磁盘读写和数据库读写哪个效率更高？磁盘读写

在追求程序效率的关键过程中，当我们排除缓存等因素，直接读写任何类型的数据，没有比操作文件来得更快的方法。无论MySQL过程如何优化，它终究需要到磁盘上读取数据，这一过程等同于读取文件，只是记录存储区以文件形式等效呈现。这主要基于只读操作，不涉及排序或查找等复杂步骤。

动态网站通常依赖数据库来存储信息。但如果信息更新的及时性要求不高，我们可以考虑加入缓存机制，减少数据库的频繁读写操作。

一般而言，绕过操作系统直接操作磁盘的方式性能更高，安全性也更强。在数据库系统中，磁盘性能始终是一个瓶颈。大型数据库往往基于Unix系统，虽然Windows系统也有数据库应用，但由于其可靠性问题，应用并不广泛。在Unix环境下，数据库管理系统（DBMS）直接管理裸设备（未经操作系统加工的设备），这包括磁盘分区，以文件形式统一管理。这种方式不通过操作系统，效率和可靠性都很高，因为磁盘、缓存和内存的管理都由系统自身负责。像DB2、Oracle、Informix（尽管现在不太流行）等大型数据库系统都是这样运作的。

关于效率和对比：

1. 直接读取文件的效率显著高于数据库查询，而且这里尚未计算连接和断开的时间。

2. 读取的文件越大，直接读文件的优势越明显。读取时间的增长相对平缓，这主要与文件的连续存储和簇大小有关。反观MySQL在处理大文件时的附加操作可能导致时间增长近30%。如果不涉及复杂的转换操作，差异应该会更小。

3. 对于写文件和INSERT操作，数据库的效率可能更低，这几乎不需要测试就可以预测。

4. 对于小配置文件，如果不涉及数据库特性，将其存储在独立文件中更为合适，无需专门创建数据表或记录。而对于大文件如图片、音乐等，采用文件存储更为便利，只需将路径或缩略图等索引信息放入数据库即可。

5. 在PHP中，file_get_contents函数相较于fopen和fclose更为高效，时间差距约为3秒。

6. 关于fetch_row和fetch_object，它们似乎是fetch_array的变种。虽然未深入研究PHP源码，但从执行效率上看，fetch_array似乎更胜一筹，这与一些网上观点相反。

再谈谈磁盘物理结构与IO操作的关系：

硬盘由多个盘片叠合而成。每张盘片的正反两面各有一个磁头。硬盘在出厂时已经完成低级格式化，将盘片划分为同心圆的磁道，每个磁道再细分为扇区。每个扇区可存储一定字节的信息。对于单次IO操作，磁盘需完成寻道、旋转延迟和数据传送三个步骤。寻道时间指的是磁头移动到目标磁道的时间；旋转延迟是等待目标扇区旋转到磁头下方的时间；数据传送则是磁头读写数据的过程。根据这些步骤，我们可以计算出单次IO时间和IOPS（每秒输入输出操作次数）。不同磁盘的寻道时间、旋转延迟和数据传送时间各不相同，这些因素共同决定了磁盘的IOPS性能。

当我们购买磁盘时，会接触到一系列参数，这些参数中包含了关于磁盘性能的重要信息。对于SATA/SAS磁盘，其转速、寻道时间及传送机制都是决定性能的关键因素。

我们谈谈传送机制。磁盘的传送包括内部传送和外部传送两种。内部传送速率是磁头与硬盘缓存之间的数据传输速率，可以理解为磁头从盘片上读取数据并存储到缓存中的速度。在实际应用中，由于磁道空间的限制，理想的内部传输速率是不存在的，它包含了寻道和旋转延时。家用磁盘的内部传输速率通常在30MB/s到45MB/s之间，而服务器磁盘则可能更高。

外部传输速率则是硬盘缓存和系统总线之间的数据传输速率。硬盘厂商通常会提供一个最大传输速率，例如SATA3.0的6Gbit/s，这通常指的是硬盘接口对外的最大传输速率，实际使用中往往达不到这个速度。

