Hardware para sistemas GNU/Linux - Dicas de Desempenho - Parte 1

Colaboração: Rubens Queiroz de Almeida

Data de Publicação: 09 de agosto de 2010

Este texto foi traduzido e adaptado a partir de trechos selecionados do original em inglês, de autoria de Eric Raymond, publicado no site Linux.org, no documento The Unix Hardware Buyer HOWTO, parte 4, What To Optimize.

Memória

Instale o máximo de memória que puder. Ter muita memória livre irá melhorar o desempenho da memória virtual (e sistemas Linux usam a memória extra mais efetivamente do que sistemas Windows). Felizmente, com o preço baixo da memória hoje em dia, um gigabyte ou três não irá estourar o seu orçamento, mesmo que você esteja economizando.

Barramentos e velocidade dos discos

A maior parte das pessoas pensam que o processador é a escolha mais importante na especificação de um computador pessoal. Mas para as tarefas típicas executadas em sistemas GNU/Linux, o tipo de processador é algo secundário - é muito mais importante especificar convenientemente o tipo de barramento do sistema e o subsistema de I/O. Se você duvida, você poderá aprender muito mantendo o comando top executando enquanto usa seu computador. Observe quão raramente o percentual ocioso da CPU fica abaixo de 90%.

É verdade que depois que é feita uma atualização da placa mãe se nota um aumento do rendimento geral do sistema. Mas isto ocorre devido às outras mudanças que ocorrem juntamente com a atualização do processador, como o cache de memória aperfeiçoado ou um aumento na velocidade de clock do barramento posterior (permitindo que os dados entrem e saiam do processador mais rapidamente).

Se você estiver adquirindo um novo sistema GNU/Linux e não tem muitos recursos, faz mais sentido trocar alguns clocks de processamento excedentes por um barramento e um subsistema de discos mais rápidos. Se você estiver construindo uma máquina monstruosa, siga em frente e adquira o processador mais veloz que puder - mas uma vez que você supere este desejo obstinado por números grandes, preste muita atenção na velocidade do barramento e do subsistema de discos, porque é aqui que você conseguirá os ganhos de desempenho reais. A distância entre a velocidade do processador e a capacidade do subsistema de I/O só cresceu nos últimos cinco anos.

Como isto se traduz em uma receita? Assim; se você estiver construindo uma máquina monstruosa:

• Compre uma máquina com o barramento dianteiro (processador para memória) mais rápido que existir.
• Compre uma máquina com uma controladora SCSI de alta velocidade e os discos SCSI mais rápidos que você conseguir obter.

Se você estiver economizando, não precisa se preocupar com isto. Mas ao trocar a tecnologia SCSI por SATA, sua confiabilidade (tempo estimado antes da falha) irá cair. Falaremos mais sobre isto na próxima seção.

A guerra dos discos: SATA vs SCSI

Ao procurar pelos discos mais rápidos do mercado, preste bastante atenção nos tempos médios de busca (average seek) e tempo de latência (latency time). O primeiro é o tempo médio requerido para localizar qualquer trilha; o último é o tempo máximo requerido para que qualquer setor em uma trilha seja posicionado sob as cabeças de leitura e gravação, e ambos são uma função da velocidade de rotação do disco.

Destes, o tempo médio de busca é muito mais importante. Ao rodar sistemas GNU/Linux ou qualquer outro sistema que utilize memória virtual, um milissegundo a menos pode fazer uma diferença substancial no rendimento do sistema. Voltando ao tempo em que os processadores de PCs eram lentos o suficiente para que fosse possível fazer uma comparação (e eu estava executando o System V Unix), um incremento de 30 MHz na velocidade do processador era um grande ganho. Hoje, o número equivalente seria algo como 300 MHz.

Os próprios fabricantes evitam aumentar o tempo de busca (seek time) nos sistemas de maior velocidade acrescentando pratos verticalmente ao invés de aumentar o seu tamanho. Assim, o tempo de busca (que é proporcional ao raio do prato e à velocidade de movimento das cabeças) tende a ser constante através das diferentes capacidades de armazenamento de uma mesma linha de produto. Isto é bom, pois significa que você não precisa se preocupar com questões relativas à capacidade do disco e velocidade.

Discos com menos de 40 GB de capacidade simplesmente não são mais fabricados; não existe margem de ganho neles. Nossos espiões nos dizem que todos os maiores fabricantes de discos reaparelharam suas linhas algum tempo atrás para produzir pratos de 9 GB, que são empilhados à razão de 2N por eixo para produzir incrementos de capacidade de aproximadamente 18 GB.

A latência média é inversamente proporcional à velocidade rotacional do disco. Por muitos anos, a maior parte dos discos rodava a 3.600 rpm; hoje a maior parte dos discos roda a 7.200 ou 10.000 rpm, e os discos mais velozes rodam a 15.000 rpm. Estes discos rápidos ficam extremamente quentes; resfriamento está se tornando uma restrição crítica no projeto destes dispositivos.

Outra decisão básica a ser tomada é escolher discos SATA ou SCSI (os barramentos IDE e EIDE estão obsoletos). O custo de ambos os discos é o mesmo, mas a vantagem de uma placa SCSI varia, parcialmente devido às diferenças de preço entre placas VLB e PCI SCSI e principalmente porque muitos vendedores de placas mãe embutem o chipset SATA direto na placa do sistema. A tecnologia SCSI lhe oferece maior velocidade e rendimento, e sobrecarrega menos o processador, um ganho para discos maiores e algo importante a ser considerado em ambientes multi-usuários; adicionalmente, é mais expansível. Você pode ter no máximo quatro dispositivos SATA em uma controladora. Controladoras SCSI permitem até 7 dispositivos (15 para wide scsi).

Admitimos, a vantagem do SCSI diminuiu um pouco desde 2001; a nova geração de discos SATA é muito rápida, e as controladoras normalmente possuem um canal por dispositivo e DMA (Direct Memory Access), de modo que alguns dos problemas de contenção encontrados em ambientes multi-usuário que congestionavam sistemas IDE diminuiram. Com velocidades de 10.000 RPM e abaixo, o SATA é hoje tão bom quanto o SCSI (uma admissão dolorosa para alguém que odeia IDE há muito tempo, como eu), mas em velocidades de 15.000 RPM ou superiores, a tecnologia SCSI ainda reina.

É claro, SATA é mais barato. Muitas placas mãe já possuem suporte nativo à tecnologia SATA; se não possuirem, você pagará algo em torno de U$ 15 por uma placa, em oposição aos U$ 200 ou mais que precisará desembolsar por uma controladora SCSI topo de linha. Da mesma forma, a qualidade dos cabos SCSI baratos que a maior parte dos fabricantes distribui junto com seus discos pode ser escabrosa. Você tem que usar cabos de alta classe, caros, para obter bons resultados de forma consistente.