Una discussione ben più completa sulle tecnologie dei dischi per PC IBM può essere trovata presso l'home page delle The Enhanced IDE/Fast-ATA FAQ che è anche periodicamente postata sulle News di Usenet. Qui io presenterò cosa è necessario per farsi un'idea della tecnologia e per prepararsi per il setup.
Questo è il dispositivo fisico dove i vostri dati vivono e sebbene il sistema operativo rende abbastanza somiglianti tipi differenti, essi possono in fondo essere molto differenti. Conoscere il funzionamento può essere molto utile nella vostra fase di progettazione. I floppy non fanno parte di questo documento, sebbene nel caso ci fosse una grande richiesta, potrei essere convinto ad aggiungere una piccola parte qui.
Fisicamente, i dischi consistono in uno o più piatti contenenti dati che sono letti all'interno e all'esterno, mediante l'utilizzo di sensori montati su testine mobili fissate tra di loro. I trasferimenti di dati dunque, avvengono attraverso tutte le superfici simultaneamente, il che definisce un cilindro di tracce. Il disco è inoltre suddiviso in settori contenenti un determinato numero di campi per i dati.
I dischi sono quindi spesso classificati in relazione alla geometria: il numero di Cilindri, Testine e Settori (CHS).
Per varie ragioni c'è un bel numero di differenze tra
Praticamente è un gran disordine ed è causa di molta confusione. Per maggiori informazioni siete caldamente invitati a leggere il Large Disk mini-HOWTO
La tecnologia dei supporti determina importanti parametri come le velocità di lettura/scrittura, tempo di accesso, capacità di memorizzazione come anche se permette la lettura/scrittura o solamente la lettura.
Questo è il tipico mezzo di memorizzazione di lettura e scrittura e come qualsiasi altra cosa nel mondo dei computer è disponibile in molti 'gusti' e con proprietà differenti. Generalmente questa è la tecnologia più veloce e offre capacità di lettura/scrittura. Il disco gira con una velocità angolare costante (CAV) con una densità del settore fisico variabile per un utilizzo più efficiente dell'area magnetica del supporto. In altre parole, il numero di bit per unità di lunghezza è mantenuto costante aumentando il numero di settori logici per le tracce esterne.
I valori tipici delle velocità di rotazione sono 4500 e 5400 RPM, sebbene sia usata anche la velocità a 7200. Molto recentemente è entrata nel mercato anche la velocità a 10000 RPM. I tempi di accesso sono intorno a 10 ms, le velocità di trasferimento sono abbastanza variabili da un tipo ad un altro ma generalmente sono nell'ordine di 4-40 MB/s. Con dischi ad alte prestazioni dovreste ricordare che le prestazioni stesse necessitano di più potenza elettrica che è poi dissipata sotto forma di calore, controllate Alimentazione e Riscaldamento.
Notate che esistono diversi tipi di trasferimento e che questi sono riportati con unità differenti. Prima di tutto c'è il trasferimento dal 'piatto' alla cache dell'unità disco che è generalmente riportato in Mbit/s. Un valore tipico è circa 50-250 Mbit/s. Il secondo passaggio è dalla cache del drive all'adattatore ed è generalmente indicato in MB/s, i valori riportati sono intorno ai 3-40 MB/s. Notate comunque che si assume che i dati siano già contenuti nella cache e da qui l'effettiva percentuale di trasferimento diminuirà drammaticamente a causa della massima velocità di lettura dal drive.
I dischi ottici in lettura/scrittura esistono ma sono lenti e non così diffusi. Furono usati nella macchina NeXT ma la bassa velocità è stata l'origine di molte lamentele. La bassa velocità è dovuta principalmente alla natura termica del cambio di fase che rappresenta l'archiviazione dei dati. Anche quando si sono usati laser potenti per indurre cambiamenti di fase, gli effetti sono stati ancora più lenti dell'effetto magnetico usato nei dischi magnetici.
Oggi molte persone usano i dischi CD-ROM che, come il nome fa capire, sono di sola lettura. L'archiviazione è di circa 650 MB, le velocità di trasferimento sono variabili e dipendono dal disco ma possono superare 1.5 MB/s. I dati sono archiviati in una singola traccia a spirale quindi non è utile parlare di geometria per essi. La densità dei dati è costante, quindi il lettore usa una velocità lineare costante (CLV). Anche l'accesso è più lento, circa 100 ms, parzialmente dovuto alla traccia a spirale. Recentemente dischi ad alta velocità, usano un misto tra CLV e CAV al fine di aumentare le prestazioni. Questo riduce inoltre il tempo di accesso causato dalla necessità di raggiungere la corretta velocità di rotazione per la lettura.
