我是一块硬盘

大家经常吐槽我的速度慢，说我是机械装置。但是谁没有缺点呢？况且，我持久化数据、容量大、价格低的优势，分分钟可以碾压CPU和内存老弟！今天，我想向世人介绍我自己，我相信，在我介绍完之后，大家一定能够开始理解并真正喜欢上我。

下面是我的外表，一块金属片，和一些机械装置。今天，我的容量已经可以达到1TB甚至1PB的大小，在计算机中起到了举足轻重的作用！

而我的内部也非常丰富！我的内部由一个主轴串着许多盘片，就像冰糖葫芦一样，每个盘片的上下面都是用来存储数据的，由两个读写磁头在盘面上移动、旋转，来读写数据。看起来像不像老式的转唱机？

对于每一个盘面，有一些同心圆环，叫做磁道，把一个给定磁盘臂位置的所有磁盘的对应磁道合并起来，组成了一个柱面。每个磁道划分为若干扇区。在我工作的时候，主轴带动所有的盘片高速旋转，读写磁头负责前进后退，首先找到对应的磁道（花的时间叫做寻道延迟），再找到对应的扇区（花的时间叫旋转延迟），再对特定扇区进行数据的读写操作，数据读写的过程是电磁变化的过程。到这里，大家应该能理解为啥我那么慢了，因为我要机械地移动和旋转，拿我和CPU比速度，那比就是拿自行车跟飞机比谁更快么！

文件的实现

但在实际使用时，大家是不知道我的具体细节的，也不需要关心要在我的哪个盘片、哪个磁道、哪个扇区去读取数据。因为我给了人们一个叫做磁盘块的存储单元。你只需要说，我要第xx磁盘块，得勒，我就能告诉你它在哪。

一、连续分配

用块作为逻辑的存储单位，是为了存储文件！没错，你们日常使用的文件，其在磁盘的基本单位就是块。那么，多个磁盘块是如何组成一个文件的呢？最简单的方法，就是连续分配。将连续的磁盘块用来存储文件的内容。非常简单吧？而且只需要第一个块的位置0，可以访问第n块的内容，因为它们是连续的！

二、链表分配

但是会有一个磁盘碎片的问题，比如文件B被删除了，但是它所在的3个磁盘块会被空着，这就是磁盘碎片。怎么利用这3个磁盘块呢？天啊，要么将后面的文件C的内容往前移，要么往碎片中填充新的内容。第一种要复制内容到前面，太浪费时间了，第二种又不知道放什么内容好。啊，碎片真的让我头大。所以，还有其它的存储文件的方法：链表分配。

简单来说，每个块可以不是连续的，在文件块的头几个字节作为一个指针，指向下一个存储的文件块。这就解决了磁盘碎片的问题了，有木有！但是这种方法有两个缺点，一个是每个块都将有指针，这浪费了空间；二是不能再愉快的访问任意个文件块了，比如要访问文件块4，那我必须先依次访问文件块0、1、2、3，这浪费了时间。

三、采用内存中的表进行链表分配

为了解决链表分配的问题，我把这个指针放在内存里，这就是第三个方案：采用内存中的表进行链表分配。

上面这张指针地址表放在内存中，解决了占用磁盘空间的问题，要想访问任意一块，现在内存计算好最终的地址，再去访问磁盘，这样就不需要在磁盘上浪费宝贵的时间了。我们将内存中这样一张表叫做：文件分配表。当然，缺点也有，就是这张表记录了所有的磁盘块，所以当磁盘容量太大的时候，就GG了，因为这张表就会在内存占用太大的空间，这可不是一件好事！

四、i节点
当前大部分Linux操作系统采用的是i节点的文件存储方案。在这个方案中，每个文件都会被赋予叫做一个i节点的数据结构，其中列出了文件属性和文件块的磁盘地址。只要给定i节点，就能找到对应的文件块！而且只有文件打开时，其对应的i节点才会在内存中出现。也不需要在内存维护一个那么长的表了。i节点实现文件存储是当前比较流行的实现。

说了那么多，我都有点口渴了呢。大家要不改天再聊？下次可以去教室找我，我有一个弟弟：内存。到时我再向各位介绍他。感谢大家的时间，下次再见啦！

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