并行文件系统的特点 计算机科学基础知识(一)The Memory Hierarc(2)

3、Flash。具体请参考FLASH internals。

4、Disk（硬盘）

嵌入式软件工程师多半对FLASH器件比较熟悉，而对Hard Disk相对陌生一些。这里我们只是简单介绍一些基本的信息，不深入研究。保存数据的硬盘是由一个个的“盘子”（platter）组成，每个盘子都有两面（surface），都可以用来保存数据。磁盘被堆叠在一起沿着共同的主轴（spindle）旋转。每个盘面都有一个磁头（header）用来读取数据，这些磁头被固定在一起可以沿着盘面径向移动。盘面的数据是存储在一个一个的环形的磁道（track）上，磁道又被分成了一个个的sector。还有一个术语叫做柱面（cylinder），柱面是由若干的track组成，这些track分布在每一个盘面上，有共同的特点就是到主轴的距离相等。

我们可以从容量和存取速度两个方面来理解Disk Drive。容量计算比较简单，特别是理解了上面描述的硬盘的几何结构之后。磁盘容量＝（每个sector有多少个Byte）x（每个磁道有多少个sector）x（每个盘面有多少个磁道）x（每个盘子有多少个盘面）x（该硬盘有多少个盘子）。

由于各个盘面的读取磁头是固定在一起的，因此，磁头的移动导致访问的柱面的变化。因此，同一时刻，我们可以同时读取位于同一柱面上的sector的数据。对于硬盘，数据的访问是按照sector进行的，当我们要访问一个sector的时候需要考虑下面的时间：

（1）Seek time。这个时间就是磁头定位到磁道的时间。这个时间和上次访问的磁道以及移动磁头的速度有关。大约在10ms左右。

（2）Rotational latency。磁头移动到了磁道后，还不能读取sector的数据，因为保存数据的盘面都是按照固定的速率旋转的，有可能我们想要访问的sector刚好转过磁头，这时候，只能等下次旋转到磁头位置的时候才能开始数据读取。这个是时间和磁盘的转速有关，数量级和seek time类似。

（3）Transfer time。当想要访问的sector移动到磁头下面，数据访问正式启动。这时候，数据访问的速度是和磁盘转速以及磁道的sector数目相关。并行文件系统的特点

举一个实际的例子可能会更直观：Seek time：9ms，Rotational latency：4ms，Transfer time：0.02ms。从这些数据可以知道，硬盘访问的速度主要受限在Seek time和Rotational latency，一旦磁头和sector相遇，数据访问就非常的快了。此外，我们还可以看出，RAM的访问都是ns级别的，而磁盘要到ms级别，可见RAM的访问速度要远远高于磁盘。

三、局部性原理（Principle of Locality）

好的程序要展现出好的局部性（locality），以便让系统（软件＋硬件）展现出好的性能。到底是memory hierarchy、pipeline等硬件设计导致软件必须具备局部性，还是本身软件就是具有局部性特点从而推动硬件进行相关的设计？这个看似鸡生蛋、蛋生鸡的问题，我倾向于逻辑的本身就是有序的，是局部性原理的本质。此外，局部性原理不一定涉及硬件。例如对于AP软件和OS软件，OS软件会把AP软件最近访问的virtual address space的数据存在内存中作为cache。

局部性被分成两种类型：

（1）时间局部性（Temporal Locality）。如果程序有好的时间局部性，那么在某一时刻访问的memory，在该时刻随后比较短的时间内还多次访问到。

（2）空间局部性（Spatial Locality）。如果程序有好的空间局部性，那么一旦某个地址的memory被访问，在随后比较短的时间内，该memory附近的memory也会被访问。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/jisuanjixue/article-87804-2.html