NCQ (Native Command Queuing): definīcija, priekšrocības un darbības princips

Uzzini, kas ir NCQ — kā tas uzlabo SATA disku veiktspēju, priekšrocības, darbības princips un kad tas bremzē. Praktiski padomi un atbalsts.

Kas ir NCQ?

Native Command Queuing (NCQ) ir SATA cieto disku un krātuves kontrolleru funkcija, kas ļauj diskam iekšēji pārkārtot saņemtās lasīšanas un rakstīšanas komandas, lai samazinātu galviņas kustību un kopējo piekļuves laiku. Tas ir izstrādāts, lai uzlabotu veiktspēju tad, kad vienlaikus izpildās vairāki neatkarīgi I/O pieprasījumi — tipisks scenārijs serveros un daudzuzdevumu sistēmās. Tajā pašā laikā noteiktos vienpavediena vai secīgās piekļuves gadījumos NCQ var radīt papildu kavēšanos, kas nedaudz samazina veiktspēju (piem., dažas spēļu vai secīgas lasīšanas/rakstīšanas situācijas).

Kā NCQ darbojas

Normālā gadījumā komandas tiek apstrādātas saņemšanas secībā (FIFO). NCQ ļauj diskam saņemt līdz noteiktam skaitam sakārtotu komandu rindā un pēc tam iekšēji optimizēt to izpildes secību, izmantojot informāciju par fizisko atrašanās vietu uz diska un rotācijas stāvokli. Tā rezultātā samazinās nepieciešamā galviņas pārvietošanās attālums un kopējais meklēšanas laiks.

Praktiski NCQ izmanto komandu tag (identifikatorus), kas ļauj diskam atgriezt rezultātus ārpus sākotnējā secības, Zinot, kura komanda kura datu bloka apstrādā, sistēma var korekti savākt atbildes.

Atšķirība no PATA TCQ un SCSI TCQ

Pirms NCQ tika mēģināts izmantot paralēlā ATA TCQ risinājumu (tagged command queuing). ATA TCQ bija problemātisks, jo hosta pusei bija jāizmanto ISA stila pieejas, kas radīja lielu CPU noslodzi un maz zināmu ieguvumu — tas kavēja plašu adopciju.

NCQ atšķiras no PATA TCQ galvenokārt ar to, ka komandu pārkārtošanu veic pats disks (nevis operētājsistēma), un komandas tiek vienlīdzīgi apstrādātas. Tas ir efektīvāk, jo diskam ir precīzāka informācija par savu darbību raksturlielumiem un rotācijas pozīciju.

Rindas garums: SATA NCQ maksimāli paredzētais rindas garums ir 32 komandas (praksē lieto līdz 31). SCSI TCQ risinājumi parasti atbalsta lielākus rindas garumus (piemēram, līdz 256 komandām), kas ļauj SCSI ierīcēm izteiktāku daudzuzdevumu paralēlismu.

Priekšrocības un ierobežojumi

• Priekšrocības:
  • Samazina diska galviņas kustību un vidējo piekļuves laiku slodzēs ar paralēliem pieprasījumiem.
  • Uzlabota caurlaidība daudzuzdevumu vidēs (serveri, virtualizācija, datubāzes u.c.).
  • Var nedaudz samazināt mehānisko nolietojumu un enerģijas patēriņu, jo mazāk kustību nozīmē mazāku slodzi.
• Ierobežojumi:
  • Vienpavediena vai secīgos lasīšanas/rakstīšanas uzdevumos NCQ var palēnināt piekļuvi, jo komandu pārkārtošana pievieno papildu loģiku un latentumu.
  • SSD ierīcēm, kur nav galviņu un rotācijas laika, NCQ normas ietekme uz meklēšanas laiku ir cita: tomēr NCQ var palīdzēt paralelizēt I/O un uzlabot caurlaidību daudzkanālu slodzēs. SSD gadījumā biežāk izmanto citus komandu rindas mehānismus (piem., NVMe ar augstāku rindas dziļumu).
  • Atkarībā no draiveru un kontroliera implementācijas NCQ darbība var atšķirties, un dažos gadījumos ieguvumi būs minimāli.

