磁盘容量大，价格低，存取速度快，断电信息后不丢失，可随机存取，因此成为计算机系统中最主要的文件存储设备。磁盘系统的可靠性及其I/O速度的高低，将直接影响到文件操作的效率。
 
1）盘面
 
磁盘每一个盘片都有两个盘面，即上、下两个盘面，都可以用来存储数据。每一个有效盘面都有一个盘面号。在硬磁盘系统中，盘面号又叫磁头号，因为每一个有效盘面都有一个对应的读写磁头。
 
 
2）磁道、扇区
 
下图显示的是一个盘面，盘面中一圈圈灰色同心圆为一条条磁道，从圆心向外画直线，可以将磁道划分为若干个弧段，每个磁道上一个弧段被称之为一个扇区（图示绿色部分）。扇区是磁盘的最小组成单元，通常是512字节。（由于不断提高磁盘的大小，部分厂商设定每个扇区的大小是4096字节）
 
 
3）柱面
 
硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。
 
 
所以读取磁盘必须要获取这块待读扇区对应的柱面号(cylinder)、磁头号(head)、扇区号(sector)。
 
磁盘访问时间=寻道时间+旋转时间+传输时间
 
寻道时间：把磁头从当前位置移动到指定的磁道所需要的时间。
 
通常表示为：T=m*n+s
 
s为启动磁臂的时间；m为移动一条磁道所需要的时间；n为需要移动的磁道数。
 
寻道是做直线运动，所耗时间较多，通常为8~12ms。
 
旋转时间：欲访问扇区旋转到磁头下面所需要的时间，通常可以认为是半周旋转时间，大约为4ms。
 
传输时间：把数据从磁盘读出或向磁盘写入所需要的时间，通常为0.3ms。
 
所以可以发现，磁盘访问主要时间是寻道时间。为了能改善磁盘的访问速度，引入了盘块的概念。盘块就是若干个扇区，系统每一次读取磁盘，不是一次性读取一个扇区，而是读取一个盘块(也就是若干个扇区)，这样能改进磁盘访问的效率。当然这也有一个缺点，是以空间牺牲来换取时间上的改进，盘块的大小尺寸会造成一些碎片。
 
扇区是磁盘最小的物理存储单元，一般而言是每个扇区512B大小，但是操作系统通常不直接管理每一个扇区，而是通过将若干个扇区组成的一个更大的集合来去进行操作管理。这个比扇区更大的集合，在Windows下叫做簇；在Linux下叫做块（block）
 
 
 

 
磁头指的是通过磁性原理读取磁性介质上数据的部件。 硬盘磁头，是硬盘读取数据的关键部件。
 
 
先来先服务算法根据磁盘请求的时间先后进行调度，因而可能随时改变磁头方向。而电梯调度、循环扫描算法均限制磁头的移动方向。
 

一、读写操作时间
 
假设要连续读取橙色区域的 2、3、4扇区：
 磁头读取一块的内容（也就是一个扇区的内容）后，需要一小段时间处理，而盘片又在不停地旋转因此，如果2、3号扇区相邻着排列，则读完2号扇区后无法连续不断地读入3号扇区必须等盘片继续旋转， 3号扇区再次划过磁头，才能完成扇区读入。
 
结论：磁头读入一个扇区数据后需要一小段时间处理，如果逻辑上相邻的扇区在物理上也相邻，则读入几个连续的逻辑扇区，可能需要很长的“延迟时间”
 
（一）减少延迟时间的方法：交替编号
 
若采用交替编号的策略，即让逻辑上相邻的扇区在物理上有一定的间隔，可以使读取连续的逻辑扇区所需要的延迟时间更小。
 
 
（二）磁盘地质结构的设计
 
1. 思考：为什么？磁盘的物理地址是（柱面号，盘面号，扇区号）而不是（盘面号，柱面号，扇区号）？
 

 
 