接下来，我们来探讨IOPS的计算。IOPS是衡量磁盘性能的重要指标，它的计算涉及到单次IO操作的大小和传送速率。单次IO操作的大小是不确定的，这取决于系统对数据读写效率的判断。为了提高数据读写的效率，操作系统和存储系统都会采用缓存机制，将多个IO请求合并处理。这里我们以SQL Server数据库的数据页大小为例，取8K作为单次IO操作的大小。

传送时间是由IO Chunk Size和内部传送速率决定的。以15000rpm的磁盘为例，我们可以计算出单次IO时间，进而得到IOPS。单次IO时间包括寻道时间、旋转延迟和传送时间。寻道和旋转延迟是机械磁盘的主要读写成本，而传送时间则取决于IO操作的大小和内部传送速率。

在数据库中，磁盘读写有随机访问和连续访问两种方式。随机访问指的是两次IO操作之间磁头需要作较大的移动动作，因为给出的扇区地址相差较大。这种情况下，寻道时间和旋转延迟成为影响性能的重要因素。

了解磁盘的这些参数和机制，有助于我们更好地评估磁盘性能，优化存储系统配置，从而提高数据库等应用系统的效率。购买磁盘时，这些参数是重要的参考依据，同时也为我们提供了评估存储系统性能的重要指标。深入理解磁盘访问模式：连续访问、顺序IO与并发IO，以及IOPS与吞吐量

在数据处理的领域中，磁盘访问模式、IOPS（每秒输入输出操作次数）和吞吐量（单位时间内处理的数据量）是关键的性能指标。接下来，我们将详细探讨这些概念，并结合SQL Server数据库实例进行解释。

一、连续访问

当IO操作的扇区地址连续或者相近时，磁头能够迅速开始这次IO操作。这种连续的IO操作被称为连续访问。在SQL Server数据库中，尽管数据存放是随机的，但某些情况下，如聚集索引表，可能在逻辑上呈现出连续性。物理存储层面上的日志文件，由于VLF（日志填充单元）的存在，即使是连续访问也可能因为日志文件的自动增长而变得不严格。

二、顺序IO与并发IO

1. 顺序IO模式（Queue Mode）：磁盘控制器会一次对磁盘组发出一连串的IO命令。当磁盘组一次只能执行一个IO命令时，称为顺序IO。

2. 并发IO模式（Burst Mode）：当磁盘组能执行多个IO命令时，即为并发IO。这种模式下，多个磁盘组成的磁盘组能同时处理多个IO命令，而单块磁盘通常只能一次处理一个IO命令。

在SQL Server数据库运行中，有时即使磁盘的IOPS还未达到极限，数据库也会出现IO等待。这通常是因为有太多的IO请求堆积，形成了磁盘请求队列。我们可以通过查看一些性能计数器来了解磁盘的繁忙程度和请求队列情况，如LogicalDisk下的Avg.Disk Queue Length、Current Disk Queue Length以及%Disk Time。

针对这种情况，我们可以采取一些措施来缓解：简化业务逻辑以减少IO请求数；将多个数据库迁移至不同实例；将同一数据库日志和数据文件分离到不同存储单元；利用HA策略实现读写操作的分离。

三、IOPS与吞吐量

1. IOPS：每秒进行读写操作的次数。在SQL Server数据库中，对于OLTP（联机事务处理）系统，经常进行小块数据的随机访问，IOPS是衡量读写性能的关键指标。

2. 吞吐量：每秒可以读写的字节数。对于数据仓库和日志文件等大块数据的顺序访问，吞吐量是更重要的性能指标。

我们可以通过查看LogicalDisk下的相关性能计数器来了解磁盘的IOPS和吞吐量情况，如Disk Transfers/sec、Disk Reads/sec、Disk Writes/sec、Disk Bytes/sec等。

总结，理解并优化磁盘访问模式、IOPS和吞吐量对于提高数据库性能至关重要。通过深入了解这些概念并结合实际数据库操作进行优化，我们可以更有效地利用磁盘资源，提高系统的整体性能。