磁盘的基本知识：磁道、柱面和扇区

一、磁盘的基本元素

磁盘由多个盘片组成，每个盘片的基本结构为：

各标识含义：

• A 是磁道，多个磁盘的同一个磁道重叠起来叫做柱面，它包含了很多个扇区。
• B 是几何上的扇区，只做标示，此处无特殊含义。
• C 是扇区，扇区是磁盘的最小组成单元，通常是 512 字节 （有的磁盘时 4096 字节） 。
• D 是磁盘块 （簇），块/簇是操作系统虚拟出来的概念，它由多个扇区组成。

读取磁盘数据时，磁盘上的磁头不断旋转变道，然后读取数据。因此寻道时间越短，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。

关于随机 IO 和顺序 IO

一般在测试磁盘性能的时候，都会额外测试一个功能点就是随机读写的性能。与随机读写相对的是顺序读写，他们的区别在于本次 IO 和上一次 IO 地址的差别。如果本次 IO 给出的初始扇区地址，和上一次 IO 的结束扇区地址，是不是完全连续的，或者相隔不多，则本次 IO 算是一个顺序 IO 。如果相差太大，则算一次随机 IO 。顺序 IO，因为本次初始扇区和上次结束扇区相隔很近，则磁头几乎不用换道或换道时间极短，所以读写速度快；而随机 IO 中磁头需要很长的换道时间，导致磁头不停换道，读写速度非常慢。

为什么存在磁盘块？（簇）

1. 读取方便：由于扇区的数量比较小，数目众多在寻址时比较困难，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个块，再对块进行整体的操作。
2. 分离对底层的依赖：操作系统忽略对底层物理存储结构的设计。通过虚拟出来磁盘块的概念，在系统中认为块是最小的单位。

我们平常所说的 4K 对齐也就是指的块大小，它表示操作系统读取磁盘时一次读取的数据大小。如果操作系统一次读取 4K，但是块大小只有 2K，就相当于一次 IO 要做 2 次磁盘寻址。而如果磁盘块大小刚好也是 4K，那么一次 IO 就只需一次寻址。相对而言，磁盘寻址效率是很低的，多一次磁盘寻址肯定会更加导致 IO 效率低，因此对磁盘进行 4K 对齐也是提高了系统的 IO 性能。

二、 linux 系统下的查看扇区和磁盘块

使用 fdisk -l 可以看到磁盘的扇区大小：

使用 tune2fs -l 可以看到读取磁盘的块大小，下面这个磁盘的块大小是 4096：

三、参考

机械硬盘结构