磁盘介绍
磁盘（Disk）是计算机存储设备的一种，用于持久存储和读取数据。它以圆盘状的物理结构为基础，通过磁性材料在盘片上制造磁道和磁点，利用磁头来读写数据。
磁盘分类
磁盘的常见类型包括硬盘驱动器（HDD），固态硬盘（SSD），光盘（CD/DVD/Blu-ray）和闪存盘（如U盘）。下面对每种磁盘进行简要介绍：
- 硬盘驱动器（HDD）：硬盘是一种通过旋转的盘片来存储数据的磁盘，盘片上通过磁性材料制造的磁道和磁点来存储数据。它还包含读写磁头、电机驱动系统和接口等组件。硬盘的优势在于存储容量大、成本低，但相对较慢且易受机械故障影响。
- 固态硬盘（SSD）：固态硬盘是一种使用闪存芯片存储数据的磁盘，不包含可移动部件。它具有较快的读写速度、抗震抗摔性能好、低电能消耗等特点。但相对于硬盘，SSD的存储成本较高，容量也有限。
- 光盘：光盘使用激光技术来读取和存储数据，包括CD、DVD和Blu-ray。光盘的存储容量相对较小，但可读性较好（光盘不易受污染）且便于携带。
- 闪存盘（U盘）：闪存盘或称为加密式存储器（USB Memory）是一种用于移动存储的固态存储设备。它具有体积小、便携、可读写多次等特点。闪存盘使用闪存芯片存储数据，插入计算机的USB接口进行数据传输。
磁盘构成
磁盘主要有盘片、磁头、磁道、扇区、柱面
1. 盘片：磁盘存储数据的基础，由硬质合金材料或玻璃材料等涂布磁性材料形成。
2. 磁头：读取和写入数据的关键部件，悬浮在盘片上方几微米的距离，可以读取和写入数据。
3. 柱面：盘片上的一个圆形轨迹，是磁头在同一半径下的所有磁道组成的一个圆柱体。
4. 磁道：磁头在盘片上移动时所经过的路径，通常是一个圆周。
5. 扇区：磁盘的最小数据存储单位，通常为512字节。扇区是硬盘或磁盘的最基础单位，不同的文件系统可能将一个文件或目录分散存在多个扇区中。
磁盘容量计算公式
存储容量=磁头数*磁道（柱面）数*每道扇区数*每扇区的字节数
磁盘分区
磁盘分区有两种主要类型：主分区和扩展分区。
- 主分区是在磁盘上直接创建的分区，可以安装操作系统和存储数据。
- 扩展分区则是用来划分逻辑驱动器的一种特殊主分区，允许创建多个逻辑分区。每个扩展分区可包含多个逻辑分区，它们可以独立地进行文件系统格式化和使用。
存储和数据管理中的基本概念
扇区：硬盘的最小读写单元
磁盘块：是操作系统针对硬盘读写的最小单元
Page：是内存与操作系统之间操作的最小单元
磁盘调度方法
1. 先来先服务（FCFS）：按照进程请求访问磁盘的顺序来进行服务，简单直接，但可能导致磁头在磁道间来回移动，效率较低。
磁头位置在60
假如柱面为12、80、5、60、95、20、86、35、72、55
柱面访问顺序：12、80、5、60、95、20、86、35、72、55
磁头移动：60-12+80-12+80-5+60-5+95-60+95-20+86-20+86-35+72-35+72-55=527个磁道距离
请求平均需要移动：527/10=52.7个磁道
2. 最短寻道时间优先（SSTF）：选择离当前磁头位置最近的请求进行服务，能够减少寻道时间，但可能导致某些请求长时间等待。
磁头位置在60
假如柱面为12、80、5、60、95、20、86、35、72、55
柱面访问顺序：60，55，72，80，86，95，35，20，12，5
磁头总共移动：60-55+95-55+95-5=135个磁道距离
请求平均需要移动：135/10=13.5个磁道
3. 扫描算法（SCAN）：也称为电梯算法，磁头按一个方向移动，直到到达最边缘，然后改变方向继续移动。这样可以避免长时间等待，但在某些情况下可能导致某些请求长时间等待。
假如柱面为12、80、5、60、95、20、86、35、72、55 磁头位置在60
柱面访问顺序：60，72，80，86，95，55，35，20，12，5
磁头总共移动：95-60+95-5=125个磁道距离
请求平均需要移动：125/10=12.5个磁道
4. 循环扫描算法（C-SCAN）：类似于扫描算法，但磁头在到达最边缘后立即返回，不会继续向另一方向移动。可以避免请求长时间等待的情况。
假如柱面为12、80、5、60、95、20、86、35、72、55 磁头位置在60
柱面访问顺序：60，72，80，86，95，100，0，5，12，20，35，55
磁头总共移动：100-60+55-0=95个磁道距离
请求平均需要移动：95/10=9.5个磁道
磁盘索引
磁盘索引是指在文件系统中用于快速查找文件或数据的一种数据结构。通过磁盘索引，可以在文件系统中快速定位到文件或数据所在的物理位置，提高文件的访问效率。
1. FAT（文件分配表）：FAT是一种文件系统索引结构，用于存储文件在磁盘上的分配情况。通过FAT表，可以查找文件数据所在的磁盘簇号，进而定位到文件在磁盘上的存储位置。
2. 索引节点（Inode）：索引节点是UNIX和类UNIX系统中常见的文件系统索引结构。每个文件都有一个对应的索引节点，其中包含了文件的元数据信息和指向文件数据所在磁盘块的指针。
3. MFT（主文件表）：MFT是NTFS文件系统中的索引结构，用于存储文件的元数据信息和数据所在的簇号。通过MFT表，可以快速查找文件的信息和数据存储位置。
4. B树和B+树：B树和B+树是常用的索引数据结构，用于构建数据库索引以提高查询效率。在磁盘文件系统中，也可以使用B树或B+树来构建文件索引，快速查找文件数据的位置。
例题：
某文件系统采用多级索引结构，若磁盘块的大小为 512 字节，每个块号需占 3 字节，那么根索引采用一级索引时的文件最大长度为 （1） K 字节；采用二级索引时的文件最大长度为 （2） K 字节。
（1）A、85
B、170
C、512
D、1024
（2）A、512
B、1024
C、14450
D、28900
（1）512/3=170 ，一个磁盘块可以使用170个块。因此，170*512/1024=85,选A。
（2）二级索引=一级索引*一级索引*大小=170*170*512/1024=85*170=14450，选C。
例：某文件系统采用多级索引结构。若磁盘块的大小为1K字节，每个块号占3字节，那么采用二级索引时的文件最大长度为（26）K字节。
A.1024 B.2048 C.116281 D.232562
(1024/3)*(1024/3)*1024/1024 选C。
