Операция "Дефрагментация"

Введение

Постоянный поиск - наверное, именно этими словами можно охарактеризовать жизнь любого человека, занимающегося тестированием оборудования. Причем поиск не только новых и интересных устройств, но и новых методов тестирования, позволяющих более полно раскрыть особенности каждого конкретного устройства. Именно поэтому набор "синтетических" тестов IOMeter, WinBench 99 и PCMark был свое время дополнен тестом FC-Test, который дал нам возможность сравнивать накопители в условиях, приближенных к реальным. Теперь же мы решили попробовать сравнить диски при помощи встроенной в Windows XP службы дефрагментации.

Почему выбор пал именно на дефрагментацию? Да потому что это приложение очень интенсивно использует жесткий диск в режиме копирования блоков информации, обеспечивает достаточную повторяемость результатов, дает наглядные результаты и используется практически каждым пользователем (конечно, здесь мы говорим о тех пользователях, которым не все равно, с какой скоростью работает их компьютеры).
Исследовать же влияние NCQ на скорость дефрагментации нас буквально заставили результаты, полученные нашими коллегами. Эти результаты показались нам настолько шокирующими, что нам тоже захотелось их получить. :)

Итак, что же такое - фрагментация…
В процессе работы файлы, записываемые на накопитель, зачастую располагаются не в подряд расположенных кластерах, а разносятся на несколько кусочков в разных частях пластины. Это происходит и при увеличении размера файла в процессе работы компьютера и при записи больших файлов на заполненный винчестер, когда на нем просто нет достаточного количества идущих подряд свободных кластеров. Чем чаще модифицируются файлы, тем больше растёт их фрагментация (т.е. файл дробится на большее количество «кусков»). Это приводит к тому, что чтение файла будет занимать всё большее время, потому что жёсткому диску придётся интенсивно двигать головками, собирая по всей площади пластин разрозненные куски файла. Чем больше фрагментов в файле, тем медленней работает наш компьютер. Наверное, каждый из нас хоть раз злился на то, как медленно подгружается уровень игры или запускается «тяжёлое» приложение вроде Adobe Photoshop.
Итак, фрагментация файлов – зло. А со злом надо беспощадно бороться, причём, лучше на его территории. :)

Главным оружием в борьбе с фрагментацией файлов служат программы-дефрагментаторы. Их довольно много, но суть их работы одна. В процессе анализа жесткого диска создается карта размещения файлов по кластерам, после чего осуществляется перемещение фрагментированных файлов на свободное пространство таким образом, чтобы весь файл оказался в последовательно расположенных кластерах.

В Windows XP дефрагментация диска осуществляется встроенной служебной программой, основанной на коммерческой версии Diskeeper компании Executive Software. Как и большинство сторонних утилит для дефрагментации, это приложение использует API компании Microsoft – набор команд FSCTL (более подробно можно прочитать здесь). В отличие от более ранних реализаций, например в Windows NT и Windows 2000, встроенная в Windows XP версия обеспечивает дефрагментацию MFT (master file table), а также работу с кластерами более 4КБ, которые получаются при форматировании встроенными средствами разделов более 4 ГБ. Это приложение оказалось настолько удачным, что без изменений перекочевало в новейшую на сегодня операционную систему от Microsoft – Windows Vista.
Необходимо отметить, что для полноценной дефрагментации компания Microsoft рекомендует иметь как минимум пятнадцать процентов свободного пространства на дефрагментируемых томах.

Целью нашего тестирования является проверка применимости дефрагментации данных в качестве теста производительности жёстких дисков и также исследование влияния поддержки диском технологии NCQ (Native Command Queuing) на время выполнения процедуры дефрагментации.

Методика тестирования

Прежде всего, нам нужно было подготовить «фронт работ». Для этого на разделе жёсткого диска (марка и цвет не имеют значение) объемом 32 ГБ и размером кластера 4 КБ, была создана сильно фрагментированная структура файлов общим объемом 23,83 ГБ . То есть диск был заполнен на три четверти.



