大容量儲存與磁碟排程

磁碟幾何(disk geometry)

想想你要怎麼描述一座由圓形階梯劇場層層堆疊而成的巨大場館裡的某個座位。你可以說在哪一層樓(哪個磁片表面)、從中心往外數第幾圈座位(哪條磁軌),以及那一圈上的第幾個座位(哪個磁區)。這三個數字合起來,就精確釘住了唯一的一個位置。磁碟幾何就是硬碟的這套定址方式:用實體位置來命名旋轉磁片上任何一個微小的點。

具體來說,經典的方案稱為 CHS——磁柱、磁頭、磁區。磁片是一疊由磁軌組成的同心圓環;橫跨所有磁片表面、位於同一半徑的對應磁軌構成一個磁柱(所以「磁柱」決定了臂伸出多遠)。磁頭號決定哪個磁片表面(哪一片磁片的上面或下面)。磁區號決定那條磁軌上的哪一段弧。所以像(磁柱 200、磁頭 3、磁區 17)這樣的三元組,就指名了某一個確切的資料區塊。磁柱之所以是自然的分組,是因為所有讀寫頭裝在同一支臂上一起移動:一個磁柱裡的每條磁軌都不必再搜尋就能到達,所以把相關資料存在同一磁柱內,可以避免緩慢的臂移動。

為什麼在歷史上重要:作業系統曾經以 CHS 的形式下達讀寫指令,必須理解硬碟的實體佈局。但這暴露了太多細節,而且隨著硬碟越來越聰明而失效——外圈磁軌較長,比內圈容納更多磁區(分區記錄),硬碟也開始在內部隱藏壞磁區並重新映射。因此現代硬碟改為呈現一種扁平的編號,稱為邏輯區塊定址,作業系統不再需要真正的幾何。幾何在實體上依然存在,也依然解釋著效能(搜尋與旋轉),即使軟體不再直接對它定址。

舊系統會寫出「讀取 CHS(10, 0, 5)」。如今它們寫的是「讀取 LBA 1492」,再由硬碟自己的電路把那個扁平的號碼轉譯成目前真正存放它的磁柱、磁頭與磁區——這轉換甚至可能是在悄悄把一個磨損的位置重新映射到別處之後才發生的。

實體幾何依然存在;只是軟體不再對它定址了。

現代硬碟回報的 CHS 數字通常是虛構的佔位值,並非真正的內部佈局。不要把回報的幾何當成實體真相;如今對軟體有意義的只有 LBA。

又稱
CHScylinder-head-sector磁柱-磁頭-磁區