从 1-Bit 到 1TB

实现 “寻址能力” 的代价

• 磁盘：位置划分 + 扇区头
• 电路：行 (字线) 和列 (位线) 选通信号
  • 这些都会消耗额外的资源 (面积)

解决方法：按块访问

• “一块” 可以共享 metadata
  • 物理分割、Erase 信号、纠错码……
  • 磁盘是 struct block disk[NUM_BLOCKS]
    • Block 是读/写的最小单位
    • “Block devices” (ls -l /dev/sd*)

Block Devices

首先，block devices 也可以是普通的文件

• “字节序列” 抽象
• 可以直接 mmap 到进程的地址空间

透明抽象的代价

• 不经意间的读/写放大 (read/write amplifications)
• 存储设备在实际执行读写操作时，处理的数据量超过用户实际请求的数据量
  • 随机读/写一个 byte，都会导致大量数据传输
  • 文件系统的实现应该能够感知 “块” 的概念

Linux Bio

Request/response 接口

• 上层 (进程、文件系统……) 可以任意提交请求
• 下层 (Bio + Driver) 负责调度
  • “Multi-queue block I/O queuing”
  • 核心数据结构
    • struct request
    • struct bio
    • struct bvec_iter
      • 真正的 I/O vector: sector_t 的 “扇区号”
• (现在 vibe coding 真的好简单)

Multi-queue Block I/O Queuing