Параметры раздела до дефрагментации:

Объем тома - 31,94 ГБ
Размер кластера - 4 КБ
Используемое пространство - 23,83 ГБ
Свободное пространство - 8,11 ГБ
Процент свободного пространства - 25 %
Общая фрагментированность - 30 %
Фрагментированность файлов - 61 %
Фрагментированность свободного пространства - 0 %
Всего файлов – 44593
Средний размер файла - 649 КБ
Всего фрагментированных файлов – 7050
Общее количество избыточных фрагментов - 22361

Данный раздел при помощи программы GetSmart посекторно переносился на исследуемые жесткие диски. Таким образом, мы обеспечивали полную идентичность данных, так как при посекторном копировании сохранялась исходная (полученная нами на диске-оригинале) картина размещения файлов внутри раздела.
После переноса данных диск-дубликат подключался к SATA-порту компьютера следующей конфигурации:

Intel Pentium 4 2.8ГГц
512МБ DDR 2 533МГц
ASUS P5WD Premium
Samsung SP0411N в качестве системного диска
Windows XP Professional SP2

На тестовом компьютере запускался скрипт для FC-Test следующего содержания:

Reboot
Pause 120
Comment beginning
System defrag d: -f
Comment end

Согласно этому сценарию, компьютер перезагружается, 120 секунд «дозагружает» в память всё необходимое для работы операционной системы, ставит временную метку, запускает встроенную в Windiws XP программу-дефрагментатор в режиме командной строки и, после окончания работы дефрагментатора, ставит вторую временную метку. Вычитая из второй метки первую, мы получаем время, которое потребовалось для дефрагментации данных на нашем исследуемом диске.

После дефрагментации карта диска выглядела уже намного лучше:

Идеал, как известно, бывает только в сказках, но по этим картинкам хорошо видно, насколько изменилось расположение файлов. Конечно, такой ужас, какой создали мы на тестовом диске, в компьютерах пользователей бывает не часто, но все же не забывайте о такой полезной функции как дефрагментация, особенно если вы часто устанавливаете новые программы и ваш диск заполнен более чем на 50%.
Для того чтобы исследовать влияние технологии NCQ на скорость дефрагментации, мы провели тесты как с активированной в BIOS материнской платы поддержкой AHCI, так и без неё. Также, мы постарались исследовать влияние объёма диска на скорость дефрагментации (диски большего объёма, теоретически, имеют больше шансов на победу, так как при фиксированном размере тестового раздела ширина рабочей зоны теста на них уже и головки перемещаются относительно «недалеко»). Ну и финальным аккордом нашего тестирования будет исследование влияния на скорость дефрагментации включения у жёсткого диска режима тихого поиска.

Участники тестирования

Естественно, что нам было интересно проверить поведение самых разных дисков, поэтому мы постарались обеспечить наиболее широкий спектр моделей Seagate в этом тестировании – от самых простых, объемом 250 ГБ, до 750ГБ монстра. Не забыли мы и про диски для серверов и рабочих станций, включив в обзор накопитель Barracuda ES ST3500630NS. От компании Samsung участвовала 500 ГБ модель на трех пластинах , от Hitachi – также 500-ка, от несуществующей уже компании Maxtor – лебединая песня в виде 500 ГБ 7H500F0. От компании Western Digital участие приняли как настольные накопители на 500ГБ, так и диски со скоростью вращения в 10000 об/мин старой и новой серии.

Сравнить характеристики участников вы можете, взглянув на табличку ниже:

Дефрагментация без включения поддержки NCQ

Сначала рассмотрим результаты тестов жестких дисков без включения поддержки NCQ – то есть с отключенным в BIOS режимом AHCI для накопителей. Для удобства все результаты представим в виде одной общей диаграммы. Хотелось бы ещё раз обратить внимание на то, что на всех дисках мы тестируем скорость дефрагментации раздела с одним и тем же объёмом – 32 ГБ. Если вы будете дефрагментировать диски по всему объему, то, конечно же, время процесса будет прямо пропорционально объему диска.


Ну что же, есть время разбрасывать камни, а есть время их собирать, то есть делать выводы по результатам. Пойдем по порядку.

Сразу о победителях и проигравших. Пальму первенства делят между собой новые модели WD на 10000 об/мин с повышенной плотностью записи – WD740ADFD и WD1500ADFD. Лучший результат среди моделей на 7200 об/мин показал Samsung HD501LJ, очень близко к нему стоит Seagate ST3500630AS.
Абсолютным аутсайдером, на удивление, стал первенец компании Western Digital со скоростью вращения 10000 об/мин – WD740GD первой ревизии. Обороты его не спасли, он затратил в 2 раза больше времени, чем все остальные диски. Очень плохо себя проявил Maxtor 7H500F0, плотность записи на пластину у которого гораздо ниже, чем у конкурентов, WD5000AAKS и ST3250820AS тоже не блеснули.