NCQ atbalsts un ieslēgšana

Lai NCQ darbotos, jābūt atbalstam un iespējai gan SATA hosta kontrolierī (uzņēmējas kopnē), gan pašā cietajā diskā. Operētājsistēmā nepieciešams atbilstošs ierīces draiveris, kas spēj kontrolēt AHCI funkcijas un NCQ. Daudzi mūsdienu mikroshēmu komplekti atbalsta Advanced Host Controller Interface (AHCI), kas ļauj operētājsistēmas vispārējam AHCI draiverim iespējot NCQ bez ražotāja specifiskas programmatūras.

Operētājsistēmu piemēri:

• Linux: jaunāki kodoli atbalsta AHCI natively; var pārbaudīt ierīces iespējas ar utilītām, piemēram, hdparm -I /dev/sdX vai skatot /sys/block/sdX/device/queue_depth.
• Windows: Windows XP parasti prasa ražotāja specifisku draiveri pat tad, ja kontrolieris atbalsta AHCI. Windows Vista un vēlākas versijas iekļauj vispārīgu AHCI draiveri; mūsdienas Windows 10/11 arī nodrošina plašu AHCI atbalstu.

Pirms NCQ iespējošanas BIOS/UEFI iestatījumos bieži jāiestata SATA režīms uz AHCI (nevis IDE vai RAID), taču to vajadzētu darīt piesardzīgi — operētājsistēma, kas uzstādīta IDE režīmā, var nebootēt, ja vien neizmanto atbilstošu AHCI draiveri vai nav veikta nepieciešamā konfigurācija.

Kā pārbaudīt, vai NCQ ir ieslēgts

• Windows: pārbaudīt diska un kontrolleru informāciju Device Manager vai izmantojot ražotāja utilītu; žurnālos un draivera informācijā var redzēt NCQ/AHCI statusu.
• Linux: komandas piemēri — hdparm -I /dev/sdX (parāda, vai ierīce atbalsta komandu rindas), vai cat /sys/block/sdX/device/queue_depth (rāda rindas dziļumu), kā arī dmesg ziņojumi par AHCI/NCQ ierīcēm.

Modernas alternatīvas

Mūsdienu NVMe ierīces (SSD) izmanto savu komandu rindas un daudz augstākas rindas dziļuma iespējas (milzīgs paralēlisms, zema latentuma protokols), kas kopumā pārspēj SATA+NCQ risinājumu SSD veiktspējas ziņā. Tomēr SATA disku un daudzu SATA SSD vidē NCQ joprojām var sniegt labumu specifiskās daudzuzdevumu slodzēs.

Kopsavilkums

NCQ ir noderīga tehnoloģija, kas ļauj SATA diskam iekšēji optimizēt komandu izpildi, uzlabojot veiktspēju daudzuzdevumu slodzēs un samazinot mehānisko slodzi. Tomēr tās ietekme atkarīga no slodzes rakstura, disktehnoloģijas (HDD pret SSD), draiveru un kontroliera implementācijas. Modernās sistēmās AHCI atbalsts un pareizi draiveri nodrošina, ka NCQ var darboties automātiski, taču pirms ieslēgšanas un BIOS režīmu maiņas ieteicams pārbaudīt savas sistēmas saderību un veikt drošības kopijas.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir dzimtā komandu rinda?

J: Kā NCQ uzlabo veiktspēju?

J: Vai NCQ palēnina piekļuvi cietajam diskam noteiktās lietojumprogrammās?

J: Ar ko Native Command Queuing atšķiras no PATA TCQ?

J: Kādām aparatūras prasībām jāatbilst, lai NCQ būtu iespējots?

J: Vai operētājsistēmai Windows XP ir pieejams vispārējs AHCI atbalsts?

Meklēt pēc burta