结论：读取地址连续的磁盘块时，采用（柱面号，盘面号，扇区号）的地址结构可以减少磁头移动消耗的时间
 
（三）减少延迟时间的方法：错位命名
 
1. 方案一：若相邻的盘面相对位置相同处扇区编号相同
 

 
 
2. 方案二：错位命名
 

 
 
 
 
 
二、磁盘的管理
 
（一）磁盘初始化
 
 
Step 1：进行低级格式化（物理格式化），将磁盘的各个磁道划分为扇区。一个扇区通常可分为 头、数据区域（如512B大小）、尾 三个部分组成。管理扇区所需要的各种数据结构一般存放在头、尾两个部分，包括扇区校验码（如奇偶校验、CRC循环冗余校验码等，校验码用于校验扇区中的数据是否发生错误）
Step 2：将磁盘分区，每个分区由若干柱面组成（即分为我们熟悉的 C盘、D盘、E盘）
Step 3：进行逻辑格式化，创建文件系统。包括创建文件系统的根目录、初始化存储空间管理所用的数据结构（如 位示图、空闲分区表）
 
（二）引导块
 
计算机开机时需要进行一系列初始化的工作，这些初始化工作是通过执行初始化程序（自举程序）完成的
 
初始化程序程序（自举程序）放在ROM中存在什么问题？
万一需要更新自举程序，将会很不方便，因为ROM中的数据无法更改。如何解决呢？
 
 
（三）坏块的管理
 
坏了、无法正常使用的扇区就是“坏块”。这属于硬件故障，操作系统是无法修复的。应该将坏块标记出来，以免错误地使用到它.
 

通常磁盘数据访问时间计算分为三个部分（实际上是四个，但是启动时间不加说明时忽略不计）：
 
寻道时间，也称寻找时间：磁头移动到指定磁道需要的时间
延迟时间：磁头定位到某一磁道的扇区所需要的时间
传输时间：从磁盘读出或者写入经历的时间
 
值得强调的是，寻找磁道的时间是最大的影响因子，因此各种调度算法目的都是为了优化寻道的时间。盘面上密密麻麻的同心圆，找到需要的那个想来就很费时间，再加上访问的数据不必在相邻或相近磁道，因此如何降低总的寻道时间是我们关注的重点。
 
一旦找磁道的问题得到了解决，那么在道上寻找扇区也不会那么难了。最多是转一圈就可以找到，最少是进到道上就是需要的扇区。因此平均是转半圈的时间。
 
而读取磁道上的数据耗时计算，我们通常是简化了的，即读一个磁道的数据耗时就是转动一圈的时间。
 
实际上，为了达到这个效果，需要的策略是扇区的交错编号。为什么呢，因为读完一个扇区，就需要一点时间休息调整一下。机器也要缓冲，不能连续不断工作。
 
连续编号是指，读取的扇区是0，1，2，3…编号时它们不相邻，隔着一段能够修整好的时间，通常隔一个扇区即可。这样读取一圈磁道需要耗时并不是转一圈的时间，而是两圈。但是我们计算时还是简化了，也不考虑背后的设计逻辑，简单考虑为，可以连续工作。
 
背后的设计与妥协可以思考一下，计算本身还是依据简化的模型来。
 
因此总的时间可以简单记为：寻道+转半圈寻找扇区+读取。
 
看一个例子，这里需要注意的是转速的单位。我们通常用r转/s，但是不排除有些故意挖坑，设置为r s/转。因此要留心。
 
已知某磁盘的平均转速是r秒/转，平均寻找时间是T秒，每个磁道可以存储的字节数是N，现在向该磁盘写入b字节的数据，采用随机寻道的方法，每道的所有扇区组成一个簇，其平均访问时间是(r+T)b/N.
 
推导：寻道时间已经告知为T, 现在需要读出b字节，随机读写，则需要的磁道数是b/N。 
 那么寻道的总时间是：bT/N. 
 因为一个道就作为一个簇，不用涉及寻找扇区时间，因此读写总时间就是：rb/N.
 
因此总时间就是(r+T)b/N。