随机写 && 顺序写

作者：Qilan Yuan
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来源：知乎
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在机械硬盘上写还是在固态硬盘上写。尽管结论都是顺序写比随机写快，但是原因却是不一样的。

首先说机械硬盘，

我先介绍一下它的存储原理，机械硬盘的结构你可以想象成一个唱片机，它有一个旋转的盘片和一个能沿半径方向移动的磁头。处理读取和写入请求时，首先可以根据请求的开始地址算出要处理的数据在磁盘上的位置，之后要进行以下几步工作：

1. 磁头沿半径方向移动，直至移动到数据所在的柱面（相同半径的磁道组成的环面）
2. 盘片高速旋转，使磁头到达数据的起始位置
3. 磁头沿磁道从磁盘读取或写入数据当一次读取的数据量很少的时候，1、2步骤带来的开销是无法忽略的，这使得随机写相对于顺序写会有巨大的性能劣势。因为在顺序写的时候，1、2步骤只需要执行一次，剩下的全是数据传输所需要的固有开销；而每次随机写的时候，前两个步骤都需要执行，带来了极大的额外开销。

其次说固态硬盘

理论上来说，它不应该存在明显的随机写与顺序写的速度差异，因为它就是一块支持随机寻址的存储芯片，没有寻道和旋转盘片的开销，但是随机写实际上还是比顺序写要慢。这是由于其存储介质闪存的一些特性导致的，简单来说：

1. 闪存不支持in-place update：你更新一个数据，不可以直接在原有数据上改，而要写到新的空白的地方，并把原有数据标记为失效。
2. 标记失效的数据不是浪费空间么？可以将其清除。但是闪存上清除操作的最小单位是一个大块，大约128K-256K的大小。一次清除会影响到还未标记失效的有用的数据，要先把它们移走。
3. 这种感觉就如同你在网格纸上写一篇文章，一格一格往下写，只能写在空白的格子里；但是你若要清除之前写的内容，只能整行擦除。非常难受而且浪费空间对吧？所以固态硬盘里实现了垃圾回收算法，用来更好地利用存储空间，同时减少数据迁移，保护闪存寿命。那么随机写显然比顺序写带来更大的碎片化，从而带来更多的垃圾回收开销、数据迁移开销，自然就比顺序写要慢了。