Un nuovo tipo (DVD) è all'orizzonte, in grado di offrire fino a circa 18 GB su un disco singolo.
Questa è un'aggiunta relativamente recente alla tecnologia disponibile ed è stata resa popolare specialmente in computer portatili come anche in sistemi fissi. Non contenendo parti rimovibili, sono molto veloci sia in termini di velocità di accesso che di velocità di trasferimento. Il tipo più popolare è la flash RAM, ma sono usati anche altri tipi di RAM. Alcuni anni fa molti riponevano molte speranze per le memorie a bolla magnetica ma si sono dimostrate essere relativamente costose e non sono così comuni.
Generalmente l'uso di dischi RAM non è considerato una buona idea dal momento che è più efficace aggiungere più RAM alla scheda madre e permettere al sistema operativo di dividere il quantitativo di memoria in memorie tampone, cache, aree di programmi e di dati. Solo in casi molto speciali, come in sistemi in tempo reale con piccoli margini di tempo, i dischi RAM possono essere una soluzione ragionevole.
La Flash RAM è disponibile in molte decine di megabyte di capacità
e si potrebbe essere tentati di usarla per un'archiviazione veloce e
temporanea in un computer. C'è comunque un enorme ostacolo con questo
metodo: la flash RAM ha un tempo di vita limitato in termini del numero
di volte in cui potete riscrivere i dati, quindi mettere swap, /tmp
o /var/tmp su questi dispositivi accorcerà sicuramente e
drammaticamente la loro vita. Invece, usare le flash RAM per directory che
vengono lette spesso ma raramente scritte, porterebbe ad un grosso guadagno
in termini di prestazioni.
Per ottenere l'optimum della vita media dalle flash RAM, dovrete usare driver speciali che usano la RAM ugualmente e minimizzano il numero di blocchi cancellati.
Questo esempio illustra i vantaggi di dividere la vostra struttura delle directory su più dispositivi.
I dischi a Stato Solido non hanno un reale indirizzamento cilindri/testine/settori ma per ragioni di compatibilità questi sono simulati dal driver per avere un'interfaccia uniforme al sistema operativo.
C'è una pletora di interfacce da cui scegliere con diverse caratteristiche di prezzo e prestazioni. Parecchie schede madri oggi includono interfaccia IDE o interfacce migliori, che sono parte integrante dei chipset. Molte altre schede includono anche un chip per l'interfaccia SCSI fatto da NCR e connesso direttamente al bus PCI. Controllate che cosa avete e quale supporto del BIOS avete per quello.
Un tempo questa era la tecnologia consolidata, il tempo in cui 20 MB erano solenni, che comparati con le dimensioni di oggi ti fanno pensare che i dinosauri si aggiravano per la Terra con questi dischi. Come i dinosauri questi sono datati e sono lenti e non affidabili se confrontati a quello che abbiamo oggi. Linux li gestisce ma siete stati bene avvisati di pensare due volte riguardo cosa volete metterci. Si potrebbe discutere che una partizione di emergenza potrebbe essere adattata con un'opportuna versione datata del DOS.
