальную скорость обмена данными с жестким диском. Для этого число оборотов в секунду надо умножить на количество головок диска и на объем данных на дорожке.

Например, пусть скорость вращения диска составляет 7200 об/мин, то есть 120 об/с. Тогда считываемый за секунду объем данных может составлять 60xNxM Кбайт.

Здесь N — число секторов на дорожке, а М — число головок диска.

Эту простую формулу легко использовать для определения максимальных возможностей диска. Например, современные диски часто имеют лишь одну рабочую пластину — то есть две головки. Число секторов на дорожке обычно не сообщается, но, видимо, оно достигает 512. Такой диск при самых благоприятных обстоятельствах может обеспечить предельный ноток данных не более 60 Мбайт/с.

В любом случае интуитивно понятно, что максимальная производительность жесткого диска пропорциональна скорости его вращения. Но в данном контексте ключевым является слово «максимальная». Достичь такой максимальной производительности можно только при выполнении таких операций, которые на протяжении длительного времени требуют последовательного чтения или записи данных. Только в этом случае дорожки записываются (считываются целиком), а накладные расходы минимальны.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

9

Такая ситуация возникает обычно при работе с потоковыми данными, например при воспроизведении видео. Если же данные разбросаны по диску хаотически, скорость чтения данных далека от максимальной и скорость вращения жесткого диска особого значения не имеет.

2.4.3.Кэширование НЖД

Многие периферийные устройства хранения данных используют кэш для ускорения работы, в частности, жёсткие диски используют кэш-память от 1 до 64 Мбайт, устройства чтения CD/DVD/BD-дисков также кэшируют прочитанную информацию для ускорения повторного обращения. Операционная система также использует часть оперативной памяти в качестве кэша дисковых операций (например, для внешних устройств, не обладающих собственной кэш-памятью, в том числе жёстких дисков, flash-памяти и гибких дисков).

Применение кэширования внешних накопителей обусловлено следующими факторами:

1.скорость доступа процессора к оперативной памяти во много раз больше, чем к памяти внешних накопителей;

2. некоторые блоки памяти внешних накопителей используются несколькими процессами одновременно и имеет смысл прочитать блок один раз, затем хранить одну копию блока в оперативной памяти для всех процессов;

3.доступ к некоторым блокам оперативной памяти происходит гораздо чаще, чем к другим, поэтому использование кэширования для таких блоков в целом увеличивает производительность системы;

Объем кэш-памяти большинства современных жёстких дисков составляет 8 и 16 Мбайт.

В теории больший объём кэш-памяти – это хорошо, жёсткие диски хранят в кэше входящие команды и алгоритмы для предварительного кэширования данных, да и очередь команд NCQ (Native Command Queuing) тоже требует некоторого количества памяти. Однако на практике оказывается, что жёсткий диск с 16 Мбайт кэш-памяти не имеет какой-либо существенной прибавки в скорости по сравнению с аналогичной моделью, оснащённой 8 Мбайт.

2.5. Характеристики жестких дисков

Averange access time (среднее время доступа).

Это среднее время доступа к случайному сектору на диске. Измеряется в миллисекундах. При запросе данных с винчестера его контроллер сначала ищет нужный цилиндр, затем переключается на нужную головку, а затем ждет поворота диска на определенный угол для того, чтобы искомый сектор оказался под головкой.

И только после этого выполняется чтение сектора в буфер накопителя.

На этот параметр влияют все характеристики механики винчестера, но особенно - скорость позиционирования, то есть то, насколько быстро винт способен шевелить головками.

Время доступа влияет на скорость работы с множеством мелких и сильно фрагментированных файлов, а также на то, как быстро система способна работать с несколькими файлами одновременно (например, проигрывать музыку и одновременно копировать каталог).

Averange seek time (среднее время поиска ) отличается от времени доступа отсутствием затрат времени на чтение найденного сектора.

Linear read speed (скорость линейного чтения).

Этот параметр показывает, с какой скоростью винт позволяет читать информацию из большого по объему нефрагментированного файла.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

10

Логика работы диска здесь следующая.

