磁盤的讀寫原理

"數據庫系統的設計者巧妙利用了磁盤預讀原理,將一個節點的大小設爲等於一個頁,這樣每個節點只需要一次I/O就可以完全載入。爲了達到這個目的,在實際實現B-Tree還需要使用如下技巧:每次新建節點時,直接申請一個頁的空間,這樣就保證一個節點物理上也存儲在一個頁裏,加之計算機存儲分配都是按頁對齊的,就實現了一個node只需一次I/O。"

然後就不懂了頁是什麼意思,就看了這篇關於硬盤的超詳細解釋:http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7408047

下邊是我的一些摘錄,想大概看時就看這個,想看詳細的就看上邊這個啦。

對於頁的理解:

因爲說一個扇區512byte,就是0.5k,一頁是4K,那就是一頁是8個扇區的大小,大概就這樣理解吧。

我們知道信息存儲在硬盤裏,把它拆開也看不見裏面有任何東西,只有些盤片。假設,你用顯微鏡把盤片放大,會看見盤片表面凹凸不平,凸起的地方被磁化,凹的地方是沒有被磁化;凸起的地方代表數字1(磁化爲1),凹的地方代表數字0。因此硬盤可以以二進制來存儲表示文字、圖片等信息。

1、硬盤的組成

硬盤大家一定不會陌生,我們可以把它比喻成是我們電腦儲存數據和信息的大倉庫。一般說來,無論哪種硬盤,都是由盤片、磁頭、盤片主軸、控制電機、磁頭控制器、數據轉換器、接口、緩存等幾個部份組成。

平面圖

立體圖

所有的盤片都固定在一個旋轉軸上,這個軸即盤片主軸。而所有盤片之間是絕對平行的,在每個盤片的存儲面上都有一個磁頭,磁頭與盤片之間的距離比頭髮 絲的直徑還小。所有的磁頭連在一個磁頭控制器上,由磁頭控制器負責各個磁頭的運動。磁頭可沿盤片的半徑方向動作,(實際是斜切向運動),每個磁頭同一時刻也必須是同軸的,即從正上方向下看,所有磁頭任何時候都是重疊的(不過目前已經有多磁頭獨立技術,可不受此限制)。而盤片以每分鐘數千轉到上萬轉的速度在高速旋轉,這樣磁頭就能對盤片上的指定位置進行數據的讀寫操作。

由於硬盤是高精密設備,塵埃是其大敵,所以必須完全密封。

2、硬盤的工作原理

硬盤在邏輯上被劃分爲磁道、柱面以及扇區.

盤片被劃分成一系列同心環,圓心是盤片中心,每個同心環叫做一個磁道,所有半徑相同的磁道組成一個柱面。磁道被沿半徑線劃分成一個個小的段,每個段叫做一個扇區,每個扇區是磁盤的最小存儲單元。爲了簡單起見,我們下面假設磁盤只有一個盤片和一個磁頭。

當需要從磁盤讀取數據時,系統會將數據邏輯地址傳給磁盤,磁盤的控制電路按照尋址邏輯將邏輯地址翻譯成物理地址,即確定要讀的數據在哪個磁道,哪個扇區。 爲了讀取這個扇區的數據,需要將磁頭放到這個扇區上方,爲了實現這一點,磁頭需要移動對準相應磁道,這個過程叫做尋道,所耗費時間叫做尋道時間,然後磁盤 旋轉將目標扇區旋轉到磁頭下,這個過程耗費的時間叫做旋轉時間。

即一次訪盤請求(讀/寫)完成過程由三個動作組成:
1)尋道(時間):磁頭移動定位到指定磁道

2)旋轉延遲(時間):等待指定扇區從磁頭下旋轉經過
3)數據傳輸(時間):數據在磁盤與內存之間的實際傳輸

因此在磁盤上讀取扇區數據(一塊數據)所需時間:

  Ti/o=tseek +tla + n *twm

其中:

tseek 爲尋道時間

tla爲旋轉時間

twm 爲傳輸時間

3.局部性原理與磁盤預讀

由於存儲介質的特性,磁盤本身存取就比主存慢很多,再加上機械運動耗費,磁盤的存取速度往往是主存的幾百分分之一,因此爲了提高效率,要儘量減少磁 盤I/O。爲了達到這個目的,磁盤往往不是嚴格按需讀取,而是每次都會預讀,即使只需要一個字節,磁盤也會從這個位置開始,順序向後讀取一定長度的數據放 入內存。這樣做的理論依據是計算機科學中著名的局部性原理:

當一個數據被用到時,其附近的數據也通常會馬上被使用。

程序運行期間所需要的數據通常比較集中。

由於磁盤順序讀取的效率很高(不需要尋道時間,只需很少的旋轉時間),因此對於具有局部性的程序來說,預讀可以提高I/O效率。

預讀的長度一般爲頁(page)的整倍數。頁是計算機管理存儲器的邏輯塊,硬件及操作系統往往將主存和磁盤存儲區分割爲連續的大小相等的塊,每個存 儲塊稱爲一頁(在許多操作系統中,頁得大小通常爲4k),主存和磁盤以頁爲單位交換數據。當程序要讀取的數據不在主存中時,會觸發一個缺頁異常,此時系統 會向磁盤發出讀盤信號,磁盤會找到數據的起始位置並向後連續讀取一頁或幾頁載入內存中,然後異常返回,程序繼續運行。

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