Подсистема хранения — один из самых критичных элементов инфраструктуры Microsoft Exchange, в основном, из-за высокой интенсивности случайных запросов на ввод-вывод данных в базу данных Exchange Server 2003. Ключ к ее корректному функционированию — правильная конфигурация массива хранилища, в котором производительность важнее емкости. Одна из мер, которую можно принять в этом направлении — «выравнивание» дорожек жесткого диска с физическими разделами жесткого диска системы Windows — обеспечивает прирост производительности до 20%.
Введение
Если Вы только планируете инфраструктуру Exchange, или даже если Вы уже внедрили систему, Вам крайне рекомендуется ознакомиться с Оптимизацией хранилища данных для Exchange Server 2003. В этом документе можно прочесть следующее:
«Узкое место дисковой подсистемы вызывает больше проблем с производительностью, чем недостаток оперативной памяти или недостаточная быстрота процессора на сервере. Плохо спроектированная дисковая подсистема может сделать вашу организацию подверженной неисправностям оборудования»
И это чистая правда! В то время как микросхемы памяти становятся дешевле, а тенденция к объединению приводит к большему количеству пользователей на сервер, дисковая подсистема превращается в основной источник проблем с производительностью. Ключ к построению системы без этих проблем — правильное планирование и проектирование. Разумеется, всегда что-то можно подстроить перед вводом системы в действие. Выравнивание дорожек жесткого диска — одно из тех средств, которое может привести к значительному росту производительности.
Основы устройства жестких дисков
Жесткие диски представляют собой «магазин» круглых пластин. Данные хранятся на концентрических окружностях -«дорожках» — на поверхностях этих пластин. Каждая дорожка поделена на секции — «сектора». Сектор — самая маленькая физическая единица хранения данных на диске. Обычно его размер составляет 512 байт. Сам же диск не может хранить объемы данных размером менее одного сектора.
Электромагнитные головки чтения/записи располагаются над и под каждой пластиной. Когда ось пластин вращается, головки жесткого диска двигаются по направлению от центра пластины и к ее центру. Таким образом, головки могут достичь любого места на поверхности пластины. Чтение 2 дорожек подразумевает работу в паре читающих головок, так что это занимает больше времени, чем чтение одной дорожки.
Не правда ли, просто? Но теперь станет посложнее, однако обсудим это позже.
Немного теории
Компания Microsoft поставляет инструмент «DiskPar», который позволяет «выравнивать» дорожки и сектора диска. В разделах, созданных в Windows 2000 и в Windows Server 2003, для дисков, у которых дорожки поделены более чем на 63 сектора, начальным сектором считается сектор 64. Из-за того, что Windows читает блоками по 4 кб (8 секторов), каждый 8-ой блок данных, записанный на диск будет захватывать 2 дорожки диска (при условии деления дорожки на 64 сектора). DiskPar может увеличить производительность диска ни много ни мало на 20%. Однако перед использованием инструмента обязательно следует проконсультироваться с поставщиком оборудования (обсудим это ниже). С некоторыми вариантами конфигурации диска использование инструмента не принесет никакого прироста производительности.
Кроме того, есть еще один инструмент, выполняющий те же функции — «Disk Part», но для его использования требуется установка пакета обновления Service Pack 1 для Windows 2003.
Реальность
Теперь Вы знаете, как устроен жесткий диск и как на нем хранятся данные. Настало время несколько усложнить наши знания.
Если вообразить себе поверхность пластины, учитывая то, что каждая дорожка разбита на одинаковое число секторов и то, что длина сектора растет с ростом радиуса дорожки, нетрудно заметить, что внешние сектора длиннее внутренних.
Это означает, что внешние дорожки сильно недоиспользованы, потому как в теории они могут содержать значительно больше секторов с той же линейной плотностью записи. В целях увеличения емкости и уменьшения неиспользуемого пространства на современных моделях жестких дисков применяется технология зонной записи (ZBR). По этой технологии дорожки группируются в зоны в зависимости от их расстояния от центра диска. В каждой зоне свое количество секторов на дорожку. Если двигаться от внутренней части диска к его внешнему краю, то каждая следующая зона содержит больше секторов на дорожку, чем предыдущая. Это позволяет более эффективно использовать внешние дорожки диска.
