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文件名称：磁盘组织-轻松实现高速串行io--fpga应用设计者指南
文件大小：3.09MB
文件格式：PDF
更新时间：2021-06-09 11:02:29
UNIX 系统 内幕 pdf
9.6 硬盘结构
要想了解影响磁盘性能的因素，首先要看一下数据是怎样在磁盘上放置的。图 9-7 显示
了在 20 世纪 80 年代中早期生产的磁盘的格式。磁盘由很多盘片(platters)组成，每个盘片
都对应与一个磁头⑤。每个盘片(platter)包含好多磁道，这些磁道形成一组以盘片中心为圆
心的同心圆；最外面的是 0 磁道，依此类推。每个磁道又被细分成为扇面(sector)，扇面也
是顺序排号的。扇面的尺寸一般是 512 字节，这也是每次磁盘 I/O 操作的最小单位。柱面
(cylinder)是由一组磁道组成，这些磁道分布在不同的盘片上，每个盘片上一个磁道，并且
这些磁道与磁盘中轴的距离也都相同。所以柱面零由所有盘片的零磁道组成，依此类推。在
很多磁盘中，所有的磁盘头(head)同时移动。因此在任一给定时间，所有的磁头都在每个盘
片的相同磁道和相同扇面上。
图 9-7 磁盘的概念图
UNIX 把磁盘看成是磁盘块的线性数组。一个块内包含有 2 的整次幂个磁道，在本节，我
们假设一个块内正好有一个扇面。当一个 UNIX 进程试图读取一特定块号时，设备驱动程序将
该块号转化成一逻辑扇面号，并且由此计算出物理磁道号，磁盘头号以及扇面号。这个过程
中扇面号首先增加，其次是磁盘道号，最后是柱面号。因此，每个柱面包含一组序号连续的
磁盘块。在计算出块号的位置后，磁盘驱动器首先把磁盘头移到相应的柱面。这个磁盘头定
位过程是磁盘 I/O 中最耗时的部分，其延迟也直接与磁盘头必须移动的距离有关。这个延迟
叫做旋转延迟。一旦正确的扇区转到磁盘头下面，数据传输便可以开始。实际的传输时间也
正好是一个扇区移动经过磁盘头的时间。要想使 I/O 带宽最大，必须要使磁盘头定位的次数
和磁盘头移动的距离最小，同时通过合理地安排磁盘上的磁盘块以减小旋转延迟。
9.7 磁盘组织
一个磁盘分区由磁盘上的一纽连续柱面组成。格式化过的磁盘分区包含有一个自我包含
的文件系统。FFS 将分区进一步划分成一个或多个柱面组，每个柱面组中有一小组连续的柱
面。这样 UNIX 就可以将相关的数据存在同—柱面组中，从而使磁头移动距离最小。9.7.2 小
节对此做了详细的讨论。
传统的超级块包含的信息分为两个结构。FFS 超级块包含有整个文件系统的有关信息—
—柱面组的数目、大小和位置，磁盘块大小，磁盘块和 i 节点的总数目，等等。除非重建文
件系统，否则超级块中的信息不会发生变化。而且，每个磁盘组都有一个描述有关本组数据
结构的概括性信息，其中包括空闲 i 节点表和空闲块表。超级块在分区的开始位置(在启动块
区的后面)，然而这还不够。超级块中的数据是很关键的，必须要保证不能发生磁盘错误。因
此，每个柱面组都包含有超级块的一个复制，FFS 将这些超级块复制放在每个柱面组的不同