Впрочем, прежде, чем перейти к обсуждению результатов, взглянем чуть подробнее на устройство и работу сегментов кэш-памяти диска Seagate Cheetah 15K.4, чтобы лучше понимать, о чем идет речь. Из восьми мегабайт для собственно кэш-памяти (то есть для кэширующих операций) здесь доступно 7077 Кбайт (остальное — служебная область). Эта область делится на логические сегменты (Mode Select Page 08h, byte 13), которые используются для чтения и записи данных (для осуществления функций упреждающего чтения с пластин и отложенной записи на поверхность диска). Для обращения к данным на магнитных пластинах сегменты используют именно логическую адресацию блоков накопителя. Диски этой серии поддерживают максимум 64 сегмента кэш-памяти, причем длина каждого сегмента равна целому числу секторов диска. Объем доступной кэш-памяти, по всей видимости, распределяется поровну между сегментами, то есть если сегментов, скажем, 32, то объем каждого сегмента равен примерно 220 Кбайт. При динамической сегментации (в режиме PM=off) количество сегментов может меняться винчестером автоматически в зависимости от потока команд от хоста.
Приложения для серверов и настольных компьютеров требуют различных операций кэширования от дисков для обеспечения оптимальной производительности, поэтому сложно обеспечить единую конфигурацию для наилучшего выполнения этих задач. По мнению Seagate, для «настольных» приложений требуется сконфигурировать кэш-память так, чтобы быстро отвечать на повторяющиеся запросы большого количества небольших сегментов данных без задержек на упреждающее чтение смежных сегментов. В серверных задачах, напротив, требуется так сконфигурировать кэш, чтобы обеспечить поступление больших объемов последовательных данных в неповторяющихся запросах. В этом случае более важна способность кэш-памяти хранить больше данных из смежных сегментов при упреждающем чтении. Поэтому для Desktop Mode производитель рекомендует использовать 32 сегмента (в ранних версиях Cheetah использовались 16 сегментов), а для Server Mode адаптивное количество сегментов стартует всего с трех на весь кэш, хотя в процессе работы может и увеличиваться. Мы в своих экспериментах по поводу влияния количества сегментов на производительность в различных приложениях ограничимся диапазоном от 4 сегментов до 64 сегментов, а в качестве проверки «прогоним» диск также при 128 сегментах, установленных в программе SeaTools Enterprise (программа при этом не сообщает, что данное количество сегментов в этом диске недопустимо).
Увеличение производительности кэш-памяти
Формула для среднего времени доступа к памяти в системах с кэш-памятью выглядит следующим образом:
Среднее время доступа = Время обращения при попадании + Доля промахов x Потери при промахе
Эта формула наглядно показывает пути оптимизации работы кэш-памяти: сокращение доли промахов, сокращение потерь при промахе, а также сокращение времени обращения к кэш-памяти при попадании. На рисунке 5.38 кратко представлены различные методы, которые используются в настоящее время для увеличения производительности кэш-памяти. Использование тех или иных методов определяется прежде всего целью разработки, при этом конструкторы современных компьютеров заботятся о том, чтобы система оказалась сбалансированной по всем параметрам.
Первичная причина увеличения объема встроенного кэша может заключаться в том, что кэш-память в современных процессорах работает на той же скорости, что и сам процессор. Частота процессора в этом случае никак не меньше 3200 MГц. Больший объем кэша позволяет процессору держать большие части кода готовыми к выполнению. Такая архитектура процессоров сфокусирована на уменьшении задержек, связанных с простоем процессора в ожидании данных. Современные программы, в том числе игровые, используют большие части кода, который необходимо извлекать из системной памяти по первому требованию процессора. Уменьшение промежутков времени, уходящих на передачу данных от памяти к процессору, - это надежный метод увеличения производительности приложений, требующих интенсивного взаимодействия с памятью. Кэш L3 имеет немного более высокое время ожидания, чем L 1 и 2, это вполне естественно. Хоть он и медленнее, но все-таки он значительно более быстрый, чем обычная память. Не все приложения выигрывают от увеличения объема или скорости кэш-памяти. Это сильно зависит от природы приложения.
Если большой объем встроенного кэша - это хорошо, тогда что же удерживало Intel и AMD от этой стратегии ранее? Простым ответом является высокая себестоимость такого решения. Резервирование пространства для кэша очень дорого. Стандартный 3.2GHz Northwood содержит 55 миллионов транзисторов. Добавляя 2048 КБ кэша L3, Intel идет на увеличение количества транзисторов до 167 миллионов. Простой математический расчет покажет нам, что EE - один из самых дорогих процессоров.