В настоящее время в дисках применяется много сложных внутренних структур, так что не существует простого пути выяснения реальной геометрии диска. На самом деле, число секторов на дорожках варьируется, благодаря зоной записи, так что не существует какого либо определенного числа секторов на дорожку.
Вас может смутить вопрос, как же найти точку группировки дорожек. Уверяю Вас, такая точка есть, но, несомненно, необходимо проконсультироваться с производителем оборудования. Он должен обеспечить Вас нужной информацией, относящейся к использованию ПО для выравнивания разделов. Вот один хороший пример такой информации, предоставляемой фирмой HP. (Обратитесь к документу HP StorageWorks Enterprise Virtual Array 5000 и MicrosoftR Exchange Server 2003: производительность хранилища и конфигурация — официальная документация.)
Даже если не удается получить информацию от производителя, можно самостоятельно протестировать производительность диска каким-либо ПО, например JetStress и попробовать поменять начальный отступ при помощи DiskPar или DiskPart. Рекомендуемый номер начального сектора — 64 (32 кб).
Также в Базе Знаний Microsoft есть статья о том, как Windows управляет сложной геометрией современных жестких дисков (Q161563: Как Windows NT рассчитывает геометрию диска)
Использование DiskPar
Это консольная утилита, которая ищет и изменяет начальный сектор диска чтобы улучшить производительность. Ее можно найти в Windows 2000 Server Resource Kit. DiskPar имеет только 2 командных опции. Одна для запроса геометрии диска, а другая для эффективного изменения конфигурации диска. По команде DiskPar -? Можно получить информацию о них.
- Перед использованием инструмента просмотрите информацию о диске.
- Запустите «Управление дисками»
- Удалите все разделы на диске. Сделайте резервную копию всех данных, которые не хотите потерять, перед тем как удалять разделы. Запомните номер диска, который хотите изменить (здесь — Диск 1).
- Запустите DiskPar для указания нового начального сектора и создайте первый раздел на диске, который хотите выровнять: diskpar -s 1
- Введите новый начальный сектор и длину раздела (в Мб). Эта команда запишет информацию о новом начальном секторе диска в Главную Загрузочную Запись (MBR) и создаст новый раздел.
- При помощи Менеджера Дисков создайте и отформатируйте все необходимые разделы на диске. Не используйте быстрое форматирование. Используйте файловую систему NTFS и размер кластера 4 кб (используется по умолчанию).
Обратите внимание, что информация, выдаваемая этим инструментом не всегда точная из-за того, что информация, предоставляемая жестким диском не всегда отражает реальность и большинство дисков имеет различное количество секторов на разных дорожках.
Использование DiskPart
После выпуска Service Pack 1 для Windows 2003 возможность выравнивания дорожек диска была включена в DiskPart. Версия ПО, поставляемого с Windows Server 2003 — 5.2.3790. Последняя версия — 5.2.3790.1830.
Синтаксис для создания разделов такой:
create partition primary [size=N] [offset=N] [ID={Byte | GUID}] [align=N] [noerr].
За более подробной информацией об использовании DiskPart обратитесь к соответствующему разделу справки.
Основное отличие от этого инструмента от DiskPar в том, что начальный отступ указывается не в секторах, а в килобайтах.
- Первые шаги использования DiskPart идентичны таковым при использовании DiskPar. Запустите «Управление дисками» и удалите все разделы на диске.
- Запустите DiskPart из командной строки Windows . Затем в командной строке самого инструмента выберите диск, который хотите выровнять: select disk 1
- Дайте команду на создание выровненного раздела: create partition primary align = 32
- Потом можно просмотреть информацию о диске, чтобы убедиться, что раздел выровнен на самом деле.
Заключение
Из-за того, что дисковая подсистема является основным узким местом в инфраструктуре Exchange в плане производительности, необходимо использовать все возможные средства для правильного планирования и проектирования подсистемы. Используя один из инструментов создания выровненных разделов диска (вместо стандартных процедур Windows), можно увеличить производительность подсистемы до 20%. Однако следует всегда консультироваться с производителям оборудования перед выполнением выравнивания разделов.
После выравнивания разделов на всех дисках можно проверить реальный прирост производительности подсистемы, используя какие-либо тестовые пакеты, например, JetStress.