По результатам дисков Seagate хорошо видно, что количество пластин особого влияния не оказывает: жесткие диски одной серии с объёмом кэша 16 МБ на 250, 320 и 400 ГБ идут практически вровень. А вот вторую 250ГБ модель малый объем кэша (8 МБ) сразу отправил в группу отстающих– среди моделей на 7200 об/мин он выиграл только у Maxtor. Любопытно, что диск серверной серии ES ST35006630NS показал результат хуже, чем обычный. За надежность надо платить? А вот из 500ГБ дисков Western Digital наоборот, WD5000YS корпоративного класса RE2 выиграл у аналогичного диска настольной серии WD5000AAKS, причем разница составила 5,5%.

Дефрагментация с включением поддержки NCQ

Ну а теперь рассмотрим все диски еще раз, но уже с включенной поддержкой NCQ, то есть при активированной в BIOS материнской платы поддержке AHCI.


Картина почти не изменилась. Стоит отметить, пожалуй, только рывок накопителя Samsung, который при активации NCQ сумел опередить даже десятитысячники от WD!
Давайте сведем на одну диаграмму результаты дисков в двух предыдущих тестах, чтобы наглядно увидеть сколько каждый из дисков сумел выиграть (или проиграть) от активации NCQ:


Однако результаты несколько обескураживают.
О значительном выигрыше и говорить даже не приходится, наоборот тенденция такова, что большинство дисков показало с NCQ время хуже, чем без него. В числе тех немногих, кому эта технология дала хоть какой-то выигрыш, вошли лишь Hitachi HDT725050VLA360, Samsung HD501LJ и… WD740GD, в котором поддержка NCQ не заявлена как таковая. Все же остальные накопители проиграли по 10-30 секунд. Очень странный результат, именно при такой работе, в режиме копирования в пределах одного диска эта технология должна давать хорошие результаты.
Быть может, использованный нами дефрагментатор не порождает запросов к диску, которые могут быть поставлены в очередь? Как бы там ни было, мы выбрали дефрагментатор по принципу «максимального распространения», полагая что подавляющее большинство пользователей используют именно встроенные в Windows средства.

Тестирование "тихого" режима на дисках Hitachi

Дополнительно, мы решили проверить, насколько страдает скорость работы дисков Hitachi от активации на них "тихого" режим (quite seek mode) по сравнению со стандартным режимом. Сказано – сделано: еще раз копируем на диск HDT725050VLA360 тестовый раздел, при помощи IOMark изменяем режим и проверяем.


Да, падение скорости заметно невооруженным взгляд – оно составляет 5,8%. Но нельзя сказать, чтобы оно было очень уж заметным – те же 24 с небольшим минуты показывают все накопители Seagate без всяких тихих режимов. Так что если вы радетель за тишину – берите на заметку.

Выводы

Плотность записи и алгоритмы firmware – вот, пожалуй, основные параметры, от которых зависит время дефрагментации. Объем кэш-памяти и скорость вращения пластин, естественно, также оказывают свое влияние, но меньшей степени, поскольку подавляющее большинство продуктов на рынке пришло на текущий момент практически к одному знаменателю в виде 7200 об/мин и 16МБ кэша. При текущем минимальном выигрыше в цене, на диски с буфером 8МБ, право слово, обращать внимание не стоит, если только вы не ищете самый дешевый диск для офисного применения или длительного хранения данных, т.е. в случаях, когда ценовой фактор выходит на первое место.
Количество пластин, к нашему удивлению, практически не оказывает никакого влияния на время дефрагментации раздела.

По итогам тестирования лавровые венки победителей получают 500ГБ накопители Samsung HD501LJ, Seagate ST3500630AS и представители более серьезной и скоростной весовой категории Western Digital WD740ADFD и WD1500ADFD. Компании Seagate хотелось бы порекомендовать довести все диска до уровня лидера, а компании Western Digital еще обратить внимание на то, что ее диски находятся в стане аутсайдеров при дефрагментировании.

Удивил тот факт, что активация поддержки NCQ в большинстве случаев дала проигрыш по времени, пускай и незначительный. Мы обязательно постараемся к этому вопросу еще вернуться, а для этого нам понадобится и Ваша посильная помощь – нам нужно выбрать следующий дефрагментатор. Не сочтите за труд, черкните пару строк в нашу конференцию!

Если вы поклонник тихих компьютеров, то рекомендуем вам обратить внимание на диски Hitachi – ценой 5% падения скорости от них можно добиться значительного снижения уровня шума.