Effettivamente, ESDI era un adattamento dell'interfaccia SMD, largamente diffusa ed utilizzata su computer "grandi", ai cavi usati con l'interfaccia ST506, cosa molto più conveniente da confezionare rispetto alla copia di connettori a 60-pin e 26-pin usati con SMD. L'ST506 era un'interfaccia silenziosa che faceva completo affidamento sul fatto che il controller e l'host facessero tutto: dal valutare la disposizione di testine/cilindri/settori al tenere traccia della disposizione delle testine, ecc. ST506 necessitava che il controller estraesse il clock dai dati recuperati e che controllasse la disposizione delle caratteristiche dettagliate sulle tracce del supporto, bit per bit. Ebbe una vita di circa 10 anni, se includete l'uso degli schemi di modulazione di MFM, RLL, e ERLL/ARLL. ESDI, d'altra parte, ebbe l'intelligenza, spesso utilizzando tre o quattro microprocessori separati su un singolo drive e comandi di alto livello per formattare una traccia, trasferire dati, effettuare ricerche e così via. Il recupero del clock dal flusso dei dati era affidato al drive, che pilotava la linea di clock e presentava i suoi dati in NRZ, sebbene la correzione dell'errore era ancora compito del controller. ESDI permetteva l'uso della densità di registrazione a bit variabile, oppure, per quella ragione, di qualsiasi altra tecnica di modulazione, dal momento che era localmente generata e risolta presso il disco. Sebbene molte delle tecniche usate in ESDI, furono in seguito incorporate nell'IDE, fu la crescente popolarità dello SCSI che portò alla fine dell'ESDI nei computer. ESDI ebbe una vita di circa 10 anni, sebbene principalmente nei server o in "grossi" sistemi piuttosto che nei PC.
Il progresso fece sì che l'elettronica dei dischi migrasse dallo slot ISA al drive stesso e nacque l'Integrated Drive Electronics. Era semplice, economica e ragionevolmente veloce così coloro che progettavano il BIOS crearono quel tipo di ostacolo di cui l'industria di computer è così piena. Una combinazione tra una limitazione IDE di 16 testine insieme alla limitazione del BIOS a 1024 cilindri ci donò l'infame limite di 504 MB. Seguendo le tradizioni dell'industria del computer, l'ostacolo fu rattoppato con un programma inaffidabile ed ottenemmo ogni tipo di schema di traduzione e instabili rattoppi del BIOS. Questo vuol dire che dovete leggere la documentazione relativa all'installazione molto attentamente e controllare che BIOS avete e che data ha, dal momento che il BIOS deve dire a Linux che dimensioni di dischi avete. Fortunatamente con Linux potete dire direttamente al kernel le dimensioni del vostro disco con i suoi parametri, controllate la documentazione su LILO e Loadlin, esaurientemente. Notate anche che IDE è equivalente ad ATA, AT Attachment. IDE usa un Input/Output Programmato (PIO) CPU-intensivo per trasferire i dati verso e dai dischi e non è in grado di gestire la tecnologia di Accesso Diretto alla Memoria (DMA) che è più efficiente. La velocità di trasferimento più elevata è di 8.3 MB/s.
Questi 3 termini sono abbastanza equivalenti, fast-ATA è ATA-2 ma EIDE include come aggiunta ATAPI. ATA-2 è quello che si usa di più in questi giorni dato che è più veloce e con DMA. La velocità trasferimento è aumentata a 16.6 MB/s.
Una nuova e più veloce modalità DMA che è circa il doppio del PIO-Mode 4 dell'EIDE (33 MB/s). I dischi con o senza Ultra-ATA possono essere messi sullo stesso cavo senza degrado della velocità per gli adattatori più veloci. L'interfaccia Ultra-ATA è elettricamente identica alla normale interfaccia Fast-ATA, inclusa la massima lunghezza del cavo.
L'ATA Packet Interface venne progettata per gestire i CD-ROM utilizzando la porta IDE e come l'IDE è economica e semplice.
Lo Small Computer System Interface è un'interfaccia dai molti scopi che può essere utilizzata per collegare di tutto, dai dischi, a schiere di dischi, stampanti, scanner e molto altro ancora. Il nome ha una designazione erronea dal momento che è stato usato tradizionalmente nelle fasce alte del mercato come anche nelle workstation dal momento che è adatto a sistemi multi tasking.
L'interfaccia standard è larga 8 bit e può indirizzare 8 dispositivi. C'è una versione larga 16 bit che è veloce il doppio con lo stesso clock e può indirizzare 16 dispositivi. L'adattatore conta sempre come dispositivo ed è generalmente il numero 7. È anche possibile avere bus con un'ampiezza di 32 bit ma questo generalmente necessita di doppi cavi per gestire tutte le linee.
Il vecchio standard era di 5 MB/s e il recente fast-SCSI l'ha aumentato a 10 MB/s. Recentemente ultra-SCSI, noto anche come Fast-20, è arrivato a velocità di trasferimento di 20MB/s per un bus ampio 8 bit. Il nuovo sistema di segnalazione a basso voltaggio differenziale (LVD) permette queste velocità elevate ed anche cablaggi molto più lunghi di prima.
