硬碟原理與IO吞吐量計算

2022-03-15 08:55:00 字數 2005 閱讀 6482

盤面

硬碟的碟片一般用鋁合金材料做基片,高速硬碟也可能用玻璃做基片。硬碟的每乙個碟片都有兩個盤面(side),即上、下盤面,一般每個盤面都會利用,都可以儲存資料,成為有效碟片,也有極個別的硬碟盤面數為單數。每乙個這樣的有效盤面都有乙個盤面號,按順序從上至下從「0」開始依次編號。在硬碟系統中,盤面號又叫磁頭號,因為每乙個有效盤面都有乙個對應的讀寫磁頭。

磁軌

磁碟在格式化時被劃分成許多同心圓,這些同心圓軌跡叫做磁軌(track)。磁軌從外向內從0開始順序編號。硬碟的每乙個盤面有300~1 024個磁軌,新式大容量硬碟每面的磁軌數更多。資訊以脈衝串的形式記錄在這些軌跡中,這些同心圓不是連續記錄資料,而是被劃分成一段段的圓弧,這些圓弧的角速度一樣。由於徑向長度不一樣。

所以,線速度也不一樣,外圈的線速度較內圈的線速度大,即同樣的轉速下,外圈在同樣時間段裡,劃過的圓弧長度要比內圈劃過的圓弧長度大。每段圓弧叫做乙個扇區,扇區從「1」開始編號,每個扇區中的資料作為乙個單元同時讀出或寫入。乙個標準的3。5寸硬碟盤面通常有幾百到幾千條磁軌。磁軌是「看」不見的,只是盤面上以特殊形式磁化了的一些磁化區,在磁碟格式化時就已規劃完畢。

柱面

所有盤面上的同一磁軌構成乙個圓柱,通常稱做柱面(cylinder),每個圓柱上的磁頭由上而下從「0」開始編號。資料的讀/寫按柱面進行,即磁頭讀/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。

電子切換相當快,比在機械上磁頭向鄰近磁軌移動快得多,所以,資料 的讀/寫按柱面進行,而不按盤面進行。也就是說,乙個磁軌寫滿資料後,就在同一柱面的下乙個盤面來寫,乙個柱面寫滿後,才移到下乙個扇區開始寫資料。讀數 據也按照這種方式進行,這樣就提高了硬碟 的讀/寫效率。

一塊硬碟驅動 器的圓柱數(或每個盤面的磁軌數)既取決於每條磁軌的寬窄(同樣,也與磁頭的大小有關),也取決於定位機構所決定的磁軌間步距的大小。

硬碟容量計算:磁頭數 * 每盤面磁軌數 * 每磁軌扇區數 * 每扇區位元組數(512b)

硬碟效能引數與高效io

因此讀取一次資料需要的時間等於:定位時間(平均延時2ms+尋道4ms)+資料傳送時間(要讀的資料/80k*ms)

io大小

定位時間(毫秒)

傳送時間(毫秒)8k6

0.11.6%

128k

61.6

21%512k

66.4

52%1m

612.8

68%2m

625.6

81%準則:資料傳送時間 > 5*定位時間;換句話說就是:資料傳輸效率大於80%

,否則大部分時間都用在「尋道定位」上顯然是不合算的。

(我們回想一下十年前的硬碟技術:容量大約是1.2gb;轉速大約在5400轉/分鐘;持續傳輸速率大約在10m每秒;平均尋道時間大約在15毫秒。)

硬碟的技術進步帶給持續傳輸速率好處要遠大於平均尋道時間的好處,因此差不多越高階的硬碟「io大小」要設定的越大才好。

raid 0,或者raid 10的stripe size計算公式:

raid的技術介紹:

raid條帶大小的另乙個計算公式為:(參見:oracle and raid usage

)條帶大小 = (0.25*平均定位時間*資料傳輸速率*(併發使用者數-1)*1.024)+0.5k

平均定位時間=(平均延時+平均尋道時間)  (milliseconds);資料傳輸速率單位為:megabyte/sec;1.024 = 1s/1000ms*1024k/1m (單位轉換因子)

舉例來說,磁碟尋道時間是6ms,傳輸速率80mb,且有20個併發使用者的條帶大小應該為:

(0.25*6*80*19*1.024)+0.5=2335.22k(差不多2m)

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