2010/02/28

記録面と速度の実際(移動時間から)

速度から一旦離れて、トラック間の移動時間から見てみる。同じものを別の角度から見るだけではあるが。

(このエントリは一続きのエントリの3/5)

3.1. トラック間の移動時間

HDDにアクセスする時間には、トラックのデータにアクセス中の時間と、トラック間を移動中の時間=シーク時間+サーチ時間(注)がある。

(注)サーチ時間は、あるトラックにシークした後に目的のセクターが回ってくるまでの時間。回転待ち時間、レイテンシ(rotational latency)とも呼ばれる。ただ、シーケンシャルアクセスの場合、シーク時間を見越してトラックの開始位置を前のトラックから少しずらしておくトラック・スキュー(シリンダ・スキュー)があるので、ほとんど影響はないかもしれない。

従来のシリンダの理解に従えば、同じシリンダのトラック間の移動であればシーク動作は必要ない(ヘッドの切り替えだけで足りる)。よって、同じ記録面を持つHDDでも、同じ量のデータにアクセスする場合、そのために移動するシリンダ数が少ない=記録面数が多い方が、トラック間の移動時間は全体的に短くなるはずである。

通常のシーケンシャルアクセスで計測できるのはトラック間の移動時間も含んだ維持転送速度であるが、Adaptive FormattingのHDDでは、線記録密度の違いによる、トラックにアクセス中の速度差もこれに入ってくる(むしろ支配的要因)。したがって、トラック間の移動時間の差を分離して計測するには、別のアプローチが必要になる。

3.2. HddRpmEst

一部で話題のHddRpmEstでは、トラック間の移動中にデータ転送が途切れることに着目してトラック一周にかかる時間を計測する、ユニークなアプローチをとっているらしい。

本来の目的はこれからHDDの回転数を推測することだが、副次的にバースト転送速度と維持転送速度を知ることができる(あくまで目的外使用)。なお、このソフトでいうバースト転送速度はトラック間の移動時間を含まない速度という意味で、よく使われる意味(注)とは違う。

(注)記録面にアクセスする時間に縛られない、キャッシュにヒットした場合のような速度で、ストレージのインターフェイスの能力を確認するようなときに見るもの。

したがって、トラック当たり容量をQ(MB)、トラック一周にアクセスする時間をt1(sec)、トラック間の移動時間をt2(sec)とすると、バースト転送速度と維持転送速度は以下のように表せる。

バースト転送速度(MB/sec)=Q÷t1
維持転送速度(MB/sec)=Q÷{t1+t2}

これらの式を変形すると、以下のようにできる。

t2=t1×{バースト転送速度÷維持転送速度-1}

ちなみに、t1は回転数(回転/sec)の逆数で決まる。5400RPMのHDDであれば、5400(回転/min)÷60=90(回転/sec)なので、t1=1÷90≒0.0111(sec)=11.1(msec)となる。

3.3. 実際の計測

12台のHDDをHddRpmEst 0.1.5で計測し、これに従って計算したのが以下。参考までに、生の結果を最後に付ける。

HddRpmEstの結果HddRpmEstの
結果から計算
回転数
(推定)
(RPM)
転送速度(平均)
(MB/s)
トラック
一周時間
(msec)
トラック間
移動時間
(平均)
(msec)
外周内周
sustainedburstsustainedburst外周内周
5K500.B-500a539989.1103.142.248.811.111.751.74
5K500.B-500b540083.196.141.047.511.111.741.76
5K500.B-120540083.095.838.344.211.111.711.71
5400.5-320a5040
あやしい
60.762.930.732.111.900.430.54
5400.5-320b4994
あやしい
59.861.730.231.512.010.380.52
MK3263GSX539775.789.235.341.611.121.981.98
WD2500BEVS539556.263.829.533.511.121.501.51
5400.3PSD539147.354.523.727.211.131.691.64
80GN-80420928.231.114.716.214.261.471.45
4K120-40426130.033.414.115.714.081.601.60
C4K60-60420923.525.912.213.414.261.461.40
C4K60-30420123.525.812.213.414.281.401.40

「あやしい」と表示される5400.5-320を除き、他のHDDでは回転数は公称スペックとほぼ同じ結果が出ている(一番古い4K120は公称スペックよりやや高いが)。

トラック間の移動時間(平均)については、
  • 5K500.Bの3台を見ると、記録面が4つの5K500.B-500の方が記録面が1つの5K500.B-120より短いということはなく、むしろわずかに長い。

  • C4K60の2台を見ても、記録面が4つのC4K60-60と記録面が2つのC4K60-30はほぼ同じ。C4K60は速度の計測結果から見てFixed Formattingなので、従来の理解が当てはまってもおかしくないのだが。
いずれも記録面数が多い方がトラック間の移動時間が短くなるという現象は見られない。

