本文總結自

（1）《資料庫系統實現》

（2）知乎：https://www.zhihu.com/question/48254780

1.基本概念

2.細節

3.順序讀寫和隨機讀寫

1.基本概念

（1）磁碟組合
碟片=2盤面
主軸
磁軌
柱面
扇區
間隙
塊：對於理解資料庫系統特別重要的是磁碟被劃分為磁碟塊（或就稱為塊，或者像作業系統稱為頁），

每塊的大小是4-64kB。整個塊被從一個稱為緩衝區的連續記憶體區域中移進移出。

塊是在磁碟與主存之間所傳輸資料的邏輯單元，由一個或多個扇區所組成。
（2）磁頭組合
磁頭臂
磁頭
磁頭組合：一個磁碟的所有磁頭在一起叫做磁頭組合，它們位於相同的柱面上。

2.細節

（1）磁軌、扇區、讀取速度的關係
一個盤面，從內到外有很多磁軌，同一個磁軌被劃分為若干個扇區。
其中扇區之間有間隙隔開，間隙佔磁軌的10%空間。
同一個盤面上磁軌上的資料密度相同，但是外側磁軌長度大於內側磁軌。
每一個扇區上的資料量是相同的（例如512位元組），所以外側磁軌扇區數大於內側磁軌。
由於盤面各個磁軌角速度相同，但是線速度不同，所以外側磁軌理論上來說讀取速度快於內側磁軌。
當然如果內外側磁軌採用不同密度，可以實現內外磁軌讀取速度相同，但是有兩個缺點
①製造工藝更加複雜
②浪費外側儲存空間
當然為了實現特定的目的，需要內外磁軌一致的讀取速度，也有可能這樣做。


（2）磁軌、磁頭、柱面
①磁頭並不會與磁軌接觸，而是靠地很近，可以感應盤面的磁方向，改變磁方向。
②同一磁碟的所有磁頭位於不同的盤面，但是相同的磁軌，這些相同的磁軌共同構成一個曲面，稱為柱面。


（3）磁碟讀取時間
①尋道時間，表示磁頭在不同磁軌之間移動的時間。
②旋轉延遲，表示在磁軌找到時，中軸帶動盤面旋轉到合適的扇區開頭處。
③傳輸時間，表示盤面繼續轉動，實際讀取資料的時間。
7200轉/min，旋轉一週需要8.33ms
尋道約10ms
所以整個磁碟讀取時間在一個磁軌上是10ms級的。

3.順序讀寫和隨機讀寫對於機械硬碟來說為什麼效能差異巨大？

順序讀寫=讀取一個大檔案
隨機讀寫=讀取多個小檔案
順序讀寫比隨機讀寫快的原因
①順序讀寫，主要時間花費在了傳輸時間，而這個時間兩種讀寫可以認為是一樣的。
隨機讀寫，需要多次尋道和旋轉延遲。而這個時間可能是傳輸時間的許多倍。
②順序讀寫，磁碟會預讀，預讀即在讀取的起始地址連續讀取多個頁面
（現在不需要的頁面也讀取了，這樣以後用時就不用再讀取，當一個頁面用到時，大多數情況下，它周圍的頁面也會被用到）  
而隨機讀寫，因為資料沒有在一起，將預讀浪費掉了。
③另一個原因是檔案系統的overhead。
讀寫一個檔案之前，得一層層目錄找到這個檔案，以及做一堆屬性、許可權之類的檢查。
寫新檔案時還要加上尋找磁碟可用空間的耗時。
對於小檔案，這些時間消耗的佔比就非常大了。