磁碟結構簡介

今天在學習《鳥哥的linux私房菜》時，鳥哥講到了磁碟結構，看得我雲裡霧裡的。索性網上搜尋，看到一篇比較好的博文，主要是圖例比較精準，結合文字描述很快就搞明白了。

這裡講的主要是網上所謂的老式磁碟，它是由乙個個碟片組成的，我們先從個碟片結構講起。如圖1所示，圖中的一圈圈灰色同心圓為一條條磁軌，從圓心向外畫直線，可以將磁軌劃分為若干個弧段，每個磁軌上乙個弧段被稱之為乙個扇區（圖踐綠色部分）。扇區是磁碟的最小組成單元，通常是512位元組。

圖1 老式磁碟乙個碟片的結構

圖2展示了由乙個個碟片組成的磁碟立體結構，乙個碟片上下兩面都是可讀寫的，圖中藍色部分叫柱面（cylinder）。

圖2老式磁碟的整體結構

簡簡單介紹了磁碟結構後，下面我們將對磁碟的引數進行講解。磁碟的常見引數如下：

圖2中磁碟是乙個 3個圓盤6個磁頭，7個柱面（每個碟片7個磁軌） 的磁碟，圖2中每條磁軌有12個扇區，所以此磁碟的容量為6*7*12*512位元組。

即：儲存容量 ＝ 磁頭數 × 磁軌(柱面)數 × 每道扇區數 × 每扇區位元組數

下面講一下現代磁碟，在老式磁碟中，儘管磁軌周長不同，但每個磁軌上的扇區數是相等的，越往圓心扇區弧段越短，但其儲存密度越高。不過這種方式顯然比較浪費空間，因此現代磁碟則改為等密度結構，這意味著外圍磁軌上的扇區數量要大於內圈的磁軌，定址方式也改為以扇區為單位的線性定址。為了相容老式的3d定址方式，現代磁碟控制器中都有乙個位址翻譯器將 3d 定址引數翻譯為線性引數。

圖3 一張linux的分割槽表

如圖3所示，在linux中是以柱面為單位來分割槽的。這裡分割槽大小除以blocks數的值約1024說明，在磁碟上讀寫時的最小單位是1024位元組----這是我猜的。

磁碟結構

傳統的硬碟盤結構是像下圖樣子的，它有乙個或多個碟片，用於儲存資料，碟片多採用鋁合金材料；中間有乙個主軸，所有的碟片都繞著這個主軸轉動，乙個組合臂上面有多個磁頭臂，每個磁頭臂上面都有乙個磁頭，負責讀寫資料。

盤面硬碟一般有乙個或多個碟片，每個碟片可以有兩面，即第乙個碟片的正面為0面，反面為1面；第二個碟片的正面為2面…….依次類推。磁頭的編號也和盤面的編號是一樣的，因此有多少個盤面就有多少個磁頭。盤面正檢視如下圖，磁頭的傳動臂只能在碟片的內外磁軌之間移動。因此不管開機還是開機，磁頭總是在碟片上面。關機時，磁頭停在碟片上面，抖動容易劃傷盤面造成資料損失，為了避免這樣的情況，所以磁頭都是停留在起停區的，起停區是沒有資料的。

每個碟片的盤面被劃分成多個狹窄的同心圓環，資料就儲存在這樣的同心圓環上面，我們將這樣的圓環稱為磁軌(track)，每個盤面可以劃分多個磁軌。最外圈的磁軌是0號磁軌，向圓心增長依次為1磁軌、2磁軌……磁碟的資料存放就是從最外圈開始的。

扇區根據硬碟的規格不同，磁軌數可以從幾百到成千上萬不等。每個磁軌可以儲存數kb的資料，但是計算機不必要每次都讀寫這麼多資料。因此，再把每個磁軌劃分為若干個弧段，每個弧段就是乙個扇區(sector)。扇區是硬碟上儲存的物理單位，現在每個扇區可儲存512位元組資料已經成了業界的約定。也就是說，即使計算機只需要某乙個位元組的資料，但是也得把這個512個位元組的資料全部讀入記憶體，再選擇所需要的那個位元組。雖然扇區從裡面到外面面積越來越大，但是它們的容量是一樣的；貌似後來技術更加先進了，把外面的大面積扇區又劈成了更小的塊。��沒查抱歉。