3.4. 補足

記録面の仮説に従えば、5K500.B-500bの場合、1つの記録面を連続して移動する長さは93MBになる。これはゾーン0のトラック当たり容量から、72~95本のトラックに相当する。

よって、シーケンシャルアクセスの際には、72~95回のトラック間の移動のうち1回の割合で記録面間の移動を伴うものが入る。これは全体の0.8~1%に過ぎないので、記録面間の移動を伴う場合は多少時間が違ったとしても、移動時間の平均にはほとんど影響を与えないことになる。

むしろHD Tune Proのグラフでは記録面の変わり目に小さな谷が見られることがあるので、同じ記録面の隣接トラックへの移動より時間がかかっているようにも見える。ただ、これは計測上のノイズ的なものと判別が難しいので、保留。

次に先頭以外の部分について見てみる。

(HddRpmEst 0.1.5の生の結果)
====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : Hitachi HTS545050B9A     090228PB4400Q7G3687A
回転数(推定)     : 5399 rpm
平均アクセスタイム  : 18.3 msec
同上(先頭10%の領域)  : 12.1 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  91.0 MB/s / burst 105.1 MB/s =  86.6 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  89.1 MB/s / burst 103.1 MB/s =  86.4 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  42.2 MB/s / burst  48.8 MB/s =  86.5 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  41.5 MB/s / burst  47.9 MB/s =  86.6 %
内外周比(平均,最大小) :  47.4 %, 45.6 %  /    47.3 %, 45.6 %
備考         : 外[29/29,v0.07,a0.99]内[14/14,v0.08,a0.98]
------------------------------------------------------------------------------

====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : Hitachi HTS545050B9A     091223PB4400Q7HSA7XG
回転数(推定)     : 5400 rpm
平均アクセスタイム  : 18.5 msec
同上(先頭10%の領域)  : 12.1 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  84.0 MB/s / burst  97.1 MB/s =  86.5 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  83.1 MB/s / burst  96.1 MB/s =  86.5 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  41.0 MB/s / burst  47.5 MB/s =  86.3 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  40.3 MB/s / burst  46.6 MB/s =  86.5 %
内外周比(平均,最大小) :  49.3 %, 48.0 %  /    49.4 %, 48.0 %
備考         : 外[28/28,v0.05,a1.00]内[14/14,v0.11,a0.98]
------------------------------------------------------------------------------

====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : Hitachi HTS545012B9S     090630PB0A00QMGTWNDB
回転数(推定)     : 5400 rpm
平均アクセスタイム  : 20.3 msec
同上(先頭10%の領域)  : 12.8 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  83.0 MB/s / burst  95.9 MB/s =  86.5 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  83.0 MB/s / burst  95.8 MB/s =  86.6 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  38.3 MB/s / burst  44.2 MB/s =  86.7 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  38.3 MB/s / burst  44.2 MB/s =  86.7 %
内外周比(平均,最大小) :  46.1 %, 46.1 %  /    46.1 %, 46.1 %
備考         : 外[28/28,v0.03,a1.00]内[13/13,v0.06,a1.00]
------------------------------------------------------------------------------

====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : ST9320320AS              5SX0DNRT
回転数(推定)     : 5040 rpm あやしい
平均アクセスタイム  : 21.5 msec
同上(先頭10%の領域)  : 10.5 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  69.9 MB/s / burst  72.6 MB/s =  96.3 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  60.7 MB/s / burst  62.9 MB/s =  96.5 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  30.7 MB/s / burst  32.1 MB/s =  95.6 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  24.9 MB/s / burst  26.1 MB/s =  95.4 %
内外周比(平均,最大小) :  50.6 %, 35.6 %  /    51.0 %, 36.0 %
備考         : 外[24/24,v10.23,a0.45]内[12/12,v1.79,a0.69]
------------------------------------------------------------------------------

====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : ST9320320AS              5SX08F2X
回転数(推定)     : 4994 rpm あやしい
平均アクセスタイム  : 22.2 msec
同上(先頭10%の領域)  : 10.7 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  69.3 MB/s / burst  72.1 MB/s =  96.1 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  59.8 MB/s / burst  61.7 MB/s =  96.9 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  30.2 MB/s / burst  31.5 MB/s =  95.9 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  24.9 MB/s / burst  26.0 MB/s =  95.8 %
内外周比(平均,最大小) :  50.5 %, 35.9 %  /    51.1 %, 36.1 %
備考         : 外[24/24,v14.24,a0.35]内[11/11,v2.47,a0.74]
------------------------------------------------------------------------------

