硬盘基本知识（磁头、磁道、扇区、柱面）

概述

1. 盘片（platter）
2. 磁头（head）
3. 磁道（track）
4. 扇区（sector）
5. 柱面（cylinder）

盘片 片面 和 磁头

硬盘中通常会有多个盘片组成，每一个盘片包含两个面，每一个盘面都对应地有一个读/写磁头。受到硬盘总体体积和生产成本的限制，盘片数量都受到限制，通常都在5片之内。盘片的编号自下向上从0开始，如最下边的盘片有0面和1面，再上一个盘片就编号为2面和3面。
以下图：

 

图1

扇区 和 磁道

下图显示的是一个盘面，盘面中一圈圈灰色同心圆为一条条磁道，从圆心向外画直线，能够将磁道划分为若干个弧段，每一个磁道上一个弧段被称之为一个扇区（图践绿色部分）。扇区是磁盘的最小组成单元，一般是512字节。（因为不断提升磁盘的大小，部分厂商设定每一个扇区的大小是4096字节）

 

图2

磁头 和 柱面

硬盘一般由重叠的一组盘片构成，每一个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具备相同编号的磁道造成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。因为每一个盘面都有本身的磁头，所以，盘面数等于总的磁头数。 以下图

 

图3

磁盘容量计算

存储容量 ＝ 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数

图3中磁盘是一个 3个圆盘6个磁头，7个柱面（每一个盘片7个磁道） 的磁盘，图3中每条磁道有12个扇区，因此此磁盘的容量为：

存储容量 6 * 7 * 12 * 512 = 258048

每一个磁道的扇区数同样是说的老的硬盘，外圈的密度小，内圈的密度大，每圈可存储的数据量是同样的。新的硬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。

磁盘读取响应时间

1. 寻道时间：磁头从开始移动到数据所在磁道所须要的时间，寻道时间越短，I/O操做越快，目前磁盘的平均寻道时间通常在3－15ms，通常都在10ms左右。
2. 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须要的时间，旋转延迟取决于磁盘转速。普通硬盘通常都是7200rpm，慢的5400rpm。
3. 数据传输时间：完成传输所请求的数据所须要的时间。
   小结一下：从上面的指标来看、其实最重要的、或者说、咱们最关心的应该只有两个：寻道时间；旋转延迟。

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。为提升磁盘传输效率，软件应着重考虑减小寻道时间和延迟时间。

块/簇

概述

磁盘块/簇（虚拟出来的）。 块是操做系统中最小的逻辑存储单位。操做系统与磁盘打交道的最小单位是磁盘块。
通俗的来说，在Windows下如NTFS等文件系统中叫作簇；在Linux下如Ext4等文件系统中叫作块（block）。每一个簇或者块能够包括二、四、八、1六、3二、64…2的n次方个扇区。

为何存在磁盘块？

读取方便：因为扇区的数量比较小，数目众多在寻址时比较困难，因此操做系统就将相邻的扇区组合在一块儿，造成一个块，再对块进行总体的操做。

分离对底层的依赖：操做系统忽略对底层物理存储结构的设计。经过虚拟出来磁盘块的概念，在系统中认为块是最小的单位。

page

操做系统常常与内存和硬盘这两种存储设备进行通讯，相似于“块”的概念，都须要一种虚拟的基本单位。因此，与内存操做，是虚拟一个页的概念来做为最小单位。与硬盘打交道，就是以块为最小单位。

扇区、块/簇、page的关系

1. 扇区： 硬盘的最小读写单元
2. 块/簇： 是操做系统针对硬盘读写的最小单元
3. page： 是内存与操做系统之间操做的最小单元。

扇区 <= 块/簇 <= page

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