磁盘基础知识-磁盘的构成

磁盘是计算机主要的存储设备，也是计算机的主要构成硬件，一切的数据都是存储在磁盘中，因此了解磁盘的结构是非常重要的。

磁盘主要构成要素有盘片、磁头、磁道、扇区、柱面，如下图。

1、盘片
硬盘首先会有多个盘片构成，类似很多个独立的光盘合并在一起，每个盘片都有2个面，每个盘片都有一个对应的磁头，一般硬盘会有5个盘片构成，盘片盘便面自下往上顺序进行编号，如5个盘片那么编号自下而上就是10个盘面的编号。

2、扇区和磁道
每个盘片会分成若干个相同同心圆的磁道，磁道从外围开始编号，从0开始，每个磁道又会划分成若干个扇区，扇区是硬盘的最小存储单元，一般是存储512字节（byte）

3、磁头和柱面

磁头用于读取盘面中磁道内的扇区中存储的数据。一个盘片有上下2个盘面对应2个磁头。

柱面是所有盘面中相同磁道的柱面，形成的是一个立体的柱体形状，磁盘的柱面数和磁道数是相等的，盘面数等于总的磁头数。

 

3、磁盘容量计算

存储容量=磁头数*磁道（柱面）数*每道扇区数*每扇区的字节数 
比如上图共有3个盘片6个盘面（6个磁头）、7个磁道、12个扇区、每个扇区512字节
存储容量：6*7*12*512=258148字节

4、磁盘读取响应时间

1）寻道时间：磁头从开始移动到数据所在的磁道需要的时间，寻道时间越短，I/O操作越快，目前磁盘的平均寻道时间一般在3-15ms，一般都在10ms左右。
2）旋转延迟：盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间，旋转延迟取决于磁盘转速，普通硬盘一般是7200rpm，慢的5400rpm
3） 数据传输时间：完成传输请求的数据所需要的时间。
个人理解寻道时间和旋转应该是并发进行的，比如寻找到了目标磁道，同时盘片旋转也旋转到了该磁道的扇区

5、磁盘块

块是操作系统中最小的逻辑存储单位，操作系统与磁盘打交道最小单位是磁盘块，多个物理上存在的扇区组成了系统中所谓的逻辑块。
块的形成：由于扇区的数量比较小，数目多在寻址时比较困难，所以操作系统将相邻的扇区组合在一起形成块，在对块进行整体的读写操作。

6、page

操作系统经常与内存和硬盘这两种存储设备进行通信，类似于“块”的概念，都需要一种虚拟的基本单位。所以，与内存操作，是虚拟一个页的概念来作为最小单位。与硬盘打交道，就是以块为最小单位。

总结

1. 扇区： 硬盘的最小读写单元
2. 块/簇： 是操作系统针对硬盘读写的最小单元
3. page： 是内存与操作系统之间操作的最小单元。

7、操作系统文件索引结构

块是操作系统对硬盘读写的最小单元实际上是一种逻辑上的存储块，最终会对应到实际的物理扇区。

操作系统实际上通过建立文件的索引结构来进去文件的存取，文件的索引结构一般如下

 磁盘块通过索引结构与物理扇区进行对应，分为直接索引、一级间接索引、二级间接索引、三级间接索引。

实际就是索引编号对应的内容存储的是什么的类型的问题，比如ArrayList A数据结构，A[0]存储Arraylist B，B[0]也可能存储的是Arayylist C，也就产生直接索引、一级间接索引、二级间接索引、三级间接索引等等

附上几个题目来做个练习巩固一下：

某文件系统采用多级索引结构，若磁盘块的大小为 512 字节，每个块号需占 3 字节，那么根索引采用一级索引时的文件最大长度为  （1）  K 字节；采用二级索引时的文件最大长度为  （2）  K 字节。

（1）A、85
　　 B、170
　　 C、512
　　 D、1024
（2）A、512
　　 B、1024
　　 C、14450
　　 D、28900

（1）512/3=170 ，一个磁盘块可以使用170个块。因此，170*512/1024=85,选A。

（2）二级索引=一级索引*一级索引*大小=170*170*512/1024=85*170=14450，选C。

例：某文件系统采用多级索引结构。若磁盘块的大小为1K字节，每个块号占3字节，那么采用二级索引时的文件最大长度为（26）K字节。

　　A.1024 　　B.2048 　　C.116281 　　D.232562

(1024/3)*(1024/3)*1024/1024 选C。

补充解析：就是对块存储数据进行拆分，块要么直接存储数据，要么存储的数据内容是一个索引表，索引表中每个编号都会占用空间，我自己比较容易模糊的就是，块中存储的是索引数据，还是直接的数据，直接块中存储的是具体的数据就是直接存储，块第一次存储是是索引数据就是一级所以，一级索引指向的块存储如何还是索引那就是二级索引，依次类推。