文件系统入门到精通：理解与优化 Linux 文件存储
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前言：
Linux 文件系统是 Linux 内核管理数据存储和访问的核心部分，它提供了一种结构化方式来组织、存储和检索数据。Linux 支持多种文件系统类型，如 ext4、XFS、Btrfs、FAT32、NTFS 等。
机械磁盘（HHD）
HHD构成
机械磁盘（硬盘）由以下几个主要部分组成：
- 盘片：存储数据的圆形盘片，表面涂有磁性材料，数据通过磁头读取或写入。
- 磁头：用于读写数据的部件，悬挂在磁头臂上，移动时在盘片表面上方“飞”行。
- 磁头臂：支撑磁头的臂，控制磁头在盘片表面上定位。
- 主轴电机：驱动盘片旋转的电机，通常以7200转/分钟或5400转/分钟的速度旋转。
- 控制电路：硬盘的控制器，处理数据读写请求并控制磁头、盘片和电机的操作。
- 外壳：硬盘的金属外壳，保护内部组件免受外界损害。
盘片构造
左侧 (a) 单个盘片的结构：
- 主轴（中心蓝色部分）：用于驱动盘片旋转。
- 磁道（同心圆）：数据存储在盘片表面上的磁道中，每个磁道由多个扇区组成。
- 间隙：磁道之间存在间隙，以避免数据干扰。
右侧 (b) 多个盘片的结构：
- 多个盘片（盘片 0、盘片 1、盘片 2）：硬盘通常由多个盘片叠加在主轴上，每个盘片的两面都可以存储数据。
- 柱面（Cylinder）：在所有盘片相同磁道编号的位置组成的垂直数据存储单元，称为柱面。
- 主轴：所有盘片固定在主轴上，并由主轴电机驱动同步旋转。
磁盘IO本质（通过磁头）
磁头和盘片之间存在一定间隙（大约0.1微米）。主要通过磁场变化进行IO：
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电流通过线圈：在写操作中，磁头内部有一个非常细小的线圈，当电流通过线圈时，会产生一个强大的磁场。
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磁场作用：这个磁场作用于盘片表面的磁性颗粒，磁头会控制磁场的方向，从而改变磁性颗粒的极性。每个磁性颗粒在盘片表面都可以被改变磁极，代表“0”或“1”数据。
- 磁场方向的变化会将磁性颗粒的方向改变，形成不同的磁性状态。这种状态的变化表示了存储的数据（通常是二进制数据，即“0”和“1”）。
扇区写入：这些磁性颗粒的排列方式在物理上存储数据，每个磁道上的一段数据通常由多个扇区组成。磁头的动作会将每个扇区的磁性状态按照预定的数据模式进行写入。
磁盘访问时间影响
磁盘以扇区为单位进行IO：对扇区的访问有以下三个主要部分
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寻道时间（Seek time）： 机械硬盘使用一个机械臂，靠近盘片表面读取或写入数据。这个过程首先需要将磁头移动到正确的磁道位置上。这一步骤会产生一定的延迟时间。磁头在磁盘上来回移动，以找到存储
