本節書摘來異步社群《資訊存儲與管理（第二版）：數字資訊的存儲、管理和保護》一書中的第2章，第2.7節，作者：【新加坡】g.somasundaram ,【美】alok shrivastava，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。
資訊存儲與管理（第二版）：數字資訊的存儲、管理和保護
磁盤驅動器屬機電裝置，它決定了存儲系統環境的整體性能。本節将讨論影響它性能的各種因素。
磁盤服務時間（disk service time）是指磁盤完成一個i/o請求所花費的時間。影響它的因素有三個：尋道時間、旋轉延遲和資料傳輸速率。
尋道時間
尋道時間（seek time，也叫通路時間，access time）指的是讀寫頭在盤面上移動（沿着盤面半徑方向）進行定位的時間，也就是移動驅動臂将讀寫頭移動到正确的磁道上所需要的時間。尋道時間越短，i/o操作越快。磁盤生産商釋出了以下尋道時間的規格。
全程時間（full stroke）：讀寫頭從最裡面的磁道移動到最外面的磁道，跨越整個磁盤寬度的時間。
平均時間（average）：讀寫頭随機地從一個磁道移動到另一個磁道的平均時間，通常指的是全程時間的三分之一。
相鄰磁道時間（track-to-track）：讀寫頭在兩個相鄰磁道間移動的時間。
上述規格都是以毫秒來度量的。磁盤生産商通常會标明磁盤的尋道時間。現在磁盤的平均尋道時間一般在3～15ms。對于讀操作來說，在随機的磁道上讀資料與在相鄰磁道上讀資料相比，尋道時間對前者的影響更為關鍵。為了減少尋道時間，可以把資料隻寫到某些柱面上去。這将導緻比實際容量更低的有效磁盤容量。例如，如果隻用到一個500gb磁盤靠外的前40%柱面，那麼它的有效容量隻有200gb。這就是所謂的磁盤短擊（short-stroking）。
旋轉延遲
為了存取資料，驅動裝置和驅動臂需要将盤面上方的讀寫頭移到特定的磁道，同時盤片旋轉，将請求的資料（扇區）移到讀寫頭下面。盤片旋轉以定位讀寫頭下方的資料（扇區）所用的時間，稱為旋轉延遲（rotational latency）。延遲時間取決于主軸的轉速并以ms來度量。平均旋轉延遲是主軸旋轉一圈所需時間的二分之一。與尋道時間類似，讀寫随機選擇的扇區與讀寫相鄰扇區相比，旋轉延遲對前者的影響更大。
一個轉速為5 400rpm的磁盤的平均旋轉延遲大約為5.5ms，而轉速為15 000rpm(或每秒250轉)的磁盤，其平均旋轉延遲約為2.0ms。
資料傳輸速率
資料傳輸速率（data transfer rate，也叫傳輸速率，transfer rate）指的是每個機關時間内磁盤能夠傳輸到hba的平均資料量。要計算資料傳輸速率，首先要明白讀寫操作的過程。對于讀操作，資料首先從盤面移動到讀寫頭，再到磁盤内部的緩沖區，最後才通過接口傳輸到主機hba。對于寫操作，資料通過磁盤接口從hba傳輸到磁盤内部緩沖區，再到讀寫頭，最終從讀寫頭寫到盤面上。
讀寫操作的資料傳輸速率是以内部和外部傳輸速率來衡量的，如圖2-11所示。
内部傳輸速率（internal transfer rate）指的是資料從一個盤面上的單個磁道傳輸到内部緩沖區的速率。内部傳輸速率需要将尋道時間和旋轉延遲考慮在内。外部傳輸速率（external transfer rate）指的是資料從接口移動到hba的速率。通常外部傳輸速率是接口所宣稱的速率，比如ata的速率是133mb/s。持續的外部傳輸速率（實際工作時）一般要低于所宣稱的接口速率。
磁盤的i/o控制器的使用率對于i/o響應時間的影響很大。要了解如何影響，我們可以将磁盤看作一個黑盒子，包括2個部分。
隊列（queue）：用于存放等待i/o控制器處理的i/o請求。
磁盤i/o控制器（disk i/o controller）：依次處理隊列中的i/o請求。
i/o請求以應用程式生成請求的速率到達控制器。這個速率也稱作到達速率（arrival rate）。這些請求暫存在i/o隊列中，将由i/o控制器依次進行處理，如圖2-12所示。i/o到達速率、隊列長度，還有i/o控制器處理每個請求的時間決定着i/o響應時間。如果控制器一直忙碌或處于高使用率狀态，隊列規模會較大，反應時間也會較長。
根據磁盤驅動器性能的基本規則，控制器使用率和平均響應時間的關系如下：
平均響應時間（tr）=服務時間（ts）/（1使用率）
其中ts是控制器處理一次i/o所用的時間。
當使用率為達到100%時——也就是i/o控制器飽和時，響應時間接近于無限大。實際上，飽和的部件，或者說瓶頸，迫使i/o請求序列化，這意味着每個i/o請求都必須等待它前面的請求被處理完畢。使用率和響應時間的關系如圖2-13所示。
該圖顯示，響應時間随着使用率增加呈非線性的變化。當平均隊列長度很短時，響應時間一直很快。當隊列負載增加時，響應時間也逐漸地增大。當使用率超過70%時，響應時間呈指數增長。是以，對于性能敏感型應用，正常做法是保證磁盤使用率在70%以下。