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问题硬盘的构造1.构造原理2.磁盘的读取响应时间3.磁盘硬件被系统虚拟化块pageLMR水平式记录磁盘PMR垂直式记录磁盘SMR瓦楞式堆叠磁盘避免购买到叠瓦式机械硬盘问题
想自己组建一个nas,但是看到一直有人说pmr垂直式硬盘与smr叠瓦式硬盘,还有人一直鄙视叠瓦式硬盘,我就好奇了,有什么区别吗?
硬盘的构造
1.构造原理
机械硬盘的主要结构就是马达,磁盘,磁头臂,磁头。
马达决定转速
磁头负责读写
磁盘负责容量
马达不是此次解释的重点
这里说磁头与磁盘
磁盘为了管理数据,划分了磁道与扇区,
老式磁盘每个扇区存储的数据大小是一样的,外圈数据密度小,内圈数据密度大
新的硬盘数据的密度都一致
某某数据块常常被说为某某磁道,某某扇区
从外围开始编号,0 1 2.。。
机械原理:
假如读取第5磁道第7扇区
读写数据实际上是磁头会先摆动到第5磁道上悬浮在第5磁道的上空几纳米处,等待着第7扇区转过来,之后读取数据,这是机械硬盘的寻道和寻址。
需要读取的磁盘的某某磁道,某某扇区都有许多方格,内部有磁性微粒,读取磁力的极性判断0 1
往往磁盘不止一个盘片,正反都可读写,盘片从下部算起,0 1 2.。。。,一个盘片有两面,两个编号,比如0面和1面,2面和3面
受到成本和体积限制,一般5片以内
磁道上下连接,获得一个虚拟的柱面
相同编号的磁道成为一个编号的柱面,比如磁盘的0柱面
老式磁盘因为扇区存储数据一致计算容量大小为:
存储容量 = 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数
图上磁盘是一个 3个圆盘6个磁头,7个柱面(每个盘片7个磁道) 的磁盘每条磁道有12个扇区,所以此磁盘的容量为:
存储容量 6 * 7 * 12 * 512 = 258048
新式计算更为复杂,因为扇面数据密度一样
2.磁盘的读取响应时间
寻道时间:磁头从开始移动到数据所在磁道所需要的时间
旋转延迟:盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间
数据传输时间:完成传输所请求的数据所需要的时间
读写一次磁盘信息所需的时间可分解为:寻道时间、延迟时间、传输时间。为提高磁盘传输效率,软件应着重考虑减少寻道时间和延迟时间。
3.磁盘硬件被系统虚拟化
块
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。
忽略对底层物理存储结构的设计
块是操作系统中最小的逻辑存储单位
操作系统与磁盘打交道的最小单位是磁盘块
Windows下如NTFS等文件系统中叫做簇;在Linux下如Ext4等文件系统中叫做块(block)
每个簇或者块可以包括2、4…2的n次方个扇区。
page
系统与内存操作,是虚拟一个页的概念来作为最小单位
扇区: 硬盘的最小读写单元
块/簇: 是操作系统针对硬盘读写的最小单元
page: 是内存与操作系统之间操作的最小单元。
扇区 <= 块/簇 <= page
LMR水平式记录磁盘
老式的线性LMR水平式记录磁盘规定读取磁力的极性,当磁力的极性冲着右边的时候是1,磁力的极性冲着左边的时候是0
PMR垂直式记录磁盘
对着技术发展,读写磁头更小了,原先横放的方格,现在竖着放也行,磁力极性冲下是0,磁力极性向上是1
LMR水平式记录磁盘,存储密度仅为每平方英寸133GB,而现在PMR垂直式记录磁盘可以做到每平方英寸1108GB,翻了将近9倍。
然而PMR存在空间浪费的问题
写磁头比读磁头宽,真正有效的数据,只有读磁头扫过去中间的很窄的一条,只是因为我们无法把写磁头做的更小,所以只能浪费一些上下磁道的空间,这是单根磁道
同时为了保证写头部不干扰到相邻磁道,磁道与磁道之间还有一定的间隔
如果能够利用这些浪费的空间,将会获得倍增的空间
接下来说垃圾SMR盘
SMR瓦楞式堆叠磁盘
属于PMR的一个分支,为了提高容量,对PMR的性能做了牺牲
因此升级后后的叫SMR,之前的PMR又被称为CMR
硬盘厂商想到了一个方法,把磁道像瓦片一样堆叠起来,摞成一层一层的样子
就像瓦片一样,那些让出来的空间都被利用了,空间有了大提升,但是缺点也十分明显
读磁头本身比较窄,一行一行的就可以完美的扫全部扫过去,这样就可以完成读取的操作
写磁头还是那么宽,扫过最上方磁道的时候,肯定会把下面的磁道数据也给写了
如果你尝试恢复下面的数据,下下面的数据又被覆盖了,以此类推任何一次写入都将极为费力,会把所有磁道的数据都写进去
众所周知,硬盘的寿命跟读写的次数有关,SMR频繁读写无异于自杀,使用中可能出现突发性的掉速,造成系统死机或者游戏卡死的问题
因此常用来作为监控盘,仓储盘使用。
避免购买到叠瓦式机械硬盘
厂家并没有将垂直式(PMR)和叠瓦式(SMR)标注在硬盘标签上,看厚度也不一定能看出来
因此应该综合判断
1、看容量
垂直式是可以做到单碟约1.6TB容量,所以市面上1TB或者以下容量基本上都不是叠瓦式
2、看缓存
一般来说,对于叠瓦式硬盘,厂家为了弥补性能缺陷,配备的缓存较大,通常是128MB或者256MB,而垂直式的缓存都比较小,一般是32MB或者64MB。
但是从硬盘缓存辨别是否是叠瓦式有弊端,因为大容量的垂直式硬盘,例如4TB以上的容量,可能也采用的是256MB缓存。
3、看厚度
相同的容量下,叠瓦式相比垂直式厚度更薄一些
比比相同容量的厚度参数可见,一般误差有6mm
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