从磁盘看 IO

太过爱你忘了你带给我的痛 2024-03-17 13:04 41阅读 0赞

### 计算机上的易失和非易失存储器 ###

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常见磁盘可以分为两类：机械磁盘和固态磁盘。

第一类，**机械磁盘**，也称为硬盘驱动器（Hard Disk Driver），通常缩写为 HDD。机械磁

盘主要由盘片和读写磁头组成，数据就存储在盘片的环状磁道中。在读写数据前，需要移

动读写磁头，定位到数据所在的磁道，然后才能访问数据。

显然，如果 I/O 请求刚好连续，那就不需要磁道寻址，自然可以获得最佳性能。这其实就

是我们熟悉的，连续 I/O 的工作原理。与之相对应的，当然就是随机 I/O，它需要不停地

移动磁头，来定位数据位置，所以读写速度就会比较慢。

第二类，**固态磁盘**（Solid State Disk），通常缩写为 SSD，由固态电子元器件组成。固

态磁盘不需要磁道寻址，所以，不管是连续 I/O，还是随机 I/O 的性能，都比机械磁盘要

好得多。

**最小读写单位**

机械磁盘的最小读写单位是扇区，一般大小为 512 字节。

而固态磁盘的最小读写单位是页，通常大小是 4KB、8KB 等。

文件系统会把连续的扇区或页，组成逻辑块，然后以逻辑块作为最小单元来管理数

据。常见的逻辑块的大小是 4KB，也就是说，**连续 8 个扇区，或者单独的一个页，都可以**

**组成一个逻辑块**。

### **磁盘I/O原理** ###

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磁盘每个盘片为双面，每个面上分布一圈一圈的同心圆磁道，磁道由扇区组成。外围的扇区更宽，扇区的存储空间是一样的，一般每个扇区600字节，数据存储区512字节，其余存放控制信息。磁臂头移动遍历磁道，盘片旋转遍历扇区。  
**寻道时间：**将磁臂头移动到指定磁道上所经历的时间  
**旋转延迟时间：**盘片转动时扇区移动到磁头下所经历的时间  
**传输时间：**将数据从磁盘读出或写入数据所经历的时间（与每次读/写的字节数和磁盘转速有关）

**随机I/O：**有一串随机数据文件（在磁盘上的位置分布随机的数据文件），需要从磁盘上一一读取。这样寻道时间很长，会导致I/O读取时间过长。  
比如，在磁道2扇区3读取了第一个数据文件，接下来，磁头臂向外移动去磁道14扇区5读取第二个数据文件，接下来磁头臂又要向里移动到磁道8扇区4读取第三个数据文件，之前读取第二个数据文件时从磁道2移到14，现在又从磁道14移到8，可见这样重复走了8-14的磁道。可以知道，如果后面还有数据存在于走过的磁道上，会有很多的重复寻道，极大增加了寻道时间。

**顺序I/O：**就像是随机I/O的优化版，我们可以将我们要读取的数据文件按照其磁盘存放顺序排序，从第一个文件的位置开始向一个方向读取，我们依次读完每个磁道直到所有文件读取完，不必再有随机I/O带来的重复寻道时间。

在许多的开源框架如 Kafka、HBase 中，都通过追加写的方式来尽可能的将随机 I/O 转换为顺序 I/O，以此来降低寻址时间和旋转延时

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### 什么是磁盘IO ###

IO就是 先从磁盘找到数据的位置,再将数据转换成数据流读到内存

先从磁盘找到数据的位置,将内存中的数据转换成数据流写到磁盘

### IO消耗的时间(如下图)=磁盘访问时间=寻道时间+旋转延迟+传输时间 ###

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