硬盤基本知識（磁頭、磁道、扇區、柱面）

概述

1. 盤片（platter）
2. 磁頭（head）
3. 磁道（track）
4. 扇區（sector）
5. 柱面（cylinder）

盤片 片面 和 磁頭

硬盤中通常會有多個盤片組成，每一個盤片包含兩個面，每一個盤面都對應地有一個讀/寫磁頭。受到硬盤總體體積和生產成本的限制，盤片數量都受到限制，通常都在5片之內。盤片的編號自下向上從0開始，如最下邊的盤片有0面和1面，再上一個盤片就編號爲2面和3面。
以下圖：

 

圖1

扇區 和 磁道

下圖顯示的是一個盤面，盤面中一圈圈灰色同心圓爲一條條磁道，從圓心向外畫直線，能夠將磁道劃分爲若干個弧段，每一個磁道上一個弧段被稱之爲一個扇區（圖踐綠色部分）。扇區是磁盤的最小組成單元，一般是512字節。（因爲不斷提升磁盤的大小，部分廠商設定每一個扇區的大小是4096字節）

 

圖2

磁頭 和 柱面

硬盤一般由重疊的一組盤片構成，每一個盤面都被劃分爲數目相等的磁道，並從外緣的「0」開始編號，具備相同編號的磁道造成一個圓柱，稱之爲磁盤的柱面。磁盤的柱面數與一個盤面上的磁道數是相等的。因爲每一個盤面都有本身的磁頭，所以，盤面數等於總的磁頭數。 以下圖

 

圖3

磁盤容量計算

存儲容量 ＝ 磁頭數 × 磁道(柱面)數 × 每道扇區數 × 每扇區字節數

圖3中磁盤是一個 3個圓盤6個磁頭，7個柱面（每一個盤片7個磁道） 的磁盤，圖3中每條磁道有12個扇區，因此此磁盤的容量爲：

存儲容量 6 * 7 * 12 * 512 = 258048

每一個磁道的扇區數同樣是說的老的硬盤，外圈的密度小，內圈的密度大，每圈可存儲的數據量是同樣的。新的硬盤數據的密度都一致，這樣磁道的周長越長，扇區就越多，存儲的數據量就越大。

磁盤讀取響應時間

1. 尋道時間：磁頭從開始移動到數據所在磁道所須要的時間，尋道時間越短，I/O操做越快，目前磁盤的平均尋道時間通常在3－15ms，通常都在10ms左右。
2. 旋轉延遲：盤片旋轉將請求數據所在扇區移至讀寫磁頭下方所須要的時間，旋轉延遲取決於磁盤轉速。普通硬盤通常都是7200rpm，慢的5400rpm。
3. 數據傳輸時間：完成傳輸所請求的數據所須要的時間。
   小結一下：從上面的指標來看、其實最重要的、或者說、咱們最關心的應該只有兩個：尋道時間；旋轉延遲。

讀寫一次磁盤信息所需的時間可分解爲：尋道時間、延遲時間、傳輸時間。爲提升磁盤傳輸效率，軟件應着重考慮減小尋道時間和延遲時間。

塊/簇

概述

磁盤塊/簇（虛擬出來的）。 塊是操做系統中最小的邏輯存儲單位。操做系統與磁盤打交道的最小單位是磁盤塊。
通俗的來說，在Windows下如NTFS等文件系統中叫作簇；在Linux下如Ext4等文件系統中叫作塊（block）。每一個簇或者塊能夠包括二、四、八、1六、3二、64…2的n次方個扇區。

爲何存在磁盤塊？

讀取方便：因爲扇區的數量比較小，數目衆多在尋址時比較困難，因此操做系統就將相鄰的扇區組合在一塊兒，造成一個塊，再對塊進行總體的操做。

分離對底層的依賴：操做系統忽略對底層物理存儲結構的設計。經過虛擬出來磁盤塊的概念，在系統中認爲塊是最小的單位。

page

操做系統常常與內存和硬盤這兩種存儲設備進行通訊，相似於「塊」的概念，都須要一種虛擬的基本單位。因此，與內存操做，是虛擬一個頁的概念來做爲最小單位。與硬盤打交道，就是以塊爲最小單位。

扇區、塊/簇、page的關係

1. 扇區： 硬盤的最小讀寫單元
2. 塊/簇： 是操做系統針對硬盤讀寫的最小單元
3. page： 是內存與操做系統之間操做的最小單元。

扇區 <= 塊/簇 <= page

做者：jijs 連接：https://www.jianshu.com/p/9aa66f634ed6 來源：簡書 著做權歸做者全部。商業轉載請聯繫做者得到受權，非商業轉載請註明出處。