Parametr readahead w dyskach twardych

W celu optymalizacji swojej pracy i poprawy wydajności przy transferze danych, dyski twarde często odczytują więcej sektorów niż było to określone w żądaniu. Chodzi o to, że odczytywany przez nas z dysku plik jest podzielony na sektory i gdy dysk odczytuje pierwszy sektor tego pliku, to wczytuje także kilka kolejnych sektorów zlokalizowanych za tym, którego żądanie odczytania zostało właśnie zrealizowane. Te dodatkowe sektory trafiają do wewnętrznego cache dysku twardego, z którego mogą zostać odczytane w późniejszym czasie, jeśli zajdzie taka potrzeba. Dostęp do danych w cache jest o wiele szybszy w porównaniu do repozycjonownia głowicy i odczytywania fizycznych sektorów na dysku. W efekcie czego mamy zwykle dość znaczny wzrost wydajności przy transferze danych. Ten mechanizm nosi nazwę readahead i w tym wpisie przyjrzymy mu się nieco bliżej.

Bufor dysku twardego

Chyba wszystkie produkowane obecnie dyski twarde posiadają wbudowany bufor, którego rozmiar waha się w przedziale od 16MiB do 128MiB. Nawet całkiem sporo patrząc po rozmiarze sektora, który ma 512 bajtów. Gdyby dysk odczytywał jedynie ten sektor, o który jest proszony przez system operacyjny, transfer danych na takim dysku by znacznie ucierpiał.

Jeśli chcemy wiedzieć jak duży jest bufor naszego dysku, możemy to ustalić posługując się narzędziem hdparm . Jest ono dostępne w debianie w pakiecie pod tą samą nazwą. Rozmiar cache odczytujemy zaś w poniższy sposób:

# hdparm -i /dev/sda | grep -i buff
 BuffType=unknown, BuffSize=16384kB, MaxMultSect=16, MultSect=16

Zatem w tym przypadku mamy do czynienia z dyskiem, którego bufor ma 16MiB.

Ustalenie optymalnej wartości readahead

Optymalna wartość readahead zależy od kilku czynników. Przede wszystkim od rozmiaru bufora dysku twardego. Im jest on większy, tym większą wartość readahead powinniśmy ustawić. Trzeba też pamiętać, że zbyt wysoka wartość będzie powodować pojawianie się śmieci w cache dysku, tj. danych, które będą odczytywane z kolejnych sektorów ale nigdy nie będą wykorzystywane, czyli będą jedynie zajmować miejsce w cache, a ten znowu nie jest aż tak wielki. Trzeba się zastanowić jaki rodzaj plików mamy na dysku. Czy są do duże pliki, np. filmy, czy też jest to raczej dysk systemowy, gdzie jest pełno małych plików. Im większe są pliki, tym lepiej sprawuje się ustawienie większej wartości w readahead.

Niestety nie da się tak łatwo powiedzieć jaka wartość readahead jest odpowiednia dla naszego dysku i raczej trzeba to ustalić metodą prób i błędów, która zakłada eksperymentowanie z wartościami tego parametru. Na sam początek ustalmy to jaka jest domyślna wartość readahead dla naszego dysku. Odpalamy zatem hdparm :

# hdparm -a /dev/sda

/dev/sda:
 readahead     = 256 (on)

W przypadku mojego dysku, jest to 256 dodatkowych sektorów, czyli jakieś 128KiB danych. Sprawdźmy więc jaki transfer dysk jest w stanie uzyskać przy takim readahead:

# hdparm -Tt /dev/sda

/dev/sda:
 Timing cached reads:   5194 MB in  2.00 seconds = 2597.34 MB/sec
 Timing buffered disk reads: 272 MB in  3.02 seconds =  90.00 MB/sec

Odczyt danych z tego dysku przy standardowych ustawieniach, to około 90MB/s. Co się zatem stanie gdy ustawimy readahead na 0 ? Sprawdźmy:

# hdparm -a 0 /dev/sda

/dev/sda:
 setting fs readahead to 0
 readahead     =  0 (off)

# hdparm -Tt /dev/sda

/dev/sda:
 Timing cached reads:   5040 MB in  2.00 seconds = 2520.06 MB/sec
 Timing buffered disk reads:  76 MB in  3.02 seconds =  25.20 MB/sec

Widzimy drastyczny spadek prędkości odczytu danych z dysku. Poprzednio mieliśmy 90MB/s , zaś teraz nieco ponad 25MB/s . Zależność jest w miarę prosta, im większą wartość tutaj ustawimy, tym większą prędkość odczytu uzyskamy. Jesteśmy jedynie limitowani przez tryb w jakim działa dysk i w tym przypadku jest to udma5 :

# hdparm -i /dev/sda |grep -i udma
 UDMA modes: udma0 udma1 udma2 udma3 udma4 *udma5

Teoretyczna przepustowość tego dysku wynosi około 100MB/s. Zatem wartość readahead powinniśmy zwiększać aż osiągniemy 90-95MB/s przy odczycie danych. W przypadku tego dysku wartość 256 wydaje się być odpowiednia, choć można by zjechać z nią do wartości 128 czy nawet 64 , bo nie zanotowałem przy nich jakiejś większej różnicy w prędkości odczytu. Jedyne co może rzutować na wybór konkretnej wartości, to wielkość plików, które są zlokalizowane na dysku. Jeśli są to duże porcje danych, np. filmy, to skłaniałbym się do ustawienia tutaj raczej 256 . Więcej i tak przecie nie ma sensu.

Reguła dla udev'a

Ustawienia dokonywane za pomocą hdparm mają efekt jedynie tymczasowy, a konkretnie do ponownego uruchomienia danej maszyny. Jeśli chcemy by były one aplikowane na starcie komputera, to musimy pokusić się o napisanie reguły dla udev'a.

Trzeba pamiętać, że określanie dysków po nazwach typu sda czy sdb może zakończyć się tragicznie gdy mamy kilka dysków w systemie i z jakiegoś powodu zamienią się one tymi ostatnimi literkami. Dlatego też lepiej wykorzystać linki znajdujące się w katalogu /dev/disk/by-id/ . Sprawi to, że będziemy mieć do czynienia z numerami seryjnymi urządzeń, co czyni je unikalnymi wartościami, w oparciu o które możemy pisać reguły udev'a i mieć przy tym pewność, że zostaną one zaaplikowane jedynie do konkretnego dysku twardego.

Tworzymy zatem zatem plik 90-hdparm.rules w katalogu /etc/udev/rules.d/ o poniższej treści:

ACTION=="add", SUBSYSTEM=="block", \
      ENV{ID_SERIAL}=="WDC_WD2500BEKT-60A25T1_WD-WX41A90E5928", \
      RUN+="/sbin/hdparm -a 256 /dev/disk/by-id/ata-WDC_WD2500BEKT-60A25T1_WD-WX41A90E5928"

Jak widać, dopasowujemy urządzenie po numerze seryjnym, ten zaś możemy uzyskać wydając poniższe polecenie:

# udevadm info --name /dev/sda | grep -i serial
E: ID_SERIAL=WDC_WD2500BEKT-60A25T1_WD-WX41A90E5928
E: ID_SERIAL_SHORT=WD-WX41A90E5928