HD Tune - диагностика проблем производительности винчестера

1. Программы для диагностики

HD Tune Pro - программа для детального тестирования работоспособности и производительности жестких дисков с различными интерфейсами (SCSI, SATA или IDE), а так же карт памяти и Flash дисков. Производит замер и наглядно отображает такие параметры накопителей, как скорость передачи данных, время чтения, записи и время доступа, уровень загрузки процессора, температуру винчестера, показывает в виде сводной таблицы данные поставляемые S.M.A.R.T, позволяет сканировать жесткие диски и другие накопители на предмет наличия ошибок, выдает информацию о версии Firmware, серийном номере, объеме диска, его кэша, возможном и активном режимах передачи данных и многое другое.

В бесплатном доступе доступны: триальная версия hhdtunepro_550_trial (20 April 2013) и полностью бесплатная hdtune_255 (12 February 2008). В нашем случае для диагностики подойдет и бесплатная, так как она позволяет сравнивать скриншоты производительности разных лет. НD Tune Pro строит более гладкий график и имеет дополнительные средства диагностики, но стоит 24.95 EUR

2. Единицы измерения производительности дисковых подсистем.

Определим два основных понятия, используемых для измерения производительности.

Первый из них – Input-Output Operations Per Second – IOPS - показывает количество операций ввода-вывода в секунду, которые способно обработать устройство. Этот параметр прежде всего характеризует скорость обработки коротких запросов, что характерно для баз данных.

Другим параметром, характеризующим производительность, является Скорость передачи данных, так называемый traffic rate, измеряемый в Мб/с, то есть количеством мегабайт, проходящих по интерфейсу ввода-вывода в секунду.

Следует понимать, что оба этих параметра связаны между собой «обратно пропорционально». Увеличение величины в IOPS вызывает снижение величины в Мб/с и наоборот.

Ограничение: Нельзя одновременно достичь высоких показателей в IOPS и в Мб/с из-за физических свойств жестких дисков.

 3. Необходимые условия диагностики

Перед началом теста на производительность стоит убедиться, что во время его выполнения другие службы не будут обращаться к жесткому диску, либо эти обращения будут носить единичный характер. Следует убедиться, что в операционной системе отсутствуют вирусы. Антивирус и другие, конкурирующие за доступ к дискам службы должны быть приостановлены. 

С помощью "Монитора ресурсов" на закладке "Диск" панель "Работа диска" можно наблюдать за активностью посторонних процессов во время тестирования. Если вы используете XP, для наблюдений можно использовать программу AnVir Task Manager  

4. Влияние геометрии диска на скорость обмена данными

Популярные программы "бенчмарка" обычно измеряют производительность дисковых подсистем с помощью алгоритма усреднения результатов. С одной стороны это позволяет значительно уменьшить влияние на тест посторонних обращений к диску, но с другой стороны скрывает от глаз реальную картину происходящего.

В отличие от других систем HD Tune позволяет строить детальный график производительности.

Проведем к примеру тест двух винчестеров: 500G (5400rpm) и 1000G (7200rpm):

Анализ графиков 1 и 2 показывает, что геометрия жёсткого диска влияет на скорость чтения/записи. Чем ближе к внешнему краю пластины диска, тем больше скорость обмена данными. Начальные сектора диска размещаются снаружи, конечные сектора внутри. Таким образом, по мере увеличения номера сектора линейная скорость чтения/записи (Transfer rate) уменьшается.

Для винчестеров со скоростью оборота шпинделя 5400 rpm линейная скорость обмена на внутренних и внешних зонах различается в два раза. Для винчестеров со скоростью оборота 7200 rpm линейная скорость различается в 2,5 раза.

Таким образом, целесообразно размещать корневые разделы операционных систем и баз данных именно в быстрых начальных зонах.

Данный факт можно использовать во время создания разделов диска. Рекомендуемые пропорции могут быть следующими:

Диск С: 10% от общего объема - под операционную систему;
Диск D: 20% от общего объема - под базы;
Диск E: 70% от общего объема - под все остальное.

5. Выявление проблемных областей операций чтения/записи.

Как уже было сказано ранее, тесты поверхностей и технология самодиагностики винчестеров могут не определять проблем производительности. Точнее у них нет такой задачи. По этому проведем эти тесты самостоятельно. В первом случае на скриншоте представлен образ теста почти "мертвого", но в тоже время, согласно тестов самодиагностики S.M.A.R.T, очень даже  "живого" винчестера. Как оказалось, в реальности у него были проблемы с чтением не только файлов, но каталогов. Таким образом, тормоза можно было наблюдать не вооруженным взглядом.

На рисунке 3 видно, что данный диск имеет 7 проблемных зон, где линейная скорость чтения меньше 10Мб/с, что собственно и требовалось доказать.

На следующем экране представлен тест винчестера, который пришел ему на смену. Буквально после установки обнаружился неприятный момент, связанный с оооочень долгой загрузкой приветствия операционной системы. После тест показал, что в начальной зоне винчестера есть одна проблемная зона. Анализ других винчестеров показал, что наличие проблемных зон для винчестеров - обычная практика для производителей HDD.

6. Выявление проблем на RAID контролерах.

Увы, HD Tune Pro рассматривает рейды как один диск, без возможности диагностировать каждый диск по отдельности. К примеру, тест на сервере выглядит следующим образом:

Если судить по результату данного теста, то дисковая подсистема работает очень медленно, особенно в сравнении с настольными системами. К примеру на рис.2 средняя скорость чтения составляет 100 Мб/с. В тоже время средняя скорость тестируемого массива составляет не более 60 Мб/с.

Калифорнийский университет в Беркли предложил следующие уровни спецификации RAID, которые были приняты как стандарт де-факто:
RAID 0 — дисковый массив повышенной производительности с чередованием, без отказоустойчивости;
RAID 1 — зеркальный дисковый массив;
RAID 5 — дисковый массив с чередованием и «невыделенным диском чётности»;
RAID 10 — массив RAID 0, построенный из массивов RAID 1;

Таким образом, RAID 10 объединяет в себе высокую отказоустойчивость и производительность. Утверждение, что RAID 10 является самым надёжным вариантом для хранения данных, ошибочно, т.к., несмотря на то, что для данного уровня RAID возможно сохранение целостности данных при выходе из строя половины дисков, необратимое разрушение массива происходит при выходе из строя уже двух дисков, если они находятся в одной зеркальной паре.

Как следствие, по моим скромным оценкам, производительность дискового массива должна 
быть не меньше 200Мб/сек.

Однако, если провести еще один тест и скопировать файл длинной более 12 Гб, наблюдается следующая картина:
Сначала средняя скорость колеблется в пределах 50-60 Мб/сек в точности как и показывает HD Tune, но после того, как были скопированы 50%, средняя скорость резко возрастает до 200 Мб/сек, иногда достигая значения 390 Мб/сек. Учитывая, что характеристики MBPS обратно пропорциональны IOPS, можно сделать вывод, что поведение контролера оптимизировано под больший IOPS, что большей степени востребовано при работе с базами данных.

Таким образом, можно сделать вывод, что контролер ведет себя адаптивно в зависимости от выполняемых задач и текущие показатели производительности сервера нас полностью удовлетворяют. По умолчанию контролер оптимизирован под максимальный IOPS, но в случае необходимости может перестроиться под другую оптимальную стратегию. Такое поведение контроллера позволяет обойти ограничение описанное в параграфе 2.

Остается открытым лишь один вопрос: В целях оценки текущего состояния рабочих поверхностей винчестера, каким инструментом можно провести диагностику производительности каждого диска в отдельности в рейд массиве не разбирая сервер?