硬盘基本概念以及磁盘的顺序读写与随机读写

时间：2020-04-24

作者：深圳道通存储技术有限公司

1.基本概念

(1)磁盘组合

盘片=2盘面

主轴

磁道

柱面

扇区

间隙

块

(2)磁头组合

磁头臂

磁头

磁头组合

2.细节

(1)磁道、扇区、读取速度的关系

一个盘面，从内到外有很多磁道，同一个磁道被划分为若干个扇区。

其中扇区之间有间隙隔开，间隙占磁道的10%空间。

同一个盘面上磁道上的数据密度相同，但是外侧磁道长度大于内侧磁道。

每一个扇区上的数据量是相同的(例如512字节)，所以外侧磁道扇区数大于内侧磁道。

由于盘面各个磁道角速度相同，但是线速度不同，所以外侧磁道理论上来说读取速度快于内侧磁道。

当然如果内外侧磁道采用不同密度，可以实现内外磁道读取速度相同，但是有两个缺点

①制造工艺更加复杂

②浪费外侧存储空间

当然为了实现特定的目的，需要内外磁道一致的读取速度，也有可能这样做。

(2)磁道、磁头、柱面

①磁头并不会与磁道接触，而是靠地很近，可以感应盘面的磁方向，改变磁方向。

②同一磁盘的所有磁头位于不同的盘面，但是相同的磁道，这些相同的磁道共同构成一个曲面，称为柱面。

(3)磁盘读取时间

①寻道时间，表示磁头在不同磁道之间移动的时间。

②旋转延迟，表示在磁道找到时，中轴带动盘面旋转到合适的扇区开头处。

③传输时间，表示盘面继续转动，实际读取数据的时间。

7200转/min，旋转一周需要8.33ms

寻道约10ms

所以整个磁盘读取时间在一个磁道上是10ms级的。

3.顺序读写和随机读写对于机械硬盘来说为什么性能差异巨大?

顺序读写=读取一个大文件

随机读写=读取多个小文件

顺序读写比随机读写快的原因

①顺序读写，主要时间花费在了传输时间，而这个时间两种读写可以认为是一样的。

随机读写，需要多次寻道和旋转延迟。而这个时间可能是传输时间的许多倍。

②顺序读写，磁盘会预读，预读即在读取的起始地址连续读取多个页面

(现在不需要的页面也读取了，这样以后用时就不用再读取，当一个页面用到时，大多数情况下，它周围的页面也会被用到)

而随机读写，因为数据没有在一起，将预读浪费掉了。

③另一个原因是文件系统的overhead。

读写一个文件之前，得一层层目录找到这个文件，以及做一堆属性、权限之类的检查。

写新文件时还要加上寻找磁盘可用空间的耗时。

对于小文件，这些时间消耗的占比就非常大了。

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