5.4. Características de Desempenho do Disco Rígido
As características de desempenho do disco rígido foram introduzidas na Seção 4.2.4. Esta seção aborda a questão com maior profundidade. É importante que os administradores de sistemas a compreendam porque, sem o mínimo conhecimento básico de como os discos rígidos operam, é possível alterar a configuração de seu sistema inadvertidamente de modo a impactar negativamente seu desempenho.
O tempo que leva para um disco rígido responder a e completar um pedido I/O depende de duas coisas:
As limitações mecânicas e elétricas do disco rígido
A carga I/O imposta pelo sistema
As seções seguintes exploram estes aspectos do desempenho do disco rígido com mais detalhes.
5.4.1. Limitações Mecânicas/Elétricas
Como os discos rígidos são dispositivos eletro-mecânicos, estão sujeitos a várias limitações em suas velocidades e desempenhos. Todo pedido I/O requer que os vários componentes do disco trabalhem juntos para satisfazê-lo. Já que cada um destes componentes têm características diferentes de desempenho, o desempenho geral do disco rígido é determinado pela soma do desempenho individual dos componentes.
Entretanto, os componentes eletrônicos são pelo menos uma ordem de magnitude mais rápidos que os componentes mecânicos. Portanto, são os componentes mecânicos que têm o maior impacto no desempenho geral do disco rígido.
 | Dica |
|---|---|
A maneira mais eficaz de melhorar o desempenho do disco rígido é reduzir sua atividade mecânica o máximo possível. |
O tempo médio de acesso de um disco rígido típico é aproximadamente 8,5 milissegundos. As seções a seguir explicam melhor este número, mostrando como cada componente impacta no desempenho geral do disco rígido.
5.4.1.1. Tempo de Processamento de Comandos
Todos os discos rígidos produzidos hoje têm sistemas integrados controlando sua operação. Estes sistemas de computador executam as seguintes tarefas:
Interação com o mundo externo através da interface do disco rígido
Controle da operação do resto dos componentes do disco rígido e recuperação de quaisquer condições de erro que possam ocorrer
Processamento dos dados acessados da e gravados na mídia de armazenamento
Mesmo que os microprocessadores usados nos discos rígidos sejam relativamente poderosos, as tarefas atribuídas a estes levam tempo para serem completas. Em média, este tempo é próximo a 0,003 milissegundos.
5.4.1.2. Cabeças Acessando/Gravando Dados
As cabeças de acesso/gravação do disco rígido funcionam somente quando os pratos do disco sobre os quais elas "voam" estão rodando. Como é o movimento da mídia sob as cabeças que permite acessar ou ler os dados, o tempo que leva para a mídia contendo o setor desejado passar completamente por baixo da cabeça é o único determinante da contribuição da cabeça para o tempo total de acesso. A média é de 0,0086 milissegundos para um drive de 10.000 RPM com 700 setores por faixa.
5.4.1.3. Latência Rotacional
Como os pratos do disco rígido estão girando continuamente, quando o pedido I/O chega, é pouco provável que o prato esteja exatamante no ponto certo de sua rotação para acessar o setor desejado. Consequentemente, mesmo que o resto do disco esteja pronto para acessar aquele setor, é necessário esperar até o prato girar, trazendo o setor desejado em posição sob a cabeça de acesso/gravação.
Este é o motivo pelo qual os discos rígidos de alto desempenho tipicamente giram seus pratos a velocidades maiores. Hoje, as velocidades de 15.000 RPM são reservadas para os drives de desempenho mais alto, enquanto 5.400 RPM é considerada adequada somente para drives de nível básico. A velocidade média é de aproximadamente 3 milissegundos para um disco de 10.000 RPM.
5.4.1.4. Movimento do Braço de Acesso
Se há um componente dos discos rígidos considerado o Tendão de Aquiles, este é o braço de acesso. O braço deve mover muito rápida e corretamente através de distâncias relativamente longas. Além disso, o movimento do braço de acesso não é contínuo — deve acelerar rapidamente ao se aproximar do cilindro desejado e então desacelerar rapidamente para evitar passar do ponto. Consequentemente, o braço de acesso deve ser forte (para suportar as forças violentas provocadas pela necessidade de movimentos rápidos) e leve ao mesmo tempo (para que haja menor massa para acelerar/desacelerar).