Più recentemente è stato anche proposto uno standard ancora più veloce: SCSI 160/m che è capace di un mostruoso 160 MB/s su un bus ampio 16 bit. Il supporto è ancora scarso ma è sostenuto per un po' di dischi a 10000 RPM che possono trasferire 40 MB/s. Mettere 6 di questi dischi su un RAID manterrebbe questo bus saturo ed inoltre saturerebbe la maggior parte dei bus PCI. Ovviamente questo vale solo per i server di altissimo livello di oggi.
Le prestazioni più elevate si traducono in un costo generalmente più alto dell'(E)IDE. L'importanza di terminazioni corrette e di una buona qualità dei cavi non può essere sovraenfatizzata. I dischi SCSI inoltre spesso tendono ad essere di qualità più elevata rispetto ai dischi IDE: spesso è solo una questione di attaccare e staccare il dispositivo; molte persone fanno questo senza spegnere il sistema. Questa caratteristica è molto utile quando avete sistemi multipli e potete solamente spostare i dispositivi da un sistema all'altro qualora uno di questi fallisse per un qualsiasi motivo.
C'è un gran numero di documenti che dovreste leggere se utilizzate lo SCSI, lo SCSI HOWTO come del resto le SCSI FAQ postate sulle News di Usenet.
Lo SCSI ha inoltre il vantaggio che vi potete connettere facilmente a lettori di nastri per fare il backup dei vostri dati, come anche ad alcune stampanti e scanner. È anche possibile usarlo come una rete molto veloce tra computer dal momento che si possono condividere dispositivi SCSI sullo stesso bus. I lavori continuano ma a causa di problemi nell'assicurare la condivisione della cache tra i diversi computer connessi, non sarà un lavoro da nulla.
I numeri SCSI sono anche usati per gestire le priorità. Se diversi dischi richiedono il servizio, viene data priorità al drive con il numero più basso.
La mia intenzione è quella di non fare troppi commenti sull'hardware ma sento che dovrei fare una piccola nota sul cablaggio. Questo sembrerebbe essere una componente dell'insieme marcatamente di bassa rilevanza tecnologica, ma purtroppo è la causa di molti problemi di frustrazione. Viste le alte velocità di oggi, si dovrebbe pensare piuttosto ad un dispositivo RF con le sue intrinseche necessità di correttezza dell'impedenza. Se non prendete le vostre precauzioni, otterrete affidabilità altamente ridotta o un fallimento totale. Qualche adattatore SCSI è molto più sensibile a ciò rispetto ad altri.
Cavi schermati sono ovviamente migliori di quelli non schermati ma il prezzo è molto più alto. Con un po' di attenzione potrete ottenere buone prestazioni da un economico cavo non schermato.
Velocità Bus (MHz) | Massima Lunghezza (m)
--------------------------------------------------
5 | 6
10 (fast) | 3
20 (fast-20 / ultra) | 3 (massimo 4 dispositivi),
| 1,5 (massimo 8 dispositivi)
xx (differenziale) | 25 (massimo 16 dispositivi)
--------------------------------------------------
Più informazioni sul cablaggio SCSI e sui terminatori possono essere trovate presso altre pagine sparse per il web.
Questo è l'altro capo dell'interfaccia dal drive, la parte che è connessa ad un bus del computer. La velocità del bus del computer e quella dei dischi dovrebbe essere vagamente similare, altrimenti avrete un collo di bottiglia nel vostro sistema. Connettere un insieme di dischi RAID 0 ad una scheda ISA è inutile. In questo periodo la maggior parte dei computer è dotata di bus PCI a 32 bit capaci di trasferimenti a 132 MB/s che non dovrebbe rappresentare un collo di bottiglia per la maggior parte della gente per il prossimo futuro.
Con il migrare dell'elettronica del disco ai dischi stessi, la parte rimanente che divenne l'interfaccia (E)IDE è così piccola che può essere facilmente inserita nel chipset PCI. L'adattatore SCSI è più complesso e spesso include una propria piccola CPU ed è quindi più costoso e non integrato nei chipset PCI a disposizione in questo periodo. L'evoluzione tecnologica potrebbe cambiare questa situazione.
