前几天在红黑联盟上看了一篇博客《Linux文件系统十问—深入理解文件存储方式》，上一篇博客简单的了解了一下linux文件系统，所以想自己再深入理解一下这十个问题。
先来看看这十个问题：
1、机械磁盘随机读写时速度非常慢，操作系统是采用什么技巧来提高随机读写的性能的？
2、touch一个新的空文件占用磁盘空间吗？ 占用的话占用多少？
3、新建一个空目录占用磁盘空间吗？占用多少？和新建一个文件相比，哪个占用的更大？
4、你知道文件名是记录在磁盘的什么地方吗？
5、文件名最长多长？受什么制约？
6、文件名太长了会影响系统性能吗？为什么会产生影响？
7、一个目录下最多能建立多少个文件？
8、新建一个内容大小1k的文件，实际会占用多大的磁盘空间？
9、向操作系统发起读取文件2Byte的命令，操作系统实际会读取多少呢？
10、我们使用文件时要怎么样来能提高磁盘IO速度？
一：磁盘构成及分区
1：磁盘的物理结构
先说一下磁盘的物理结构，这里机械硬盘，固态硬盘SSD这里不做讨论。对于管理磁盘，分磁盘面，磁头，磁道，柱面和扇区。
磁盘面：一个磁盘是由一叠组成的。
磁头(heads)：每个对应一个磁盘面，负责该磁盘面上的数据读写。
磁道(track)：每个圆心划分出多个同心圆圈，每个圆圈叫做一个磁道。
柱面(cylinders)：所有盘面上的同一位置的磁道组成的立体叫做一个柱面。
扇区(sector)：以磁道为单位管理磁盘仍然太大，所以又把每个分出了多个扇区。
如图：
在原文章中笔者用fdisk -l查看了当前系统使用磁盘的物理信息，结果可以磁头数，磁道，扇区数等等。
可以看出他的磁盘有255个heads，也就是说共有255个盘面。3263个cylinders，也就是说每个盘面上都有3263个磁道， 63sectors/track说的是每个磁道上共有63个扇区。命令结果也给出了Sector size的值是512bytes。算一下该磁盘的大小：
255盘面 * 3263柱面 * 63扇区 * 每个扇区512bytes = 26839088640byte。
结果是26.8G,和磁盘的总大小相符（至于fdisk给出的详细结果相差了约4M的大小，笔者也没有弄彻底明白，有兴趣的读者可以继续研究）。
另外查看了其它两台机器的磁盘情况，发现个有意思的事情。如下图，无论磁盘的容量大或者是小，其磁头数和每磁道扇区数都是不变的，只是磁道变多了而已。
2：分区
分区的话，我们先根据磁盘的物理结构两个方案：
方案一： 255个盘面，C盘是0-100盘面， D盘是101-200个盘面,……
方案二：3263个柱面，C盘0-1000个柱面，D盘1001-20001个柱面,……
要想选取两种方案较高效的一个，我们先来看一下磁盘IO时的过程。第一步，首先是磁头径向移动来寻找数据所在的磁道。这部分时间叫寻道时间。第二步，找到目标磁道后通过盘面旋转，将目标扇区移动到磁头的正下方。第三步，向目标扇区读取或者写入数据。到此为止，一次磁盘IO完成，故：
单次磁盘IO时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 存取时间。
同一分区的数据经常会一起读取，所以再来看看两种方案，如果使用方案一的话，磁头就需要在多个磁道间不停地跳来跳去，这样磁盘的寻道时间就会翻倍，磁盘性能就会下降。对于方案二的话，磁头只需要在较少量的磁道移动即可，大大降低了寻道时间。
所以，方案二的分区方式可以降低磁盘IO时间中的寻道时间部分，所以所有的操作系统采用的都是方案二，没有用方案一的。
在Linux下使用过fdisk进行分区的话可以注意到以下信息：
这充分证明了操作系统是采用方案二的。
回到开篇提出的问题1，操作系统是采用什么技巧来降低随机读写的性能问题的呢？操作系统通过按磁道对应的柱面划分分区，来降低磁盘IO所花费的的寻道时间 ，进而提高磁盘的读写性能。
二：目录与文件
1：引出问题