为什么机械硬盘随机读取性能和连续读写性能差那么多？

会员1138287

为什么机械硬盘随机读取性能和连续读写性能差那么多？

会员1138259

磁盘结构介绍

磁盘结构简介

再来看下访问时间，主要有三个部分：
1. 寻道时间，为读取某个目标扇区的内容，传动臂首先将磁头定位到包含目标扇区的磁道上，这个过程花费的时间即为寻道时间。平均值 3 ~ 9 ms，最大可至 20 ms。
2. 旋转延迟，磁头定位到目标磁道后，驱动器等待目标扇区的第一个位旋转到磁头下，这个过程如果是 5400 转的磁盘，平均大概为 5 ms。
3. 传送时间，当目标扇区的第一个位位于磁头下，到访问完所有数据花费的时间，如果数据量为一个扇区的容量，这个时间取决于旋转速度和每个磁道的扇区数目（密度），假定每个磁道平均扇区数目为 400，那么这个时间大概为 0.03 ms。

综上，如果读取一个扇区的数据，那么平均用时大概为 9 + 5 + 0.03 = 14.03 ms。主要时间是 寻道时间 和 旋转延迟，而实际访问几乎不用时间。

这也是为什么连续读取速度很快，就是因为这个『连续』，这一次读取过程中，可以简单的理解为寻道和旋转延迟只有一次（不严谨），大部分时间都花费在实际传送上。简单计算下，如果只有传送时间，5400 转，每扇区 512 字节，每个磁道 400 个扇区，那么每秒可以传送 5400 RPM / 60 sec * 400 * 512 = 18,432,000 B / s = 17 MB / s。现在的磁盘，实际的实现复杂，比如每个磁道拥有的扇区数目不一致，不过一般而言，可以简单认为各个参数比上述的值要高很多（比如扇区数目 / 比如扇区容量），达到 100 + MB 也是可以的。不过整体原理没变，寻道时间和旋转延迟总是存在的，当大量的读取小文件的时候，也就是不是『顺序』读取，每次读取寻道时间和旋转延迟都要再来一遍，假设每个小文件每个 1 K，平均也就能到 1000 ms / 14 ms * 1 K = 70 KB / s（按上述 100 / 17 的倍数，也就是 420 KB / s，和你测试值相近），文件再小一点，速度还可以进一步下降。

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会员1138295

袜子提到了磁盘寻道，这里再补充两个原因。

硬盘读取连续数据的时候会预读，也就是前面的数据还在路上，后面的数据就开始读了。但随机读取会浪费预读。

另一个原因是文件系统的overhead。读写一个文件之前，得一层层目录找到这个文件，以及做一堆属性、权限之类的检查。写新文件时还要加上寻找磁盘可用空间的耗时。对于小文件，这些时间消耗的占比就非常大了。

会员1138313

随机读写的时候磁头要多次寻道，消耗很长时间。