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对于程序员来说，除了需要掌握软件编程技术以外，对于计算机硬件设备也是需要了解和熟悉的，而今天我们就一起来了解一下，机械硬盘使用原理与性能优化。
机械硬盘是一种基于电子的、非易失的机械数据存储设备，它使用磁性存储器存储并查找磁盘上的数据，在读取和写入数据的过程中，硬盘机械臂连接的磁头会读写磁盘表面的位6。
正是因为磁盘具有比较复杂的机械结构，所以磁盘的读取和写入都要花费很多时间，数据库的读写性能也基本都依赖于磁盘的性能，如果我们在使用机械硬盘的数据库中随机查询一条数据，这可能会触发磁盘的随机I/O，然而将数据从磁盘读取到内存中所需要的成本是非常大的，普通磁盘(非SSD)加载数据需要经过队列、寻道、旋转以及传输的这些过程，大概要花费10ms左右的时间7。
当我们在磁盘中读取文件时，如果文件的内容散落到了磁盘上的不同位置，它可能需要执行多次随机I/O才能够获取该文件的全部内容，这对于机械结构的磁盘来说是很大的额外开销。如果文件的内容会存储在相同的位置，那么读取文件时仅需要执行一次随机I/O，后续的读取都可以使用速度约为40MB/s的顺序I/O，这可以显著减少文件的读取时间。
碎片化的文件在机械硬盘上会导致比较严重的性能问题，在理想情况下，我们希望磁盘能够达到它的读写带宽上限;但是在实际使用过程中，频繁的随机I/O让磁盘将大多数的时间都花在寻道和旋转上，导致其无法全力工作。与机械硬盘相比，具有电子结构的固态硬盘能够更好地耐受碎片化的文件系统，而整理碎片反而会影响它的使用寿命。
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2025-02-12
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