Сайт AnandTech провел сравнительное тестирование двух систем, каждая из которых содержала два процессора – Intel Xeon 3,6 ГГц в одном случае и AMD Opteron 250 (2,4 ГГц) – в другом. Тестирование проводилось для приложений ColdFusion MX 6.1, PHP 4.3.9, и Microsoft .NET 1.1. Конфигурации выглядели следующим образом:
AMD
- Dual Opteron 250;
- 2 ГБ DDR PC3200 (Kingston KRX3200AK2);
- системная плата Tyan K8W;
- ОС Windows 2003 Server Web Edition (32 бит);
- 1 жесткий IDE 40 ГБ 7200 rpm, кэш 8 МБ
Intel
- Dual Xeon 3.6 ГГц;
- 2 ГБ DDR2;
- материнская плата Intel SE7520AF2;
На приложениях ColdFusion и PHP, не оптимизированных под ту или иную архитектуру, чуть быстрее (2,5-3%) оказались Opteron’ы, зато тест с .NET продемонстрировал последовательную приверженность Microsoft платформе Intel, что позволило паре Xeon’ов вырваться вперед на 8%. Вывод вполне очевиден: используя ПО Microsoft для веб-приложений, есть смысл выбрать процессоры Intel, в других случаях несколько лучшим выбором будет AMD.
Больше – не всегда лучше
Частота промахов при обращении к кэш-памяти может быть значительно снижена за счет увеличения емкости кэша. Но большая кэш-память требует больше энергии, генерирует больше тепла и увеличивает число бракованных микросхем при производстве.
Один из способов обойти эти трудности — передача логики управления кэш-памятью от аппаратного обеспечения к программному.
«Компилятор потенциально в состоянии анализировать поведение программы и генерировать команды по переносу данных между уровнями памяти», — отметил Шен.
Управляемая программным образом кэш-память сейчас существует лишь в исследовательских лабораториях. Возможные трудности связаны с тем, что придется переписывать компиляторы и перекомпилировать унаследованный код для всех процессоров нового поколения.
Выводы
Анализ изложенного выше материала позволяет сделать заключение, что в соответствии с каноническими теориями, современные производители широко используют кэш-память при построении новейших процессоров. Во многом, их превосходные характеристики по быстродействию достигаются именно благодаря применению кэш-памяти второго и даже третьего уровня. Этот факт подтверждает теоретические выкладки Гарвардского университета о том, что ввиду действия принципа локальности информации в современных компьютерах применение кэш-памяти смешанного типа позволяет добиться превосходных результатов в производительности процессоров и снижает частоту необходимых обращений к основной памяти.
Налицо широкие перспективы дальнейшего применения кэш-памяти в машинах нового поколения, однако существующая проблематика невозможности бесконечного увеличения кэша, а также высокая себестоимость изготовления кэша на одном кристалле с процессором, ставит перед конструкторами вопросы о некоем качественном, а не количественном видоизменении или скачке в принципах, либо огранизации кэш-памяти в процессорах будущего.
Дефрагментатор дисков выполняет поиск фрагментированных файлов и папок на локальных томах. Фрагментированные файл или папка разделены на множество частей и разбрасаны по всему тому.
Если том содержит много фрагментированных файлов и папок, системе требуется большее время для обращения к ним, поскольку приходится выполнять дополнительные операции чтения с диска их отдельных частей. На создание файлов и папок также уходит больше времени, поскольку свободное пространство на диске состоит из разрозненных фрагментов. Системе приходится сохранять новые файлы и папки в разных местах тома.
Дефрагментатор дисков перемещает разрозненные части каждого файла или папки в одно место тома, после чего файлы и папки занимают на диске единое последовательное пространство. В результате доступ к файлам и папкам выполняется эффективнее. Объединяя отдельные части файлов и папок, программа дефрагментации также объединяет в единое целое свободное место на диске, что делает менее вероятной фрагментацию новых файлов.
Процесс поиска и объединения фрагментированных файлов и папок называется дефрагментацией. Время, необходимое для дефрагментации тома, зависит от нескольких факторов, в том числе от его размера, общего числа файлов, степени фрагментации и доступных системных ресурсов. Перед выполнением дефрагментации можно найти все фрагментированные файлы и папки, проанализировав том. Полученные сведения позволят узнать, как много фрагментированных файлов и папок содержит том, и решить, следует ли выполнять дефрагментацию.
С помощью программы дефрагментации можно преобразовать тома, использующие файловые системы FAT, FAT32 и NTFS.
Для запуска программы дефрагментации диска необходимо через кнопки ПУСК, ПРОГРАММЫ, СТАНДАРТНЫЕ выйти на панель СЛУЖЕБНЫЕ
и запустить ДЕФРАГМЕНТАЦИЯ ДИСКА.