Головки подводятся к нужному цилиндру, ищется первый сектор файла, причем вся дорожка не может быть прочитана за один оборот диска, так как секторы расположены очень плотно и электроника не успевает обработать данные.

Поэтому дорожка читается за несколько оборотов диска. Их число зависит от низкоуровневого формата блинов (порядка чередования секторов, называемого "интерливингом") и встроенной микропрограммы накопителя. После прочтения одной дорожки, винчестер перемещает головки на другую, соседнюю и читает ее, и так далее.

На перемещение головок между соседними дорожками также затрачивается определенное время, называемое track-to-track seek time. Но больше всего скорость линейного чтения данных зависит от скорости вращения шпинделя. Поэтому считается, что чем быстрей крутятся диски, тем быстрей он способен читать и писать информацию.

Это очень важно для работы, например с потоковым видео, звуком, организации виртуальной памяти и т. п.

Transfer rate (скорость передачи данных).

Параметр, показывающий, с какой скоростью винт позволяет читать и записывать информацию. Этот параметр зависит и от времени доступа, и от скорости линейного чтения-записи.

Кроме того, на него очень сильно влияет то, в каком месте диска находится читаемая информация - в начале или в конце.

Дело в том, что у современных дисков на внутренних дорожках помещается меньшее количество секторов, чем на внешних.

Сделано это для более полного использования площади дисков и повышения плотности записи.

Весь диск поделен на несколько концентрических зон с разным количеством секторов. Такой способ хранения информации называется Zone Bit Recording (ZBR). Соответственно, и скорость передачи информации на внутренних зонах будет меньше.

Именно поэтому нельзя однозначно судить о быстродействии накопителя по времени, которое он затрачивает, например, на копирование файла. Ведь файл может физически находиться в любом месте диска, а скорость передачи данных на внутренних дорожках обычно меньше в 1,5-2 раза. При оценке скорости обычно строится график, представляющий собой наклонную линию, на которой отчетливо видны зоны-ступеньки. Скорость передачи данных носителя представляет собой среднюю скорость, с которой накопитель может фактически считывать или записывать данные.

Существует два основных фактора, непосредственно влияющих на скорость передачи данных: скорость вращения диска и плотность линейной записи, или количество секторов на дорожке. Например, при равном количестве секторов на дорожке скорость передачи данных будет выше у дисковода, имеющего большую скорость вращения. По аналогии с этим, при равной скорости вращения накопитель с большей плотностью записи будет иметь большую скорость передачи. При сравнении эффективности накопителей следует учитывать оба фактора.

CPU Load (коэффициент загрузки процессора).

Характеризует долю участия центрального процессора компьютера при обмене данными между накопителем и оперативной памятью. Тут все зависит от работы электроники винчестера, а также от режима работы диска (работает он в режиме UDMA или нет). Чем меньше загрузка процессора, тем выше общее быстродействие системы.

Buffer / Cache Size (размер буфера).

Представляет собой объем внутреннего буфера кэш памяти винчестера, размещенного между каналом чтения-записи и внешним интерфейсом.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

11

Буфер позволяет уменьшить число физических обращений к диску при частом чтении или записи одних и тех же данных. Это способствует повышению скорости обмена и предотвращает преждевременный износ подвижной системы накопителя.

Скорость передачи интерфейса

Скорость передачи интерфейса определяет, насколько быстро происходит перемещение данных из системной платы в буфер накопителя и обратно. Например, для UDMA5 133 теоретический предел скорости передачи интерфейса составляет 133 Мб/с.

Эти десятки мегабайт в секунду - это скорость работы с буфером диска, а не скорость непосредственного считывания с "блинов", которая всегда заметно ниже.

3. Технология S M A R T

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technolodgy) - технология самотестирования разработанная производителями HDD для обеспечения более высокой степени надежности хранения информации. В настоящее время S.M.A.R.T. технологию поддерживают все производители HDD.

Пользователь компьютера оснащенного S.M.A.R.T. HDD и специальной программой S.M.A.R.T. диагностики будет заранее знать о возможном предаварийном состоянии HDD и, следовательно, сможет избежать потери данных хранящихся на винчестере.