柱面實際上就是我們抽象出來的乙個邏輯概念，簡單來說就是處於同乙個垂直區域的磁軌稱為柱面，即各盤面上面相同位置磁軌的集合。需要注意的是，磁碟讀寫資料是按柱面進行的，磁頭讀寫資料時首先在同一柱面內從0磁頭開始進行操作，依次向下在同一柱面的不同盤面(即磁頭上)進行操作，只有在同一柱面所有的磁頭全部讀寫完畢後磁頭才轉移到下一柱面。因為選取磁頭只需通過電子切換即可，而選取柱面則必須通過機械切換。資料的讀寫是按柱面進行的，而不是按盤面進行，所以把資料存到同乙個柱面是很有價值的。

讀寫資料過程

現代硬碟尋道都是採用chs(cylinder head sector)的方式，硬碟讀取資料時，讀寫磁頭沿徑向移動，移到要讀取的扇區所在磁軌的上方，這段時間稱為尋道時間(seek time)。因讀寫磁頭的起始位置與目標位置之間的距離不同，尋道時間也不同。磁頭到達指定磁軌後，然後通過碟片的旋轉，使得要讀取的扇區轉到讀寫磁頭的下方，這段時間稱為旋轉延遲時間(rotational latencytime)。然後再讀寫資料，讀寫資料也需要時間。

硬碟容量計算公式

硬碟容量=盤面數×柱面數×扇區數×512位元組

資料儲存在磁碟上的排列方式會影響i/o服務的效能，乙個圓環磁軌上有10個物理塊，10個資料記錄r1~r10存放在這個磁軌上，記錄的安排順序如下表所示：

物理塊123

4567

8910邏輯記錄

r1r2

r3r4

r5r6

r7r8

r9r10

假設磁碟的旋轉速度為20ms，磁碟當前處在r1的開頭處，若系統順序掃瞄後將資料放入單緩衝區內，處理資料的時間為4ms（然後再讀取下個記錄），則處理這10個記錄的最長時間是多少？

磁碟會一直朝某個方向旋轉，不會因為處理資料而停止。本題要求順序處理r1到r10，起始位置在r1，一周是20ms，共10個記錄，所以每個記錄的讀取時間為2ms。首先讀r1並處理r1，讀r1花2ms，讀好後磁碟處於r1的末尾或r2的開頭，此時處理r1，需要4ms，因為磁碟一直旋轉，所以r1處理好了後磁碟已經轉到r4的開始了，這時花的時間為2+4=6ms。這時候要處理r2，需要等待磁碟從r5一直轉到r2的開始才行，磁碟轉動不可反向，所以要經過8*2ms才能轉到r1的末尾，讀取r2需要2ms，再處理r2需要4ms，處理結束後磁碟已經轉到r5的開頭了，這時花的時間為2*8+2+4=22ms。等待磁碟再轉到r3又要8*2ms，加上r3自身2ms的讀取時間和4ms的處理時間，花的時間也為22ms，此時磁碟已經轉到r6的開頭了，寫到這裡，就可以看到規律了，讀取並處理後序記錄都為22ms，所以總時間為6+22*9=204ms。

1. 硬碟示意圖  2. 磁軌、扇區與柱面示意圖 

磁碟結構簡介

今天在學習 鳥哥的linux私房菜 時，鳥哥講到了磁碟結構，看得我雲裡霧裡的。索性網上搜尋，看到一篇比較好的博文，主要是圖例比較精準，結合文字描述很快就搞明白了。這裡講的主要是網上所謂的老式磁碟，它是由乙個個碟片組成的，我們先從個碟片結構講起。如圖1所示，圖中的一圈圈灰色同心圓為一條條磁軌，從圓心向...

磁碟結構簡介

今天在學習 鳥哥的linux私房菜 時，鳥哥講到了磁碟結構，看得我雲裡霧裡的。索性網上搜尋，看到一篇比較好的博文，主要是圖例比較精準，結合文字描述很快就搞明白了。這裡講的主要是網上所謂的老式磁碟，它是由乙個個碟片組成的，我們先從個碟片結構講起。如圖1所示，圖中的一圈圈灰色同心圓為一條條磁軌，從圓心向...

磁碟結構簡介

這裡講的主要是網上所謂的老式磁碟，它是由乙個個碟片組成的，我們先從個碟片結構講起。如圖1所示，圖中的一圈圈灰色同心圓為一條條磁軌，從圓心向外畫直線，可以將磁軌劃分為若干個弧段，每個磁軌上乙個弧段被稱之為乙個扇區 圖踐綠色部分 扇區是磁碟的最小組成單元，通常是512位元組。圖1 老式磁碟乙個碟片的結構...