一、數據寫入磁盤流程

當執行向磁盤寫入數據操作的時候，會發生如下的一系列基本操作。假設文件數據存在于磁盤扇區上，并且已經被讀入到頁緩存中。

1. 進程使用write()系統調用寫入文件。
2. 內核更新映射到文件的page cache。
3. 內核線程pdflush負責把頁緩存刷入到磁盤中。
4. 文件系統層把各個塊緩存放入一個bio結構，并且提交一個寫入到塊設備層的請求。
5. 塊設備層從上層獲得請求，執行I/O elevator操作，把請求放入到I/O請求隊列中。
6. 磁盤驅動，例如SCSI或其它特定驅動將會負責寫操作。
7. 磁盤驅動固件執行硬件操作，例如尋址、旋轉、數據傳送到磁盤的扇區

二、物理磁盤結構

磁盤是計算機主要的存儲設備，也是計算機的主要構成硬件，磁盤主要由盤片、磁頭、磁道、扇區、柱面這幾部分組成。

• 盤片 ： 磁盤由多個盤片組成，數據存儲在這些盤片上，通過盤片的轉動來讓磁頭讀取數據的。
• 磁頭： 在需要讀取數據的時候，磁頭就會移到這個盤片上面讀取數據，磁頭和盤片之間的距離非常小，但不會接觸到盤片。如果出現斷電的情況，那么磁頭就會從盤片上移開移回到原來的位置。
• 磁道： 每個盤片就像一個“目標靶盤”，從中心向外分布著一圈圈的圓環，這些圓環被稱為磁道。磁道是數據存儲的基本單位，每個磁道上可以存儲大量的數據。
• 扇區： 磁道是由一個一個的小圓環組成，每一個圓圈又進行了一個更小的劃分，被稱為扇區，如下面所示，一個磁道由八個扇區組成，每個扇區存儲512個字節數據。
• 柱面： 柱面是多個盤片的磁道在相同位置的集合，如下面的黃色部分，四個盤面都有這個黃色的磁道，這樣黃色部分的四個磁道就形成了一個圓柱體狀的柱面。

三、緩存與臟數據

現代處理器的訪問速度已經遠遠超過了主存儲器的訪問速度，為了解決這個問題，在CPU和內存之間添加一個高速內存， 這個高速內存容量小，只用來存儲CPU執行時常用的指令。既保證了硬件成本，又提高了CPU的訪問速度。

高緩存命中率是提升性能的關鍵。 為了獲得高緩存命中率， 使用”局部性引用“的技術。 這個技術基于如下的原則：
最近使用過的數據即將被使用的可能性很高（時間局部性， temporal locality）。
使用過數據的附近數據被使用的可能性很高（空間局部性， spatial locality）
Linux在很多組件中用到了這個原則，例如頁緩存、文件對象緩存（i-node緩存、目錄條 目緩存等等）、預讀緩沖區等。如下圖所示：

在進程從磁盤中讀數據時，數據被復制到內存中。該進程和其它進程都可以在內存緩存中讀 取同樣的數據副本。當進程嘗試改變數據，進程首先修改內存中的數據，這時候，磁盤和內 存中的數據就不一致了，內存中的數據就叫做臟緩沖（dirty buffer）。臟緩沖應該盡快同步到 磁盤上，否則，如果突然崩潰，內存中的數據會丟失。

同步臟緩沖的進程叫做flush，在Linux內核2.6中，pdflush內核線程負責把數據寫入到磁盤 上。數據會定時刷新（kupdate），或者當內存中的臟緩沖到了閥值的比例的時候 （bdflush）。這個閥值在/proc/sys/vm/dirty_background_ratio文件中。

參考：

I/O子系統與磁盤調度詳解-CSDN博客

https://juejin.cn/post/6844903747189997581

https://zhuanlan.zhihu.com/p/25779982455