你真的了解硬盘吗？

    偶然看到一道笔试题，所以简单整理了一下磁盘的结构。本文主要介绍传统的磁盘结构，包括盘面、磁道、扇区、柱面、读写数据过程的概念，最后给出所遇到的笔试题。

磁盘结构

    传统的硬盘盘结构是像下图样子的，它有一个或多个盘片，用于存储数据，盘片多采用铝合金材料；中间有一个主轴，所有的盘片都绕着这个主轴转动，一个组合臂上面有多个磁头臂，每个磁头臂上面都有一个磁头，负责读写数据。

盘面

    硬盘一般有一个或多个盘片，每个盘片可以有两面，即第一个盘片的正面为0面，反面为1面；第二个盘片的正面为2面…….依次类推。磁头的编号也和盘面的编号是一样的，因此有多少个盘面就有多少个磁头。盘面正视图如下图，磁头的传动臂只能在盘片的内外磁道之间移动。因此不管开机还是开机，磁头总是在盘片上面。关机时，磁头停在盘片上面，抖动容易划伤盘面造成数据损失，为了避免这样的情况，所以磁头都是停留在起停区的，起停区是没有数据的。

磁道

    每个盘片的盘面被划分成多个狭窄的同心圆环，数据就存储在这样的同心圆环上面，我们将这样的圆环称为 磁道 (Track)，每个盘面可以划分多个磁道。最外圈的磁道是0号磁道，向圆心增长依次为1磁道、2磁道……磁盘的数据存放就是从最外圈开始的。

扇区

    根据硬盘的规格不同，磁道数可以从几百到成千上万不等。每个磁道可以存储数Kb的数据，但是计算机不必要每次都读写这么多数据。因此，再把每个磁道划分为若干个弧段，每个弧段就是一个 扇区 (Sector)。扇区是硬盘上存储的物理单位，现在每个扇区可存储512字节数据已经成了业界的约定。也就是说，即使计算机只需要某一个字节的数据，但是也得把这个512个字节的数据全部读入内存，再选择所需要的那个字节。虽然扇区从里面到外面面积越来越大，但是它们的容量是一样的；貌似后来技术更加先进了，把外面的大面积扇区又劈成了更小的块。😬没查抱歉。

柱面

    柱面实际上就是我们抽象出来的一个逻辑概念，简单来说就是处于同一个垂直区域的磁道称为 柱面 ，即各盘面上面相同位置磁道的集合。需要注意的是，磁盘读写数据是按柱面进行的，磁头读写数据时首先在同一柱面内从0磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的不同盘面(即磁头上)进行操作，只有在同一柱面所有的磁头全部读写完毕后磁头才转移到下一柱面。因为选取磁头只需通过电子切换即可，而选取柱面则必须通过机械切换。数据的读写是按柱面进行的，而不是按盘面进行，所以把数据存到同一个柱面是很有价值的。

读写数据过程

    现代硬盘寻道都是采用CHS(Cylinder Head Sector)的方式，硬盘读取数据时，读写磁头沿径向移动，移到要读取的扇区所在磁道的上方，这段时间称为寻道时间(seek time)。因读写磁头的起始位置与目标位置之间的距离不同，寻道时间也不同。磁头到达指定磁道后，然后通过盘片的旋转，使得要读取的扇区转到读写磁头的下方，这段时间称为旋转延迟时间(rotational latencytime)。然后再读写数据，读写数据也需要时间。

硬盘容量计算公式

    硬盘容量=盘面数×柱面数×扇区数×512字节

腾讯笔试题

    数据存储在磁盘上的排列方式会影响I/O服务的性能，一个圆环磁道上有10个物理块，10个数据记录R1~R10存放在这个磁道上，记录的安排顺序如下表所示：

    假设磁盘的旋转速度为20ms，磁盘当前处在R1的开头处，若系统顺序扫描后将数据放入单缓冲区内，处理数据的时间为4ms（然后再读取下个记录），则处理这10个记录的最长时间是多少？

    磁盘会一直朝某个方向旋转，不会因为处理数据而停止。本题要求顺序处理R1到R10，起始位置在R1，一周是20ms，共10个记录，所以每个记录的读取时间为2ms。首先读R1并处理R1，读R1花2ms，读好后磁盘处于R1的末尾或R2的开头，此时处理R1，需要4ms，因为磁盘一直旋转，所以R1处理好了后磁盘已经转到R4的开始了，这时花的时间为2+4=6ms。这时候要处理R2，需要等待磁盘从R5一直转到R2的开始才行，磁盘转动不可反向，所以要经过8*2ms才能转到R1的末尾，读取R2需要2ms，再处理R2需要4ms，处理结束后磁盘已经转到R5的开头了，这时花的时间为2*8+2+4=22ms。等待磁盘再转到R3又要8*2ms，加上R3自身2ms的读取时间和4ms的处理时间，花的时间也为22ms，此时磁盘已经转到R6的开头了，写到这里，就可以看到规律了，读取并处理后序记录都为22ms，所以总时间为6+22*9=204ms。