磁盘物理结构
主要包括：
- 磁盘盘片：存储实际数据；
- 主轴：转动盘片；
- 读写磁头：读写盘片上的实际数据；
- 转动手臂：伸展磁头，让磁头位于要读取数据的盘片位置；
- 转动轴：负责转动手臂的伸展；
每个磁盘有一到多个盘片，每个盘片有上下两个面用来存储数据，对应有上下两个磁头负责读写。
磁盘相关术语
- 磁道：盘面上有很多半径不同的同心圆，每个同心圆为一个磁道；
- 扇区：每个磁道被等分成若干个弧段，每个弧段为一个扇区；
- 柱面：多个盘面上半径相同的同心圆组成一个柱面；
存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每个磁道扇区数×每个扇区字节数
影响磁盘性能的主要因素
- 寻道时间：将读写磁头移动到正确的磁道上方需要花费的时间，毫秒级；
- 旋转时间：主轴将请求的数据所在的盘面扇区移动到磁头下方所花费的时间，毫秒级；
- 数据传输时间：完成数据传输所需要的时间；
一次I/O请求耗时 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 数据传输时间
旋转时间与磁盘转速有关，大约是磁盘转一圈所需时间的一半。例如：7200rpm的磁盘旋转时间约为60×1000/7200/2=4.17ms。
磁盘性能的衡量指标
- IOPS：每秒内磁盘的读写次数，理论值计算方法：IOPS = 1000 / （Tseek + Trotate + Transfer）；
- 吞吐量：单位时间内传输的数据量；
机械硬盘的顺序读写性能很好，但随机读写性能很差，这主要是因为：磁头移动到对应的磁道上需要时间，随机读写时，磁头需要不停的移动，时间都浪费在了磁头的移动上，所以性能不高。
操作系统一次IO路径
一次IO请求，在操作系统层面，从上到下大致经过以下几个层次：
- 虚拟文件系统层（VFS Layer）：主要是对不同的文件系统，提供统一的访问接口；
- 文件系统层（NFS/Ext2/Ext3/NTFS等）：Linux系统允许多种文件系统共存，每一个分区使用一种文件系统，可以跨文件系统操作文件；
- 缓存层（page cache）：缓存磁盘上的数据，提高IO读写的性能；
- 通用块层（Generic Block Layer）：对底层块设备的抽象，是粘合所有上层和底层的部分，BIO是其主要数据结构；
- IO调度层（IO Scheduler Layer）：采用合适的IO调度算法，调度IO请求到下层，会对IO请求进行排序合并；
- 块设备驱动层（Block Device Driver Layer）：从上层中取出I/O请求，并根据该I/O请求中指定的信息，通过向具体块设备的设备控制器发送命令的方式，来操纵设备传输数据；
- 块设备层（Block Device Layery）：磁盘设备；
IO性能优化技巧
- 追加写：保证写性能的情况下优化读性能，类似的有HDFS、Kafka;
- 合并小文件：大小小于一个block的小文件合并保存在一个block中；
- 元数据管理优化：减少对元数据的查询操作，将小于1k的文件直接保存在inode中；
