【Linux】磁盘存储+文件系统简介
目录
1、理解硬件
1.1 磁盘构成
1.2 CHS地址定位
1.3 磁盘的逻辑结构
1.3.1 理解过程
1.3.2 真实过程
2、引入文件系统
2.1 引入“块的概念”
2.2 引入“分区”概念
2.3 了解分组细节
正文：
1、理解硬件
1.1 磁盘构成
磁盘由主轴马达、磁盘、磁头、磁头臂、永磁铁构成。如下图：
图中那面光滑的可以照镜子的圆盘就是磁盘，光滑的磁盘上其实有一圈一圈磁道，磁道又由一个一个扇区组成，每条磁道上扇区个数都是相同的。
扇区：是磁盘存储数据的基本单位，512字节，块设备
如何定位⼀个扇区呢？
• 可以先定位磁头（header）
• 确定磁头要访问哪⼀个柱⾯(磁道)（cylinder）
• 定位⼀个扇区(sector)
1.2 CHS地址定位
每个磁头、磁道、扇区都有编号，起始编号分别是：0,0,1 这就称为CHS地址定位
文件=内容+属性都是数据，无非就是占据那几个扇区的问题！能定位一个扇区了，能不能定位多个扇区呢?
扇区是从磁盘读出和写入信息的最小单位，通常大小为 512 字节。
磁头（head）数：每个盘片一般有上下两面，分别对应1个磁头，共2个磁头
磁道（track）数：磁道是从盘片外圈往内圈编号0磁道，1磁道…，靠近主轴的同心圆用于停靠磁头，不存储数据
柱面（cylinder）数：磁道构成柱面，数量上等同于磁道个数
扇区（sector）数：每个磁道都被切分成很多扇形区域，每道的扇区数量相同
圆盘（platter）数：就是盘片的数量
磁盘容量=磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数
细节：传动臂上的磁头是共进退的
柱面(cylinder)，磁头(head)，扇区(sector)，显然可以定位数据了，这就是数据定位(寻址)方式之一
**CHS寻址对早期的磁盘⾮常有效，知道⽤哪个磁头，读取哪个柱⾯上的第⼏扇区就可以读到数据了。但是CHS模式⽀持的硬盘容量有限，因为系统⽤8bit来存储磁头地址，⽤10bit来存储柱⾯地址，⽤6bit来存储扇区地址，⽽⼀个扇区共有512Byte，这样使⽤CHS寻址⼀块硬盘最⼤容量为256 * 1024 * 63 * 512B = 8064 MB(1MB = 1048576B)（若按1MB=1000000B来算就是8.4GB）
1.3 磁盘的逻辑结构
【结论：磁盘是一个以扇区为单位的一维数组】
1.3.1 理解过程
每面磁盘扇区总数相等，每条磁道扇区个数相等。
把多面磁盘按线性结构展开就是一个一维数组 ，确定一个扇区等于确定一个一维数组下标
用数组下标定义任意扇区称为：LBA
但系统不认识LBA只认CHS，所以要把LBA转换成CHS（转换由磁盘自己完成，我们知道磁盘容量就行）
LBA转成CHS：
• 柱⾯号C = LBA // (磁头数*每磁道扇区数)【就是单个柱⾯的扇区总数】
• 磁头号H = (LBA % (磁头数*每磁道扇区数)) // 每磁道扇区数
• 扇区号S = (LBA % 每磁道扇区数) + 1
• "//": 表⽰除取整
例如：告诉我们磁盘有100面，10磁道，有个下标124，如何转成CHS？
124/100=1（H）找到第一面
124%100=24,24/10=2（C）确定磁道
24%10=4（S）确定扇区
这就是把LBA转换成CHS过程。
以上是以面为单位展开，磁盘真实展开并不以物理盘面展开，而是以柱面为单位展开！
1.3.2 真实过程
柱面是⼀个逻辑上的概念，其实就是整个磁盘所有盘面的统一磁道。
所以，磁盘物理上分了很多⾯，但是在我们看来逻辑上，磁盘整体是由“柱⾯”卷起来的。
所以，磁盘的真实情况是：
磁道：
某⼀盘⾯的某⼀个磁道展开：
即：⼀维数组
柱⾯：
整个磁盘所有盘⾯的同⼀个磁道，即柱⾯展开：这不就是个二维数组
整盘：整个磁盘不就是多张⼆维的扇区数组表(三维数组）
所以，寻址⼀个扇区：先找到哪⼀个柱⾯(Cylinder) ,在确定柱⾯内哪⼀个磁道(其实就是磁头位置Head)，在确定扇区（Sector），所以就有了CHS。
我们之前学过C/C++的数组，在我们看来，其实全部都是⼀维数组：
为什么要用CHS寻址，因为磁盘是三维的有三个下标，下标顺序不能乱！
LBA转换成CHS本质：一维数组下标转换成三个数字【数组的下标就是每⼀个扇区的LBA地址。OS使⽤磁盘，就可以⽤⼀个数字访问磁盘扇区了】磁盘就是一个以扇区为单位的一维数组。
2、引入文件系统
2.1 引入“块的概念”
其实硬盘是典型的“块”设备，操作系统读取硬盘数据的时候，其实是不会⼀个个扇区地读取，这样效率太低，⽽是⼀次性连续读取多个扇区，即⼀次性读取⼀个”块”（block）。
硬盘的每个分区是被划分为⼀个个的”块”。⼀个”块”的大小是由格式化的时候确定的，并且不可更改，最常⻅的是4KB，即连续八个扇区组成⼀个 ”块”。”块”是文件存取的最小单位。如下图：
通过上图，当给你一个磁盘总容量，总容量/4KB就知道有多少块，拿着块号++/--往上找不就可以访问任意扇区。
因此，OS看待磁盘认为是一个块设备，每块都有下标，文件OS的角度看待磁盘也是块设备，有两种访问方式：LBA和块号，而LBA又可以转换成块号。
2.2 引入“分区”概念
磁盘是一个个块组成，当磁盘很大OS还是不好管理，所以再分区，如果还大就再分组。把每个组管理好等于把磁盘管理好（分治思想）
把磁盘分区后只要知道从哪个块号开始到哪个块号结束为一个分区，也就可以把整个分区内的内容管理好。例如Windows上我们有C、D、E、F盘，实际上我们只有一块物理盘，只是分区把它分成大家所看到的C、D、E、F盘。
2.3 了解分组细节
文件 = 内容 + 属性 对于Linux来说不管是内容还是属性都是数据，既然是数据就要存储。在还没被加载到内存前存放在磁盘中。
1. Linux中内容和属性分开存储
2. OS文件系统中和磁盘进行IO的基本单位是4KB（所以每个数据块大小是4KB）
以上是对文件系统的简要介绍，具体inode如何存储等一系列问题都还没解答！为了知识点的连贯性，统一放在下节ext2文件系统部分详细介绍。
感谢观看，下节再见~