Рис.5

На рис. 5 приведен пример таблица атрибутов программы HDtune Pro.

Состояние работоспособности оценивается по нескольким параметрам работы накопителя, которые называются атрибутами надежности - attributes. Каждый атрибут имеет свой номер - ID (идентификатор). Атрибутам надежности соответствуют параметры

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

12

работы накопителя, которые могут характеризовать его естественный износ и предаварийное состояние:

-количество старт/стопных циклов выполненых накопителем;

-количество оборотов совершенных шпиндельным двигателем;

-количество позиционирований совершенных головками чтения/записи;

-высота полета головки чтения/записи над поверхностью диска;

-скорость передачи данных с магнитных поверхностей в кэш-буффер накопителя;

-время выхода накопителя в готовность;

-подсчет переназначений BAD-секторов;

-подсчет совершенных накопителем ошибок позиционирования;

-подсчет случаев коррекции данных при операциях чтение/запись;

-подсчет повторных рекалибровок накопителя и т.д.

Состав и количество атрибутов надежности определяются самими производителями индивидуально для каждого типа HDD.

Если S.M.A.R.T. в процессе мониторинга накопителя обнаруживает несоответствие параметров, то драйверу диска отправляется предупреждающее сообщение, а драйвер информирует о "нестандартной ситуации" операционную систему. Операционная система оповещает пользователя о необходимости немедленного резервного копирования данных. В этом предупреждающем сообщении может также содержаться информация о типе, производителе, номере накопителя.

Большинство S.M.A.R.T. HDD имеют от 3 до 15 атрибутов надежности. Максимально возможное их количество 30.

Значения атрибутов надежности могут лежать в диапазоне от 1 до 253.

Первоначально атрибуты имеют максимальные значения. По мере износа винчестера или в случае возникновения предаварийного состояния значения атрибутов надежности уменьшаются. Следовательно, высокое значение атрибутов говорит о низкой вероятности выхода накопителя из строя и, соответственно, низкое значение атрибутов - о низкой надежности накопителя и о высокой вероятности выхода его из строя.

Как правило, верхние границы атрибутов надежности имеют значение 100 (IBM, Quantum, Fujitsu) или 253 (Samsung). Но есть и исключения, так у HDD Western Digital моделей WDAC34000, WDAC33100, WDAC31600 первый атрибут надежности имеет максимальное значение 200, а остальные 100.

Для каждого атрибута надежности разработчиками HDD определяется пороговое значение - thresholds. Если хотя бы одно из значений атрибутов меньше, чем соответствующее пороговое значение, значит хранить данные на таком винчестере становится опасно.

Винчестер постоянно обновляет таблицу атрибутов, таким образом, все важные события откладываются в счетчиках накопителях, и остаются там даже во время выключения питания. Более того, винчестер постоянно сравнивает текущее значение каждого атрибута с наихудшим, которое уже имело место, и заносит новые наихудшие значения в специальный журнал.

На основании анализа полученных значений атрибутов и их сравнения с таблицей предельных значений, вычисляется статус о здоровье диска - информация о возможном его скором отказе. Различные программы, получая конкретные цифры из SMART-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

13

журналов в различные моменты времени, могут проанализировать динамику изменений, что способно предсказать будущее этого накопителя.

Жизненно важных атрибутов несколько. Значение атрибута ID 01 «Ошибки чтения» (Read Error Rate). Заниженное число говорит о наличии дефектов поверхности или о неисправности в блоке головок.

Ошибки могут появляться и при передаче данных по интерфейсу, об этом говорит строка с ID C7 - «CRC-ошибки UltraDMA» (UltraDMA CRC Error Count). Здесь под подозрение в первую очередь попадает «левый» кабель, либо контроллер SATA.

Причиной также может быть завышенность частоты шины PCI.