É difícil atingir estes objetivos conflitantes, fato demonstrado pelo tempo relativamente longo que o movimento do braço de acesso leva quando comparado com o tempo que outros componentes levam. Sendo assim, o movimento do braço de acesso é o fator determinante principal do desempenho geral de um disco rígido; 5,5 milissegundos, em média.
5.4.2. Cargas I/O e Desempenho
Um outro fator que controla o desempenho do disco rígido é a carga I/O à qual o disco rígido é submetido. Veja alguns dos aspectos específicos à carga I/O:
A quantidade de acessos versus gravações
O número de leitores/gravadores corrente
A localidade dos acessos/gravações
Estas questões são abordadas em detalhes nas próximas seções.
5.4.2.1. Acessos Versus Gravações
No disco rígido comum usando mídia magnética para armazenamento de dados, o número de operações I/O de acesso (leitura) versus o número de operações I/O de gravação não é um fator preocupante, já que acessar e gravar dados leva o mesmo tempo[1]. Entretanto, outras tecnologias de armazenamento em massa levam tempos diferentes para processar acessos e gravações[2].
O impacto disso é que os dispositivos que levam um tempo mais longo para processar operações de acesso I/O (por exemplo) são capazes de lidar com menos I/Os de gravação que I/Os de acesso. Ou seja, uma I/O de gravação consome mais da habilidade do dispositivo em processar pedidos I/O que a I/O de acesso.
5.4.2.2. Leitores/Gravadores Múltiplos
Um disco rígido que processa pedidos I/O a partir de fontes múltiplas tem uma carga diferente que um disco rígido que atende aos pedidos I/O a partir de somente uma fonte. A principal razão deve-se ao fato de que os solicitantes I/O múltiplos têm o potencial de trazer cargas I/O maiores para serem conduzidas num disco rígido que um único solicitante I/O.
Isso ocorre porque o solicitante I/O deve executar um pouco de processamento antes que a I/O ocorra. Acima de tudo, o solicitante deve determinar a natureza do pedido I/O antes que possa ser executado. Como o processamento necessário para esta determinação leva tempo, há um limite máximo para a carga I/O que qualquer solicitante pode gerar— somente uma CPU mais rápida pode aumentá-lo. Esta limitação torna-se mais pronunciada se o solicitante requerer input humano antes de executar uma I/O.
Entretanto, cargas I/O mais altas podem ser sustentadas com solicitantes múltiplos. Contanto que haja disponibilidade de energia suficiente da CPU para suportar o processamento necessário para gerar os pedidos I/O, adicionar mais solicitantes I/O aumenta a carga I/O resultante.
No entanto, há outro aspecto que também influencia na carga I/O resultante. Isso é abordado na próxima seção.
5.4.2.3. Localidade de Acessos/Gravações
Apesar de não ser estritamente restrito a um ambiente multi-solicitante, este aspecto do desempenho do disco rígido tende a aparecer mais neste tipo de ambiente. A questão é se os pedidos I/O feitos de um disco rígido são de dados fisicamente próximos a outros dados que também estão sendo solicitados.
A razão de sua importância torna-se aparente se a natureza eletromecânica do diso rígido é mantida em mente. O componente mais lento de qualquer disco rígido é o braço de acesso. Sendo assim, se os dados acessados pelos pedidos I/O de entrada não requerem movimentos do braço de acesso, o disco rígido é capaz de atender mais pedidos I/O do que se os dados estivessem espalhados por todo o disco, requerendo bastante movimento do braço de acesso.
Isto pode ser ilustrado ao observar as especificações de desempenho do disco rígido. Estas especificações frequentemente incluem tempos de busca ao cilindro adjacente (onde o braço de acesso é pouco movido — somente para o próximo cilindro), e tempos de busca com força total (onde o braço de acesso é movido do primeiro cilindro ao último). Por exemplo: aqui estão os tempos de busca de um disco rígido de alto desempenho: