计算机原理探险系列（四）-- 磁盘存储探秘

各位读者朋友们大家好，今天我们一起来聊聊关于计算机底层磁盘的读取原理。

磁盘的基本布局

磁盘的基本结构主要包含有以下几点，磁盘盘片，读写磁盘的指针，传动轴，主轴等。

每次用户程序从用户态发送一条指令给到操作系统内核，进行io读取数据的时候，cpu的ring3级别内核便会通过io总线发送一个指令给到读写磁头，然后由读写磁头定位到盘片的指定位置进行数据读写。最后再通过io总线将数据返回给到用户态的程序中。

下边是一张磁盘盘面的大致结构图：

在磁盘的盘面上通常会布有许多层的磁道，可以理解为图中的同心圆，然后每层磁道上分有不同范围的扇区，数据存储落在这些扇区的范围当中。磁盘指针头通常会落在盘道的一个位置点，然后朝一定方向旋转进行数据的搜索。

内围的磁道数据其实和外围的磁道数据是一样多的，这也就意味着外围的数据密度要比内围的小很多。现如今采用了区位记录的技术，保证了内围的磁道要比外围的磁道少，保证了密度的均匀性
影响磁盘指针定位数据的性能因素

寻道时间：
磁盘指针定位到指定的盘道耗时
旋转延迟：
指针定位到盘道之后进行旋转读取数据
数据传输：
从内核态将数据传输给到用户态的耗时

通常技术人员会通过这么一条公式来推算一块磁盘的读写性能：

iops 指标：磁盘的每秒数据输入输出量，计算思路：1000ms / (数据寻道时间 + 旋转延迟时间 + 数据传输时间) 。

如今的硬件技术开始支持一些分散聚合DMA技术，能够支持将一些原先不连续的磁道数据进行组合读取，效率性更高。由于这种设备支持的磁道信息并不是一定连续的，所以有一个新的概念叫做段。
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磁盘毕竟是一个物理硬件层面的东西，那么早期的发明家则通过了一些抽象的概念在程序中对磁盘做访问。下边我们来介绍下经典的文件系统设计。

文件存储

在linux操作系统中，常说的一句话就是“一切皆文件“。
文件系统更像是一周抽象化的数据结构设计，其主要分为了两大模块，inode区和数据区。下边的文章我主要以