Alcuni adattatori vengono con gestione della cache separata ed intelligenza ma dal momento che ciò dipende principalmente dal sistema operativo, i vantaggi sono in stretta dipendenza con il sistema operativo stesso utilizzato. Alcuni dei più primitivi, che rimarranno senza nome, ne traggono grande vantaggio. Linux, invece, ha così tanti vantaggi di per sè stesso che i guadagni sono molto più scarsi.
Mike Neuffer, che fece i driver per i controller DTP, afferma che gli stessi sono abbastanza intelligenti che avendo sufficiente memoria cache, vi porterà una grossa spinta in prestazione e ritiene che la gente che aveva ottenuto piccoli guadagni con controller efficienti non aveva usato un controller di cache intelligente.
Al fine di aumentare il flusso, è necessario identificare i colli di bottiglia più significativi e poi eliminarli. In qualche sistema, in particolare dove c'è un grande numero di dischi connessi, è vantaggioso utilizzare diversi controller che lavorano in parallelo, sia per gli adattatori SCSI che per i controller IDE che normalmente hanno 2 canali incorporati. Linux gestisce questo.
Qualche controller RAID dispone di 2 o 3 canali ed è arduo suddividere il caricamento da disco attraverso tutti i canali. In altre parole, se avete due dischi SCSI che volete porre in RAID ed un controller a due canali, dovreste mettere ogni drive su canali separati.
Oltre ad avere sia SCSI che IDE sulla stessa macchina, è anche possibile avere più di un controller SCSI. Controllate lo SCSI-HOWTO per quali controller potete combinare. Inoltre è molto probabile che dobbiate dire al kernel di verificare l'esistenza di più di un singolo controller SCSI o IDE. Questo si può fare utilizzando i parametri del kernel quando si fa il boot, ad esempio usando LILO. Controllate gli HOWTO per lo SCSI e per il LILO per capire come farlo.
I sistemi multi scheda possono offrire significanti guadagni di
velocità se configurate il vostro disco in maniera corretta,
specialmente per il RAID0. Assicuratevi di segnalare i controller
come anche i dischi, in modo da aggiungere i dischi al dispositivo
md RAID nell'ordine corretto.
Se il controller 1 è connesso ai dischi sda e sdc
mentre il controller 2 ai dischi sdb e sdd otterrete
più parallelismo aggiungendo in ordine sda - sdc - sdb - sdd
piuttosto che sda - sdb - sdc - sdd perché la lettura o
la scrittura su più di un cluster abbraccerebbe verosimilmente
due controller.
Gli stessi metodi possono essere applicati anche all'IDE. La maggior parte delle schede madri si presenta con 4 porte IDE:
hda controller primariohdb slave primariohdc controller secondariohdd slave secondariohda - hdc - hdb - hdd
perché ciò potrebbe presumibilmente parallelizzare ambedue i canali.
Le tavole seguenti sono state messe solo per indicare quali velocità sono possibili. Tutte le velocità di trasferimento sono in MB al secondo e le ampiezze di bus sono misurate in bit.
IDE : 8.3 - 16.7
Ultra-ATA : 33
SCSI :
Ampiezza Bus (bit)
Velocità Bus (MHz) | 8 16 32
--------------------------------------------------
5 | 5 10 20
10 (fast) | 10 20 40
20 (fast-20 / ultra) | 20 40 80
40 (fast-40 / ultra-2) | 40 80 --
--------------------------------------------------
ISA : 8-12
EISA : 33
VESA : 40 (A volte regolato a 50)
PCI
Ampiezza Bus (bits)
Velocità Bus (MHz) | 32 64
--------------------------------------------------
33 | 132 264
66 | 264 528
--------------------------------------------------
Questo è un argomento molto difficile e farò solamente pochi commenti cauti su questo campo minato. Prima di tutto, è più difficile fare benchmark paragonabili che abbiano un qualsiasi significato attuale. Questo comunque non trattiene la gente dal provare.
Invece si potrebbe usare il benchmarking per diagnosticare il vostro sistema, per verificare se sta andando tanto veloce quanto dovrebbe, cioè se non sta andando più lento. Inoltre vi aspettereste un aumento significante nel cambiare da un semplice file system ad un RAID, così un mancato guadagno di prestazioni vi dirà che qualcosa non va.