Рис. 1.1. Общий вид панели дефрагментации.
Целями дефрагментации дисков являются:
Для проведения фрагментации следует выбрать любой из дисков кроме системного.
Непосредственно перед дефрагментацией необходимо провести анализ выбранного диска и получить отчет о работе программы анализа.
Рис. 1.2. Панель дефрагментации с результатами анализа диска.
В результате анализа на панели дефрагментации отображается распределение:
Далее запускается программа дефрагментации и выводится отчет о ее работе.
Рис. 1.3. Панель дефрагментации с отчетом
Далее следуют отчеты результатов анализа и дефрагментации диска Е:
Том (E:) до дефрагментации:
Размер тома = 30,58 ГБ
Размер кластера = 4 КБ
Занято = 21,23 ГБ
Свободно = 9,35 ГБ
Процент свободного места = 30 %
Фрагментация тома
Всего фрагментировано = 1 %
Фрагментация файлов = 3 %
Фрагментация свободного места = 0 %
Фрагментация файлов
Всего файлов = 6 720
Средний размер файла = 4 МБ
Всего фрагментировано файлов = 23
Всего лишних фрагментов = 105
В среднем фрагментов на файл = 1,01
Фрагментация файла подкачки
Размер файла подкачки = 0 байт
Всего фрагментов = 0
Фрагментация папок
Всего папок = 307
Фрагментировано папок = 39
Лишних фрагментов папок = 317
Фрагментация MFT (Master File Table)
Общий размер MFT = 26 МБ
Счетчик записей MFT = 7 049
Процент использования MFT = 26 %
Всего фрагментов MFT = 2
--------------------------------------------------------------------------------
Фрагментов Размер файла Наиболее фрагментированные файлы
44 180 КБ \Need for Speed Most Wanted\SOUND\ENGINE
31 7 МБ \System Volume Information\RP32\A0020244.exe
29 120 КБ \age of mythology\Eng\history\units
29 120 КБ \age of mythology\locale\history\units
28 116 КБ \age of mythology\Eng\history\techs
28 116 КБ \age of mythology\locale\history\techs
25 108 КБ \Need for Speed Most Wanted\TRACKS\L2RA
11 44 КБ \2\Katjuha 2005
10 625 КБ \System Volume Information\RP32\A0020265.exe
10 69 КБ \Thumbs.db
9 548 КБ \System Volume Information\RP32\A0020243.exe
9 40 КБ \Need for Speed Most Wanted\NIS
8 36 КБ \Need for Speed Most Wanted\European Help Files\Sv
8 36 КБ \Need for Speed Most Wanted\European Help Files\pt-br
8 36 КБ \Need for Speed Most Wanted\European Help Files\pt
8 36 КБ \Need for Speed Most Wanted\European Help Files\NL
8 126 КБ \System Volume Information\RP34\change.log.2
8 36 КБ \Need for Speed Most Wanted\European Help Files\Da
8 36 КБ \Need for Speed Most Wanted\European Help Files\en-uk
8 36 КБ \Need for Speed Most Wanted\European Help Files\De
8 36 КБ \Need for Speed Most Wanted\European Help Files\fr-fr
8 36 КБ \Need for Speed Most Wanted\European Help Files\Fi
8 36 КБ \Need for Speed Most Wanted\European Help Files\es
7 32 КБ \Need for Speed Most Wanted\EA Help
7 28 КБ \Need for Speed Most Wanted\CARS
7 60 КБ \2\@1@
6 372 КБ \System Volume Information\RP32\A0020250.dll
6 336 КБ \System Volume Information\RP32\A0020247.exe
6 64 КБ \2\@@@@
5 316 КБ \System Volume Information\RP32\A0020241.exe
Том (E:) после дефрагментации:
Всего фрагментировано = 0 %
Фрагментация файлов = 0 %
Всего фрагментировано файлов = 0
Всего лишних фрагментов = 0
В среднем фрагментов на файл = 1,00
Фрагментировано папок = 1
Лишних фрагментов папок = 0
Фрагментов Размер файла Файлы, которые не могут быть дефрагментированы
отсутствует
Вывод
Из отчетов видно, что после дефрагментации диска Е: фрагментированных файлов не осталось. Произошла полная дефрагментация диска.
Литература
1. Э.Танненбаум,Современные операционные системы, СПб: Питер, 2002. - 1024 с.
2. Р.Столлинз Операционные системы. М.: Вильямз, 2002. – 600 с.
3. В.Г.Олифер, Н.А.Олифер Сетевые операционные системы. СПб: Питер, 2001.- 554 с.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
