前言
本系列磁盘管理，本周在学习磁盘管理的知识。本系列准备将磁盘以及文件系统都整理一遍。因为本渣渣不是计算机专业毕业的，所以最近在学习基础的计算机知识，如有不对的，望指正。
以下主要介绍机械式硬盘
硬盘分类
固态硬盘(SSD) 采用闪存颗粒来存储
机械硬盘(HDD) 采用磁性碟片来存储
机械式硬盘基础概念
- 盘片和盘面 platter 硬盘中一般会有多个盘片组成，一个盘片有两个盘面，每个盘面都有对应的一个读/写磁头。，一般一个硬盘盘片在5片内，盘面编号自下向上从0开始，最大可以有255，表示总共256个盘面
- 磁头 head 有几个磁头就有几个盘面，所以磁头数和盘面数一样
- 磁道 track 盘面中一圈圈的同心圆为一条条磁道
- 柱面 cylinder 每个盘面的相同磁道叠加起来，看起来像一个柱体。从0开始编号，最大1023，表示总共1024个磁道
- 扇区 sector 每个磁道可以划分若干段，每一段称为一个扇区，扇区是磁盘最小存储单位，一般每个扇区存储512个字节数据，从1开始编号，最大63，表示63个扇区(ps：第0扇区是存放MBR的)
![扇区和磁道]()
- 盘面中一圈圈灰色同心圆为一条条磁道，图中一个个灰色的同心圆部分
- 从同心圆向外画直线，将磁道划分为若干个弧段，每个磁道上的一个弧段称为一个扇区，图中绿色部分
![磁头和柱面]()
- 每个盘面都被划分为数目相等的磁道，从外援的’0’开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称为磁盘的柱面
- 磁盘的柱面数与一个盘面的磁道数是相等的
- 由于每个盘面都有自己的磁头，因此盘面数等于总的磁头数
磁盘容量计算
扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本参数
存储容量 = 每个扇区字节数×每个磁道的扇区数×磁道数×磁头数
上图 算每个扇区的字节数为512字节，每个磁道划分12个扇区，每个盘面上有7个磁道，三个盘面(6个磁头数)
存储容量 512×12×7×6 = 258048
每个磁道的扇区数一样？
老的硬盘，外圈的密度小，内圈的密度大，每圈可存储的数据量是一样的，外围的扇区明显比内圈的扇区要宽，这就浪费了很多磁道长度
有了多多区记录技术，外围的磁道就可以划分为更多的扇区，新的磁盘数据的密度都一致，这样磁道的周长越长，扇区就越多，存储的数据量就越大
因此现在这里说的每个磁道扇区数一样是整个盘面平均算的
磁盘读取响应时间
如果要读取某个位置(盘面，磁道，扇区)的内容，首先，磁臂要移动磁头到响应的磁道位置，以及对应的盘面，这就是寻道时间。
但是这时，你的数据不一定当好就在这时的扇区，所以你得等，等转到所要读取的扇区后在进行数据读取，这要靠硬盘的转速
- 寻道时间: 磁头从开始移动到数据所在磁道所需要的时间，寻道时间越短，I/O操作越快，目前磁盘的平均寻道时间一般在3－15ms，一般都在10ms左右。
- 旋转延迟: 盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间，旋转延迟取决于磁盘转速。
笔记本的硬盘 5400转/分
台式机的硬盘 7200转/分 - 数据传输时间: 完成传输所请求的数据所需要的时间。
小结一下：从上面的指标来看、其实最重要的、或者说、我们最关心的应该只有两个：寻道时间；旋转延迟。
cpu读写过程
cpu要从磁盘读入一份数据的过程
-
cpu发送一条指令，读取数据
这条指令通过系统总线，桥间总线，PCI总线传递到磁盘控制器。控制器收到指令后明白这次是一次读请求，且读完了是否要中断的信息。做好准备工作，等待读取数据 -
cpu 再发送一条指令，读入内存地址
这条指令还是通过一系列总线发给磁盘控制器之后，磁盘控制器就开始忙活，找到逻辑块对应的物理块地址，查找，寻道等工作，就开始读取数据 -
cpu再发送一条指令说读取内存的地址
当收到这条指令后，cpu就不管了，他告诉一个叫DMA的总线，说接下来就靠你了。DMA设备会接管总线，负责将磁盘数据通过PCI总线，桥间总线，内存总线同步到内存指定位置
注:对于磁盘控制器式如何管理各个磁盘的，在之后篇幅进行描述
读写过程
cpu要从磁盘读入一份数据的过程
- cpu发送一条指令，读取数据
这条指令通过系统总线，桥间总线，PCI总线传递到磁盘控制器。控制器收到指令后明白这次是一次读请求，且读完了是否要中断的信息。做好准备工作，等待读取数据 - cpu 再发送一条指令，读入内存地址
这条指令还是通过一系列总线发给磁盘控制器之后，磁盘控制器就开始忙活，找到逻辑块对应的物理块地址，查找，寻道等工作，就开始读取数据 - cpu再发送一条指令说读取内存的地址
当收到这条指令后，cpu就不管了，他告诉一个叫DMA的总线，说接下来就靠你了。DMA设备会接管总线，负责将磁盘数据通过PCI总线，桥间总线，内存总线同步到内存指定位置
注:对于磁盘控制器式如何管理各个磁盘的，在之后篇幅进行描述
数据的读写过程
读写过程分两头，一头将数据从各个盘面中读取出来，一头将数据送给计算机
1.从盘面中读取数据
在磁盘中，顺序读取会比随机读取快很多。如果我们按顺序遍历磁盘的数据，那么读取顺序是这样的：
1.读取0盘面的0磁道(最下面的盘面的最外磁道)，等盘面旋转完一圈后，这个磁道被读取完毕
2.切换到第二个盘面，读第二块盘面的最外面一个磁道，以此类推。
3.磁臂在向内移动一个磁道，重复刚刚过程，直到读到最里面的磁道
注：由于磁臂的移动要比盘面的切换要慢的多(一个是机械切换，一个是电子切换)，所以为了减少磁臂的移动。如上的顺序读取是，先读取一个柱面，再读取下一个磁道
磁臂移动速度慢，刚刚是按顺序读取的时候，但往往在真实情况下，会有大量的随机访问的情况下，就需要考虑磁臂调度算法。例如RSS，FIFO，PRI，SSTF，SCAN/LOOK等
2.将数据送给计算机
从磁盘中读取到数据，接下来我们磁盘通过什么样的接口跟计算机做交互？这个接口也叫磁盘管理协议
磁盘管理协议的定义又分成两部分：软件和硬件。其中软件是指指令级，目前指令级就两个：ATA和SCSI；硬件代表数据传输方式，一般都是主板上的导线传输原理，但并不限制，数据甚至可以通过TCP/IP传输。定义一个协议需要同时定义了指令级以及硬件传输方式
总结
- 扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本参数
- 读写一次磁盘信息所需的时间可分解为：寻道时间、延迟时间、传输时间。为提高磁盘传输效率，软件应着重考虑减少寻道时间和延迟时间。
- 比如讲常用的数据存放在0磁道(最外面的磁道)，因为这个扇区在最外层，角速度一样，每秒走过的周长就越长，读的数据就多。
以上介绍的是磁盘的物理存储方式，接下来会有逻辑层面的数据管理。