磁盘与存储性能

1. 核心解构 (The Kernel)

• I/O 性能指标：
  • 吞吐率 (Throughput/Bandwidth)：单位时间传输的数据量（如 MB/s）。适合多媒体流。
  • 响应时间 (Latency)：完成一次 I/O 请求的时间。适合数据库事务。
• 机械硬盘 (HDD) 物理原理：
  • 结构：盘片 (Platter)、磁道 (Track)、扇区 (Sector)、柱面 (Cylinder)。
  • 存取时间公式 ($T$)： $T=T_{seek}+T_{rotation}+T_{transfer}+T_{controller}$
    • 寻道时间 ($T_{seek}$)：磁头移动到指定磁道的时间（最慢，毫秒级）。
    • 旋转延迟 ($T_{rotation}$)：扇区转到磁头下的时间（平均为转动一圈时间的一半）。
    • 传输时间 ($T_{transfer}$)：读写数据的时间。
  • 转速 RPM（Revolutions Per Minute）：每分钟转多少圈
  • 瓶颈：机械运动是微秒级电子世界的“慢动作”。

2. RAID 与 SSD (Modern Storage)

• RAID (磁盘阵列)：通过并发和冗余换取速度与可靠性。
  • RAID 0：条带化 (Striping)，速度最快，无冗余。
  • RAID 1：镜像 (Mirroring)，最安全，成本高。
  • RAID 5：分布式奇偶校验，折中方案。
• SSD (固态硬盘)：
  • 原理：NAND Flash，电信号读写，无机械延迟。
  • 接口：从 SATA (模拟磁盘) 进化到 NVMe/PCIe (直连 CPU 总线)。

3. 关联链接

• 数据库原理：为什么数据库要尽量顺序读写？（减少寻道时间）。
• 云原生存储：Ceph 等分布式存储如何通过软件定义 RAID。