第13章 磁盘操作

13.1 磁盘组织与管理

磁盘现在是操作系统不可或缺的一部分，os 的的一些数据都是放在磁盘，而切os 对数据的管理也是基于磁盘，所以更好的理解磁盘就是更好的理解操作系统；操作系统也给磁盘找了一个对应的抽象：文件系统.

13.2 磁盘的结构

磁盘的组成部分: 盘片、磁头、驱动臂；一块磁盘有多个盘片，每个盘片2个盘面，每个盘面都可以存储数据；每2个盘片之间都有一个读写磁头，所有的磁头都连接到驱动臂上。具体的结构如下：

13.3 盘面的结构

盘面又分为磁道、扇区，柱面等概念，请看下图:

• 驱动臂驱动所有的磁头沿盘片径向移动(如上图的左右方向)，实现磁头从一个磁道移动到另外一个磁道；实现磁头移动到数据所在的磁道
• 一个磁道又变分成很多扇区，盘片的旋转可以让数据所在的扇区移动到磁头的下面
• 当数据所在的扇区在读写磁头下面时才进行数据的读写

13.4 磁盘驱动器的访问速度

磁盘的读写速度是衡量磁盘性能的最大的指标，也是我们需要进一步，完成数据读写的时间依赖三个步骤：

• 寻道时间:特别是多个读写磁盘并发时，合理的寻道时间(移动磁头到数据所在的磁道)是占用很大的部分 [第一部分有很多算法可以实现寻道时间最短、效率最高]
• 旋转延迟时间：盘片旋转把数据所在的扇区移动到磁头下面的时间，因为旋转很快，这部分时间相对第一点要小许多
• 数据的读写时间：因为前2个是机械运动，第三个是电子移动，就是数据的传输，所以第三部分时间很小的比例

13.5 固态盘

提高磁盘的读写速度也是制约计算机速度和效率的很大因素，那提高磁盘的效率就变得很重要了；上面看到影响磁盘读写速度的主要因素是机械运动，就是寻道时间和旋转延迟；如果把这2部分的时间优化到0，那磁盘的读写速度会大大提升！

• 内存是没有机械运动的存储介质，如果我们采用内存相同或者相似的存储介质来构建磁盘，就没有机械运动，磁盘的读写数据也跟内存差不多，整体提升百万倍速度！

用内存的存储介质构建的磁盘就叫固态盘(SSD  solid state DIsk);

• 固态盘的优点肯定是读写速度(跟内存的读写速度差不多，比普通磁盘快百万倍)；缺点就是价格太高了，是普通磁盘的20-30倍；在磁盘很大时成本也会指数增加
• 所以用SSD 全部替换机械硬盘成本太高，所以现在基本是采用SSD 当作磁盘的缓存，存储大数据还是用机械硬盘来实现！

13.6 智能磁盘系统

• 我们上面说的机械硬盘(普通磁盘)和固态盘(SSD) 都只是提供存储容量，这个磁盘的管理需要os 来管理；读了完成基本的读写操作外，其他的都不能实现，这种磁盘一般不能检测和恢复本身的错误。一旦磁盘崩溃，整个系统就宣告完结。
• 另外有一种磁盘，即智能磁盘，这种磁盘除了提供存储容量以外，还可以自我检测并从某些错误中恢复，当错误的频率和烈度达到一定的临界点时，这种磁盘能够向系统发出警报，避免因为磁盘崩溃造成的数据损失和系统崩溃！
• 这种只能操作系统一般只会在大型数据中心才会使用，因为小规模使用成本太高；一般有智能和非智能的磁盘构成，所以智能存储系统有时也称作海量存储设备。
• 智能存储设备具备自己的CPU、高速缓存，自己的操作系统，能够独立服务器而存在和运行