2019-03-27-day20磁盘知识与读写原理

第1章 磁盘历史和内外部物理结构

1.1 磁盘发展趋势和实现措施

image.png

1.2 磁盘的作用

磁盘的最主要用途就是用来存储我们平时工作、学习、生活中的数据。

1.3 磁盘的接口类型

早期的数据接口有IDE和SCSI接口，当前主流的硬盘结构为串口SATA硬盘或者SCSI接口。

1.3.1 IDE磁盘与IDE接口

IDE即电子集成驱动器，是指把磁盘控制器与盘体集成在一起的磁盘驱动器。

1.3.2 SATA磁盘与SATA接口

使用SATA口的磁盘又叫串口磁盘，是当前PC机的主流。SATA磁盘的总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。

1.3.3 SCSI磁盘与SCSI接口

SCSI和IDE 是完全不同的接口，IDE接口是早期普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为磁盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点。

1.3.4 SAS磁盘与SAS接口

SAS是新一代的SCSI技术，是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连接线改善内部空间等。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性。
1.3.4.1 SAS技术的优势：
1） SAS技术降低了磁盘阵列的成本
2） 串行接口让传输性能提高
3） 更好的扩展性能
4） 安装更简单
5） 更好的兼容性

1.3.5 SSD固态盘

固态盘的优点：启动延迟小、写入速度快、无噪音、发热量低、体积小重量轻、抗震动
固态盘的缺点：成本高、容量低、写入寿命有限、数据难以恢复、能耗较高

image.png

1.3.6 企业生产环境磁盘相关信息对比：

企业生产场景普及程度：SAS>SATA>SSD
单位容量对比性能和价格：SSD>SAS>SATA
单位价格购买磁盘容量：SATA>SAS>SSD

1.4 磁盘选型

1、 线上业务用SAS磁盘
2、 线下业务用SATA磁盘
3、 线上高并发、小容量的业务用SSD磁盘。
4、 成本思想：根据数据的访问热度，只能分析分层存储。SATA+SSD

第2章 磁盘核心知识及数据读写原理

2.1 磁盘内部结构

磁盘的内部结构只要包括：盘片、磁头、主轴、传动手臂、传动轴等几个部分。

image.png

2.2 磁道、柱面与扇区的概念

2.2.1.1 磁道：

一个盘面上不同半径的同心圆的轨迹就是磁道

image.png

2.2.1.2 柱面：

一个磁盘的所有盘面上的相同半径的磁道的圆形轨迹从上到下依次组成的圆柱体，就是柱面

image.png

image.png

2.2.1.3 扇区：

是指盘面上磁道的一段圆弧区域，一般情况下，每个扇区的大小是512字节。一个扇区主要有两部分内容：存储数据地点的标识符和存储数据的数据段。

image.png

2.2.1.4 记忆要点：

1、 一块磁盘由2-14个盘片，每个盘片有两个面，每个面对应一个读写磁头，用磁头号来区分盘面，即盘面数就是磁头数，盘片数*2=磁头数
2、 不同盘面的磁道被划分为多个扇形区域，每个区域就是一个扇区
3、 同一盘面，以盘片中心为圆心，每个不同半径的圆形轨迹就是一个磁道
4、 不同盘面相同半径的磁道组成圆柱面就是柱面
5、 一个柱面包含多个磁道（这些磁道的半径相同），一个磁道包含多个扇区
6、 数据信息记录可表示为：某磁头，某磁道，某扇区

2.2.1.5 简单定义磁盘各个概念

磁道：每个盘片有两个面，都可记录信息。盘片表面以盘片中心为圆心，用于记录数据的不同半径的圆形磁化轨迹就称为磁道。磁化轨迹就是磁化区域，是看不见的。磁道看起来是个平面圆周形
扇区：盘面由圆心向四周画直线，不同的磁道被直线分成许多扇形的区域，每个户型的区域叫做扇区，每个扇区大小一般为512字节，扇区看起来就是个圆弧或扇形
柱面：磁盘中，不同的盘片相同半径的磁道轨迹丛珊倒下所组成的圆柱型区域就成为柱面，柱面看起来是个圆柱形

2.3 磁盘容量计算方法：

1） 存储容量=磁头数*磁道数*扇区数*每扇区的大小（512字节）
2） 存储容量=柱面数*磁头数*扇区数*每扇区的大小（512字节）
提示：一块磁盘的磁道数和柱面数的数量永远是相等的。

2.4 磁盘是机械式磁盘

1、 盘片的旋转靠马达带动主轴，是机械运动
2、 磁头的径向移动也是靠步进电机来完成的，是机械运动
3、 所有的磁头同时同向移动。
磁盘读写数据时，尽可能让磁头少做径向移动（寻道），以提高读取效率。

image.png

2.5 机械磁盘读写磁盘数据的原理小结

1） 磁盘是按照柱面为单位读写数据的，即先读取同一个盘面的某一个磁道，读完之后，如果数据没有读完，磁头也不会切换其他的磁道，而是选择切换磁头，读取下一个盘面的相同半径的磁道，直到所有盘面的相同半径的磁道读取完成之后，如果数据还没有读写完成，才会切换其他不同半径的磁道，这个切换磁道的过程称为寻道。
2） 不同磁头间的切换是电子切换，而不同磁道间的切换需要磁头做径向运动，这个径向运动需要步进电机调节，这个动作是机械的切换。
磁头寻道是机械运动，切换磁头是电子切换。