56、磁盘基础全解析

磁盘基础全解析

1. 磁盘存储系统

磁盘存储系统在计算机的数据管理中扮演着至关重要的角色。它涉及到数据的物理分区、文件级别的访问，以及文件名到物理存储的映射。从硬件层面看，磁盘存储由盘片、盘面、磁道、柱面和扇区等组成；在系统BIOS层面，以簇和扇区来描述；而在操作系统层面，则是通过目录和文件来管理。

磁盘访问存在不同的层次，就像一座金字塔：
- 磁盘控制器固件 ：处于最底层，利用智能控制芯片为特定品牌和型号的磁盘驱动器规划磁盘几何结构（物理位置）。
- 系统BIOS ：提供了一系列底层功能，操作系统借助这些功能进行扇区读取、扇区写入和磁道格式化等操作。
- 操作系统API ：位于较高层次，提供了诸如打开和关闭文件、设置文件属性、读取和写入文件等服务的API函数。

graph LR
    A[操作系统API] --> B[系统BIOS]
    B --> C[磁盘控制器固件]

1.1 磁道、柱面和扇区

典型的硬盘由多个盘片固定在一个以恒定速度旋转的主轴上。每个盘片表面上方都有一个读写头，用于记录磁脉冲。读写头会作为一个整体，以小步长向中心或边缘移动。

磁盘表面被格式化为不可见的同心带，即磁道，数据以磁性方式存储在这些磁道上。例如，一个典型的3.5英寸硬盘可能包含数千个磁道。将读写头从一个磁道移动到另一个磁道的操作称为寻道，平均寻道时间是衡量磁盘速度的一个指标，另一个指标是每分钟转速