硬件设备——磁盘相关

摘要: 本文简单介绍了磁盘组成、分区表、磁盘访问时间组成以及磁盘读写方式，作为对计算机基础知识的一个简单了解。

磁盘

磁盘的组成

本节摘自《鸟哥Linux私房菜》

磁盘的组成：主要由盘片、机械手臂、磁头、与主轴马达所组成。而数据的写入其实是在盘片上面。盘片上面又可细分出扇区（Sector）与柱面（Cylinder）两种单位，其中扇区每个为512bytes那么大。假设磁盘只有一个盘片，那么盘片如图所示：



那么是否每个扇区都一样重要呢？其实整块磁盘的第一个扇区特别重要，因为它记录了整块磁盘的重要信息。磁盘的第一个扇区主要记录了两个重要的信息，分别是：

MBR（Master Boot Record ）主引导分区：可以安装引导加载程序的地方，有446bytes。

分区表（partition table）：记录整块硬盘分区的状态，有64bytes。

MBR是很重要的，因为当系统在开机的时候会主动去读取这个区块的内容，这样系统才会知道你的程序放在哪里且该如何进行开机。如果你要安装多重引导的系统，MBR这个区块的管理就非常重要了！
那么分区表又是什么？其实你刚才拿到的整块硬盘就像一根原木，你必须要在这根原木上面切割出你想要的区段，这个区段才能够再制作成为你想要的家具。如果没有进行切割，那么原木就不能被有效地使用。同样道理，你必须要针对你的硬盘进行分区，这样硬盘才可以被你使用。

磁盘分区表

本节摘自《鸟哥Linux私房菜》

但是硬盘总不能真的拿锯子来切割吧？那硬盘还真的是会坏掉去。那怎么办？在前一小节的图示中，我们有看到"开始与结束柱面"吧？那是文件系统的最小单位，也就是分区的最小单位。我们就是利用参考柱面号码的方式来处理。在分区表所在的64bytes容量中，总共分为四组记录区，每组记录区记录了该区段的启始与结束的柱面号码。若将硬盘以长条形来看，然后将柱面以柱形图来看，那么那64bytes的记录区段如图：



假设上面的硬盘设备文件名为/dev/hda时，那么这四个分区在Linux系统中的设备文件名如下所示，重点在于文件名后面会再接一个数字，这个数字与该分区所在的位置有关。
P1:/dev/hda1

P2:/dev/hda2

P3:/dev/hda3

P4:/dev/hda4

上图中我们假设硬盘只有400个柱面，共分区成为四个分区，第四个分区所在为第301到400号柱面的范围。当你的操作系统为Windows时，那么第一到第四个分区的代号应该就是C, D, E, F。当你有数据要写入F盘时，你的数据会被写入这块磁盘的301～400号柱面之间。

由于分区表就只有64bytes而已，最多只能容纳四个分区，这四个分区被称为主（Primary）或扩展（Extended）分区。根据上面的图示与说明，我们可以得到几个重点信息：

其实所谓的"分区"只是针对那个64bytes的分区表进行设置而已。

硬盘默认的分区表仅能写入四组分区信息。

这四组分区信息我们称为主（Primary）或扩展（Extended）分区。

分区的最小单位为柱面（cylinder）。

当系统要写入磁盘时，一定会参考磁盘分区表，才能针对某个分区进行数据的处理。

磁盘访问时间组成

寻道时间：启动磁臂的时间s与磁头移动n条磁道所花费的时间之和 t1=m*n+s（一般磁盘，m=0.2，高速磁盘，m<=0.1）

旋转延迟时间：是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间t2

传输时间：指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间若每次读/写的字节数为b，磁盘每秒钟的转速为r，一条磁道上的字节数为N 。t3=b/(rN)

磁盘读写方式

磁盘读写方式：顺序读写、随机读写。

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，原因：

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。

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。

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。