硬盘读写原理

提示：阅读完MySQL索引背后的数据结构和算法原理后，里面有一些东西：

“系统的设计者巧妙地使用了磁盘预读的原理，将节点的大小设置为一页，这样每个节点只需要一个I / O即可完全加载。为了实现这一目标，B树的实际实现还需要使用以下技术：每次创建新节点时，都直接请求页面空间，以确保将节点物理存储在页面中；以及计算机存储分配按页排列。一个节点只需要一个I / O。”

然后我不明白页面的含义，因此我阅读了有关硬盘的超级详细说明：

以下是我的摘录。当您想阅读它时，只需阅读一下，如果您想阅读详细信息，请阅读以上内容。

页面理解：

因为据说一个扇区为512字节，即0. 5k，而一个页面为4K，这意味着一个页面的大小为8个扇区。大概是这样理解的。

我们知道信息存储在硬盘驱动器上，如果拆开它，只有几张光盘看不到里面的任何东西。假设，如果使用显微镜放大圆盘，您会发现圆盘的表面不平整，凸出的区域被磁化，而凹入的区域未被磁化；凸区域代表数字1（磁化为1），凹区域代表数字0。因此，硬盘可以二进制形式存储诸如文本和图片之类的信息。

1、硬盘的组成

每个人都不会不熟悉硬盘。我们可以将它与大型仓库进行比较，以供我们的计算机存储数据和信息。一般来说，无论哪种硬盘，它都是由磁盘，磁头，磁盘主轴，控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口和高速缓存等几部分组成的

平面图

三维视图

所有光盘都固定在旋转轴上，即光盘轴。所有光盘都是绝对平行的。每个磁盘的存储表面上都有一个磁头。磁头和磁盘之间的距离小于头发的直径。所有磁头都连接到磁头控制器，并且磁头控制器负责每个磁头的移动。磁头可以沿着磁盘的半径移动（实际上是对角线移动）。每个磁头还必须同时同轴，也就是说，从正上方看时，所有磁头在任何时候都重叠（但是目前已经有一种独立于多磁头的技术，不受此限制）。磁盘以每分钟数千转，每分钟数万转的高速旋转，因此磁头可以在磁盘上的指定位置执行数据读取和写入操作。

由于硬盘是一种高精度设备，灰尘是它的敌人，因此必须将其完全密封。

2、硬盘如何工作

硬盘在逻辑上分为磁道，圆柱体和扇区。

圆盘分为一系列同心环。圆的中心是光盘的中心。每个同心环称为轨道。具有相同半径的所有轨道都构成一个圆柱体。轨迹沿半径线分为小段。每个段称为一个扇区，每个扇区是磁盘的最小存储单元。为了简单起见，我们假定磁盘只有一个盘片和一个磁头。

当需要从磁盘读取数据时，系统会将数据逻辑地址传输到磁盘，磁盘控制电路将根据寻址逻辑将逻辑地址转换为物理地址，即确定哪个跟踪要读取的数据以及在哪个扇区上。区。为了读取该扇区中的数据，需要将磁头放置在该扇区上方。为了实现这一点，磁头需要移动以与相应的轨道对齐。此过程称为搜寻，所花费的时间称为搜寻时间。目标扇区在头部下方旋转的时间称为旋转时间。

磁盘访问请求（读/写）的完成过程包括三个操作：

1）搜寻（时间）：头部移动到指定的轨道

2）旋转延迟（时间）：等待指定扇区在磁头下方旋转

3）数据传输（时间）：磁盘和内存之间的实际数据传输

因此读取磁盘上的扇区数据（一条数据）所需的时间：

Ti / o = tseek + tla + n * twm

位置：

寻找时间是寻找时间

tla是旋转时间

twm是传输时间

3.局部性原理和磁盘预读

由于存储介质的特性，磁盘访问比主存储器要慢得多。加上机械运动的成本，磁盘访问速度通常是主内存的百分之几。因此，为了提高效率，请最小化磁盘I / O。为了实现此目标，通常不严格按需读取磁盘，而是每次都预先读取。即使只需要一个字节，磁盘也将从该位置开始，并顺序地向后读取一定长度的数据并将其放入内存。其理论基础是计算机科学中著名的局部性原理：

使用一条数据时，通常会立即使用附近的数据。

程序运行期间所需的数据通常是集中的。

因为磁盘顺序读取效率很高（不需要寻道时间，只需要很小的旋转时间），所以对于本地程序，预读取可以提高I / O效率。

预读的长度通常是页面的整数倍。页面是计算机管理内存的逻辑块。硬件和操作系统通常将主存储器和磁盘存储区域划分为大小相等的连续块。每个内存块称为一个页面（在许多操作系统中，页面大小通常为4k）。主内存和磁盘以页面为单位交换数据。当程序要读取的数据不在主存储器中时，将触发页面错误异常。此时，系统将向磁盘发送磁盘读取信号，磁盘将找到数据的起始位置并连续读取一页或几页。加载到内存中，然后异常返回，程序继续运行。

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