====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : TOSHIBA MK3263GSX        99ONT5ZGT
回転数(推定)     : 5397 rpm
平均アクセスタイム  : 18.2 msec
同上(先頭10%の領域)  : 12.5 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  76.9 MB/s / burst  90.6 MB/s =  84.9 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  75.7 MB/s / burst  89.2 MB/s =  84.9 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  35.3 MB/s / burst  41.6 MB/s =  84.9 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  34.9 MB/s / burst  41.2 MB/s =  84.7 %
内外周比(平均,最大小) :  46.6 %, 45.4 %  /    46.6 %, 45.5 %
備考         : 外[26/26,v0.20,a0.95]内[12/12,v0.22,a0.97]
------------------------------------------------------------------------------

====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : WDC WD2500BEVS-08UST     WD-WXC608276250
回転数(推定)     : 5395 rpm
平均アクセスタイム  : 17.5 msec
同上(先頭10%の領域)  : 11.6 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  59.2 MB/s / burst  66.9 MB/s =  88.5 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  56.2 MB/s / burst  63.8 MB/s =  88.1 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  29.5 MB/s / burst  33.5 MB/s =  88.1 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  28.8 MB/s / burst  32.7 MB/s =  88.1 %
内外周比(平均,最大小) :  52.5 %, 48.6 %  /    52.5 %, 48.9 %
備考         : 外[19/19,v1.25,a0.97]内[10/10,v0.11,a0.97]
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====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : ST91608220AS             5MA58N6C
回転数(推定)     : 5391 rpm
平均アクセスタイム  : 15.2 msec
同上(先頭10%の領域)  : 10.8 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  48.6 MB/s / burst  55.7 MB/s =  87.3 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  47.3 MB/s / burst  54.5 MB/s =  86.8 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  23.7 MB/s / burst  27.2 MB/s =  87.1 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  23.4 MB/s / burst  27.0 MB/s =  86.7 %
内外周比(平均,最大小) :  50.1 %, 48.1 %  /    49.9 %, 48.5 %
備考         : 外[16/16,v0.17,a0.99]内[8/8,v0.38,a0.97]
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====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : IC25N080ATMR04-0
回転数(推定)     : 4209 rpm
平均アクセスタイム  : 18.1 msec
同上(先頭10%の領域)  : 13.6 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  30.2 MB/s / burst  33.2 MB/s =  91.0 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  28.2 MB/s / burst  31.1 MB/s =  90.7 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  14.7 MB/s / burst  16.2 MB/s =  90.7 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  14.4 MB/s / burst  15.8 MB/s =  91.1 %
内外周比(平均,最大小) :  52.1 %, 47.7 %  /    52.1 %, 47.6 %
備考         : 外[10/10,v0.11,a0.94]内[4/4,v0.12,a0.96]
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====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : HTS421240H9AT00
回転数(推定)     : 4261 rpm
平均アクセスタイム  : 19.7 msec
同上(先頭10%の領域)  : 13.1 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  30.3 MB/s / burst  33.4 MB/s =  90.7 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  30.0 MB/s / burst  33.4 MB/s =  89.8 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  14.1 MB/s / burst  15.7 MB/s =  89.8 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  14.1 MB/s / burst  15.7 MB/s =  89.8 %
内外周比(平均,最大小) :  47.0 %, 46.5 %  /    47.0 %, 47.0 %
備考         : 外[11/11,v0.06,a1.00]内[4/4,v0.08,a1.00]
------------------------------------------------------------------------------

====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : HTC426060G9AT00
回転数(推定)     : 4209 rpm
平均アクセスタイム  : 20.4 msec
同上(先頭10%の領域)  : 14.8 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  23.6 MB/s / burst  25.9 MB/s =  91.1 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  23.5 MB/s / burst  25.9 MB/s =  90.7 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  12.2 MB/s / burst  13.4 MB/s =  91.0 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  12.2 MB/s / burst  13.4 MB/s =  91.0 %
内外周比(平均,最大小) :  51.9 %, 51.7 %  /    51.7 %, 51.7 %
備考         : 外[8/8,v0.11,a1.00]内[4/4,v0.12,a1.00]
------------------------------------------------------------------------------

====== HddRpmEst v0.1.5 === 結果レポート =====================================
対象 HDD       : HTC426030G7AT00
回転数(推定)     : 4201 rpm
平均アクセスタイム  : 20.6 msec
同上(先頭10%の領域)  : 15.4 msec
転送速度(外周,最大)  : sustained  23.5 MB/s / burst  25.8 MB/s =  91.1 %
転送速度(外周,平均)  : sustained  23.5 MB/s / burst  25.8 MB/s =  91.1 %
転送速度(内周,平均)  : sustained  12.2 MB/s / burst  13.4 MB/s =  91.0 %
転送速度(内周,最小)  : sustained  12.2 MB/s / burst  13.4 MB/s =  91.0 %
内外周比(平均,最大小) :  51.9 %, 51.9 %  /    51.9 %, 51.9 %
備考         : 外[8/8,v0.06,a1.00]内[4/4,v0.08,a1.00]
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