Переназначенные секторы (Reallocated Sector Count), ID 05, а точнее их наличие, - это сигнал о проблемах. Суть их в том, что автоматика НЖД «неотзывчивые» ячейки (Bad Blocks) перемаркировывает, замещая их новыми из специальной резервной области (Spare Area). Количество «бэдов» в большинстве случаев быстро увеличивается, а при их росте производительность диска снижается. Часть данных из погибших ячеек становится недоступной, что может сделать ту или иную программу неработоспособной (включая собственно ОС).

На какое-то время винчестера еще хватит, но сейчас самое время спасать данные. Какие сектора признать годными, а какие списанными и подлежащими перемаркировке решает микроконтроллер накопителя, а утилиты только выполняют задачу.

Одной из разновидностей «бэдов» являются еще «живые» ячейки, время доступа к которым значительно дольше, чем у большинства соседей. Система S.M.A.R.T. подсчитает кандидатов на вылет в строке «Секторы на замену» (Current Pending Error Count), ID C5, но если «полубэды» вдруг начинают читаться, число увеличивается. Большое количество попавших на карандаш секторов (маленькое значение параметра) говорит о начавшейся деградации поверхности пластин,.

Если легонько треснуть винчестером об стол, наверняка в будущем появятся ошибки позиционирования (Seek Error Rate), ID 07. Это говорит о неправильной работе блока головок, при критических значениях параметра винт может стать нечитаемым.

Не менее важный параметр - ID 03 «Время раскрутки / остановки шпинделя» (Spin-up Time). В таком точном механическом устройстве, как жесткий диск, долгий выход на нужные обороты говорит о проблемах с двигателем, подшипниками или об общем ухудшении в электроснабжении или о негоризонтальном положении винчестера.

Другая серьезная проблема - невозможность почему-либо раскрутить двигатель и соответствующий счетчик попыток запуска (Spin Retry Count), ID 0A.

Ухудшение остальных параметров тоже нежелательно, и эти процессы вносят свою лепту в снижение скоростей чтения / записи.

Строки с ID 04, 09, ОС - «Число запусков / остановок шпинделя» (Start / Stop Count),

«Время работы (часы)» (Power on Hours), «Число включений» (Power Cycle Count) дают информацию о продолжительности эксплуатации диска.

4. Задания к лабораторной работе и порядок проведения Задание 1

Определение характеристик НЖД средствами BIOS.

Получите эти данные при начальной загрузке компьютера и при использовании диагностических программ (Лабораторная работа 3).

Например, с помощью Free PC Audit определите характеристики НЖД:

количество и типы жестких дисков на ПК;

число собственно дисков и рабочих сторон;

число цилиндров и головок;

число секторов на дорожке;

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

14

определите тип интерфейса;

Задание 2

Исследование характеристик НЖД с помощью HDTune Pro.

Порядок проведения задания:

1. Откройте программу HDTune Pro 4.61.

Рабочее окно имеет вид:

Рис.6

2.Сбросьте опцию Короткий рабочий ход. Это позволит провести исследование всего объема НЖД.

3.Откройте вкладку Тестирование (рис.6).

Данный тест позволяет исследовать изменение параметра скорости передачи данных при чтении данных со всей поверхности диска, а также среднее время доступа, пиковую скорость (скорость чтения интерфейса - буфера) и загрузку процессора.

Для детализации параметров этого теста откройте окно Параметры (рис.7).

Для этого в главном меню выберите Файл-параметры-тестирование.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

15

Рис.7

Во время тестирования все адресное пространство винчестера разбивается на условные участки одинаковой длины блоки. Размер одного блока можно менять.

В окне Параметры имеются опции:

- Полный тест позволяет читать или записывать в каждый сектор диска. Это наиболее точный, но продолжительный тест. При опции Частичный тест используются выборочные сектора.

- Размер блока используется при исследовании скорости передачи. Чем он больше, тем более точные результаты исследований. Используйте значение размера блока по умолчанию.

4.Закроете окно Параметры и произведите тестирование НЖД, нажав кнопку Запустить.

5.Сохраните результаты и проведите их анализ

6.Откройте вкладку Файл тест. Данный тест позволяет оценивать качество чтения или записи файлов из блоков размерами от 0.5 KB до 8192 KB. Размер файла можно изменять. Чем больше размер, тем выше точность. В случае небольшого размера файла и его полного кэширования будет измерена скорость чтения из буфера (интерфейса), а не с поверхности диска.

