一、磁盘

1. 特点：

• 机械磁盘是计算机中唯一的一个机械设备
• 磁盘— 外设
• 慢
• 容量大，价格便宜

2. 物理结构

磁盘的读写的基本单位是一个扇区（512）！不同位置可能疏密不一样

3. 如何写入？

（初步理解CHS）

写入数据，就得找最小写入单元：扇区。

（1）找到哪一面，磁头编号（header）

（2）在当前面中，哪一个磁道（cylinder）

（3）磁道中第几个扇区（sector）

CHS定位。

（逻辑结构LBA）

每个磁道将其想象成一条直带，每个扇区就是上面的一个区域。

这样每一个扇区就有了一个线性地址，也就是数组下标，这种地址叫LBA（Logical Block Address）

（真实过程）

因为所有磁头的运动都是相同的，那么每个磁头在其对应盘片的运动也相同，所以我们要把所有磁头的运动整体来看；

现在我们不再关注到盘面，把角度放在每一个柱面上：

再理解CHS定位：首先找到柱面（Cylinder），再通过磁头（Head）找对应磁道，再确定扇区（Sector）。

那么也就变成了二维扇区数组；那么整个磁盘就是多个柱面，也就是有多个二维数组表（磁盘就成了个三维数组）。注意：尽管我们知道这个多维逻辑，但是实际上，终究还是一维，就像C/C++中的二维数组，本质还是一维线性一样。

所以每一个扇区都有一个下标：叫做**LBA地址，也就是线性地址。OS只要用LBA**就行了。

（LBA与CHS的转换）

（1）CHS -> LBA（三维转一维）：

• C（柱面）：从0开始编号；

• H（磁头）：从0开始编号；

• S（扇区）：从1开始编号；

• LBA地址：从0开始的下标。

给一组CHS**<4, 5, 6>**，转成LBA

已知：单个柱面总扇区数（A） = 磁头数 （M）* 单磁道扇区数（N）；

CHS**<4, 5, 6>**：在第5张柱面上，在第6个磁头对应磁道上，在第6个扇区上。

直接得：LBA = 4 * A + 5 * N + 6 - 1.

（2）LBA -> CHS（一维转三维）：

“//”: 表示除取整

C：LBA // A

H：(LBA % A) // N

S：(LBA % N) + 1

二、文件系统

1. 最小“块”

硬盘属于典型块设备。操作系统读取硬盘数据时，不会逐个扇区读取，效率过低，而是一次性连续读取多个扇区，也就是读取一个数据块。

硬盘分区会被划分成若干数据块，块的大小在格式化时设定，设定后无法修改，常见大小为 4KB，通常由连续8 个扇区组合构成。

块是文件存储与存取的最小单位。

注意：

知道LBA：块号 = LBA/8

知道块号：LAB=块号*8 + n. (n是块内第几个扇区)

2. 磁盘“分区”

磁盘可以划分成多个分区。在 Windows 系统里，一块磁盘常会分出 C、D、E 等盘符，这些盘符对应的就是磁盘分区，分区本质上也是对硬盘的格式化操作。（分治思想）

而 Linux 系统中所有设备均以文件形式呈现，分区同样遵循对应的分区规范来划分管理。

柱面是分区的最小单位，可通过参考柱面编号划分分区，本质就是设定每个分区的起始柱面与结束柱面编号。

3. 盘区“分组”

在分区之后，文件系统还会对其分组：

4. 块组结构

1. 文件 = 内容 + 属性。在Linux中，文件内容和文件属性分开存储；

**2. 一个组里应该包含什么内容？**文件数据 + 管理数据的数据

文件属性inode Table 与 文件内容Data Blocks

管理数据Block Bitmap

管理数据inode Bitmap

管理数据GDT

整个分区 只有一张 GDT（块组描述符表），放在 分组 0 的开头

这张 GDT 里有 所有块组的描述信息（每个分组占 32 字节）

为了防损坏，这张 同一份 GDT 会在某些块组里做备份（不是每个组都有）

GDT 到底存什么？

每个分组在 GDT 里对应一条 “描述符”，记录：

• 这个组的 块位图 在哪一块
• 这个组的 inode 位图 在哪一块
• 这个组的 inode 表 从哪块开始
• 空闲块数、空闲 inode 数、目录数……
  

管理数据Super Block

1. 作用：

整个文件系统的总档案、总账本

2. 存放位置：

分区开头，块组 0 里

3. 存核心全局信息

• 分区总块数、总 inode 数量
• 块大小、inode 大小
• 空闲块、空闲 inode 总数
• 块组数量、挂载状态、文件系统版本

4. 特点

• 损坏 = 整个分区大概率打不开、数据读不出
• 会在多个块组做冗余备份，防止丢失

5. 和 GDT 区别

• 超级块：管整个分区全局整体信息
• 块组描述符表 GDT：管每一个小块组的明细信息