【文件系统】抽象磁盘的存储结构 CHS寻址法 | sector数组 | LAB数组

目录

1.为什么要抽象

2.逻辑抽象_版本1

2.1sector数组 

​2.2index转化CHS

3.逻辑抽象_版本2

3.1LBA数组

3.2LAB下标转化sector下标

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• 文件其实就是在磁盘中占有几个扇区的问题❗
• 文件是很多个sector的数组下标❗
• 文件是有很多块构成的❗
• ❗文件由很多扇区构成------>文件由很多的index构成----->文件由很多的块构成

1.为什么要抽象

1. 硬件的存储结构发生改变，OS软件随之发生变化。直接使用CHS的耦合度太高，不想软件直接拿着硬件的参数去访问。
2. 为了后面编码设计，为了方便内核进行磁盘管理

• OS需要也需要对大量的磁盘文件管理❗
• 管理啊：先描述再组织❗
• 下面我们走一遍OS对磁盘这样的设备进行管理和抽象。
• OS对磁盘的管理转化成了对数组的管理，先描述再组织。
• 描述：描述成数字
• 组织：组织成数组

2.逻辑抽象_版本1

2.1sector数组 

• 圆形结构变成了线性结构。磁盘抽象成线性结构。
• 线性结构的每一段都是一个扇区。
• 这个线性结构可以看成一个数组，数组元素是一个一个的扇区。
• 天然就存在一个东西：数组下标表示sector（相当于对扇区进行了编址）

2.2index转化CHS

• OS是拿到下标index就可以访问扇区
• 硬件是使用CHS来进行扇区寻址
• 磁盘的每个盘面的容量大小一样（磁道数/扇区数是一样大小的）
• 二者的转化算法是很简单的，并且这个工作是磁盘内部完成的。
• index------>硬件电路------->磁盘内部转化-------->CHS地址--------->磁盘的硬件定位扇区

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前提：已知 磁盘总容量和每个扇区的大小=扇区数，磁道数。

磁盘的每个盘面：有1000个扇区，10个磁道（每一个磁道都有100个扇区）

index / 扇区数 = 定位的盘面（H）

index % 扇区数 = tmp

tmp / 100  = 定位磁道（C）

tmp % 100  = 定位扇区（S）

3.逻辑抽象_版本2

3.1LBA数组

• 内存和外设之间进行IO交互。512字节会不会太小了。OS觉得有点小。（C语言访问内存是1字节，经常性是4/8字节访问）
• 站在硬件的角度：每次往内存拷贝加载数据，512字节。
• 站在OS的角度：效率低，能不能拷贝更多数据。可以4KB。
• 基本单位是：4KB（可以修改需要重新编译OS，大部分场景够用，一次性读8个扇区）
• ❗4KB的大小是规定出来的。有块号（规定）
• ❗OS：4KB = 8个连续的扇区 = 数据块（块大小）= 文件块
• 大页式内核：4MB
• 1KB = 1024字节

3.2LAB下标转化sector下标

• 逻辑区块地址(Logical Block Address, LBA)是描述计算机存储设备上数据所在区块的通用机制，一般用在像硬盘这样的辅助记忆设备。
• 8个扇区为1个块
• 块号✖8（一个块的扇区数）= 一个块的第一个扇区sector的下标
• 整个块的下标：第一个sector知道了，往后连续数7个就是这个块。01234567。每一个块的扇区的下标都知道了。再通过版本1的计算方法就可以知道CHS地址了。
• 对于OS而言，未来我们读取数据，可以以块为单位了❗磁盘可以看成很多的块。
• 只要知道第一个块号，就可以知道全部的块号了。（前提知道磁盘的总大小——总大小/4即可）只要知道一个起始，和磁盘的总大小，有多少块，每个块的块号，如何准换到对应的多个CHS地址，全部都知道了❗
• 总大小/4KB=总块数=块的编号LBA---------->每个块的第一个起始地址=sector的下标----------->每个块中全部的sector的下标--------->每个下标index通过计算得到CHS地址---------->定位到硬件里面的扇区。