7.Произведите тестирование НЖД, нажав кнопку Запустить.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

16

Рис. 8

Пример результатов данного теста представлен на рис. 8

8. Откройте вкладку Случайный тест.

Данный тест позволяет оценивать качество случайного доступа (чтения или записи). Во время тестирования все адресное пространство винчестера разбивается на условные участки одинаковой длины - блоки. Размер одного блока (размер передачи) можно изменять от 512 байт до 1 MB. При тестировании поверхности адреса блоков выдает генератор случайных чисел.

Для последней опции размер блока изменяется случайным образом от 512 байт до 1 MB. Выбрать нужный тест можно активировав соответствующую опцию.

Произведите тестирование НЖД, нажав кнопку Запустить.

Пример результатов данного теста представлен на рис. 9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

17

Рис. 9

Столбец операций в сек. показывает скорость запросов при чтении и записи. Чем больше, тем лучше.

Столбец Среднее время доступа показывает время затраченное на одиночное чтение или запись. Чем меньше, тем лучше.

Столбец Максимальное время доступа показывает максимальное время доступа за тест. Чем меньше, тем лучше.

Столбец Средняя скорость показывает среднюю скорость передачи. Чем больше, тем лучше.

9. Откройте вкладку Дополнительные тесты. Предлагается набор небольших тестов, которые быстро позволяют оценить наиболее важные параметры НЖД.

Характеристики тестов:

-случайный поиск. Отличается от времени доступа отсутствием затрат времени на чтение найденного сектора;

-случайный поиск 4 кбайт. Случайный поиск и чтение 4 кбайт;

-случайный поиск по алгоритму “Бабочка”. Тестируется поверхность, когда попеременно читаются начало и конец дискового пространства (от внешних дорожек к внутренним и обратно), в результате чего к концу теста головки оказываются в середине рабочей зоны HDD. Этот алгоритм совмещает в себе позиционирование на разные дистанции.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

18

-случайный поиск 64 кбайт. Операции случайного поиска с блоками не превышающими 64 кбайт;

-случайный поиск 8 кбайт. Операции случайного поиска с блоками не превышающими 8 кбайт;

-скорость передачи данных на внешних дорожках;

-скорость передачи данных на средних дорожках;

-скорость передачи данных на внутренних дорожках;

-пиковая скорость. Наибольшая скорость передачи интерфейса;

-скорость передачи данных из буфера диска. График зависимости этой скорости от объема читаемых данных позволяет судить о скоростной характеристики интерфейса, а также о влиянии объема буферной памяти накопителя. Резкий спад скорости чтения дает информацию о величине объема буфера. Так, например, из характеристики (рис.10) можно сделать заключение о величине объема накопителя равном 4 мбайта.

Рис.10

10. Откройте вкладку Информация. Показывает детальную информацию о НЖД.

Пример окна показан на рис.11

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

19

Рис. 11

11. Откройте вкладку Поиск ошибок. Позволяет просканировать поверхность диска на наличие ошибок. Пример показан на рис. 12

Рис. 12

Произведите тестирование НЖД, нажав кнопку Запустить.

После теста нажмите клавишу Скорость отображения. Откроется окно, в котором отображается качество чтения с диска. Область с зелеными блоками – высокое качество, область с желтыми - среднее качество, красными – низкого качества. Пример показан на рис.13

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

20

Рис. 13

12. Откройте вкладку Здоровье. Позволяет с помощью SMART технологии контролировать здоровье НЖД. Пример рабочего окна показан на рис.14

Рис. 14

Проведите анализ состояния здоровья диска на основании значений атрибутов.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

21

Нажмите кнопку Отчет. Проанализируйте динамику атрибутов.

Содержание отчета.

Отчет должен содержать:

1.Краткие общие сведения о НЖД;

2.Параметры быстродействия;

3.Характеристики;

4.Результаты исследований производительности НЖД;

5.Описание технологии SMART;

6.Анализ результатов исследований производительности НЖД и его состояния.