Quando provate a fare un benchmark non dovreste avventurarvi da soli,
ma controllare iozone e bonnie e leggere la documentazione
molto bene. In particolare assicuratevi che la dimensione del vostro
buffer sia più grande della dimensione della vostra RAM, altrimenti
testerete la vostra RAM piuttosto che i vostri dischi, il che vi
riporterà alte prestazioni non realistiche.
Un benchmark molto semplice può essere ottenuto utilizzando hdparm -tT
il che può essere utilizzato sia sui dischi IDE che sugli SCSI.
Per maggiori informazioni riguardo il benchmarking ed il software per una serie di piattaforme, controllate la pagine dei benchmark l' ACNC.
SCSI offre più prestazione di un EIDE ma ad un costo elevato. La terminazione è più complessa ma l'espansione non è molto difficile. Avere più di 4 dischi IDE (in alcuni casi 2) può essere complicato, mentre con il wide SCSI potete averne fino a 15 per adattatore. Qualche adattatore SCSI ha diversi canali, il che rende ulteriormente moltiplicabile il numero di dischi possibile.
Per lo SCSI dovrete dedicare un IRQ per adattatore, il quale può controllare fino a 15 dischi. Con l'EIDE avete bisogno di un IRQ per ogni disco e ciò può causare conflitto.
RLL e MFM sono in generale troppo vecchi, lenti ed inaffidabili per essere di qualche utilità.
Lo SCSI-3 è in lavorazione e speriamo venga rilasciato presto. Dispositivi più veloci sono già stati annunciati, recentemente sono state proposte le mostruose specifiche da 80 MB/s e 160 MB/s. Queste sono basate sullo standard Ultra-2 (che utilizzava un clock a 40 MHz) combinato con un cavo a 16 bit.
Alcuni produttori annunciano già dispositivi SCSI-3 ma ciò è in realtà abbastanza prematuro visto che lo standard è ancora da consolidare. Con l'aumentare delle velocità di trasferimento, il punto di saturazione del bus PCI si sta avvicinando. Attualmente la versione a 64 bit ha un limite di 264 MB/s. La velocità di trasferimento in futuro sarà aumentata dall'attuale 33MHz a 66MHz, aumentando quindi il limite a 528 MB/s.
Un altro orientamento è per dischi sempre più grandi. Ho sentito che è possibile ottenere 55 GB su un singolo disco sebbene questo sia molto costoso. Attualmente il dispositivo di memorizzazione migliore per le vostre tasche è di circa 6.4 GB ma anche questo è in continuo aumento. L'introduzione del DVD avrà nel prossimo futuro un grande impatto, con circa 20 GB su un singolo disco potete avere una copia completa anche dei maggiori siti FTP intorno al mondo. L'unica cosa di cui siamo sicuramente certi riguardo al futuro è che se non sarà migliore, sarà sicuramente più grande.
Addendum: poco dopo avere iniziato a scrivere questo documento, ho letto che la massima velocità utile per un CD-ROM era 20x dal momento che la stabilità meccanica sarebbe stata un problema molto grande a queste velocità. Dopo circa un mese furono disponibili CD-ROM a 24x... Ora potete ottenere un 40x e non c'è dubbio che velocità più alte siano in produzione.
La mia opinione personale è che EIDE o Ultra ATA è il modo migliore per cominciare un vostro sistema, specialmente se intendete usare anche il DOS sulla vostra macchina. Se intendete espandere il vostro sistema nel corso degli anni o intendete utilizzarlo come server, vi suggererei caldamente di prendere dischi SCSI. Attualmente wide SCSI è un po' più costoso. Otterrete di più col vostro denaro mettendo uno SCSI di ampiezza standard. Ci sono inoltre versioni differenziali del bus SCSI il che aumenta la lunghezza massima del cavo. L'aumento di prezzo è ancor più sostanziale e non può essere consigliato ad utenti normali.
Oltre ai dischi, potete anche connettere qualche tipo di scanner e stampante ed anche le reti ad un bus SCSI.
Inoltre ricordatevi che espandere il vostro sistema necessiterà anche di più potenza, così assicuratevi che l'alimentazione sia adatta al lavoro e che voi abbiate raffreddamento sufficiente. Molti dischi SCSI offrono l'opzione di avviamento sequenziale, il che è una buona idea per grandi sistemi. Controllate anche Alimentazione e Riscaldamento.