理解磁盘结构---CHS---LAB---文件系统

1，初步了解磁盘

机械磁盘是计算机中唯的一个机械设备，

特点是慢，容量大，价格便宜。

磁盘上面的光面，由数不清的小磁铁构成，我们知道磁铁是有n／ｓ极的，这刚好与二进制的０１相对应，操作系统也是以０１来读写，所以改变数据等于对０１做改变，也就是在对小磁铁的ｎ／ｓ极做改变。

可以看到磁盘中有一条杠在盘面上，这就是磁头，磁头与盘面不接触。

磁头摆动，定位磁道。

磁盘盘片旋转：定位扇区

扇区：是磁盘存储数据的基本单位（基本上５１２字节）

读写磁盘，是从一扇区来读的而不是字节，所以磁盘是块设备。

磁盘的每一面都有一个磁头，读写哪一个磁头的本质就是读写哪一面！

2，如何定位扇区

先定位磁头（heander）

磁头移动要访问哪一个柱面（磁道）（cylinder）

定义一个扇区（sector）

这就是        CHS：地址定位法。

上面指令可以查看自己的盘

3，如何将磁盘抽象成逻辑概念？

我们拿磁带举例子：

磁带是通过卷在一起的方式存储起来，但我们可以认为手动的把它拉直，磁盘也是一样，磁盘就是一个卷起来的磁带，可以把它拉成线性结构，抽象成线性结构。

所以定位扇区从用CHS定位变成了使用数组下标来定位，磁盘就被拉成了数组结构，这就是线性地址---LBA

但是磁盘真实的物理运动过程还是通过CHS的方式，但是这里面有一个细节：

传动臂的磁头是共进退的

磁盘整体是由柱面卷起来的，所以真实情况就是某一个磁道展开就成了一个一维数组：

柱面是由多个磁道构成，对柱面展开就是一个二维数组：

整个磁盘由n个柱面组成，展开就相当于三维数组：

那么三维数组需要三个参数来定位，因此就有了CHS!!!

所以定位磁面就抽象成了找哪个二维数组

定位磁道就抽象成了找二维数组中哪个以为数组

然后就是定位扇区

又因为各二维数组本质其实也是一维数组，所以定位数组可以用到下标，也就是LBA

通过LBA给的指引，原理上可以找到块，但是因为磁盘物理结构就是这样不变，所以要把LBA转变成CHS，这个过程由磁盘自己做，磁盘里由固件（硬件电路，伺服系统）会帮我们完成这项任务。

LBA = 柱面号*单个柱面扇区总数 + 磁头号 * 每磁道扇区数 +扇区号ｓ　－１；

由于（磁头数*每磁道扇区数）< 每磁道扇区数 < 扇区

所以LBA->CHS:

柱面号（Ｃ）　＝　LBA / （磁头数*每磁道扇区数） 余数就是柱面号

磁头号（H）    = LBA %  （磁头数*每磁道扇区数）

扇区（S）        =  （LBA % 每磁道扇区数）+1；

4，引入文件系统

os和磁盘进行io的时候，如果以扇区为基本单位进行io，512字节那就太少了效率太低了，

一般以1kb ，2kb，4kb，8kb等进行io，现在大部分都是以4kb进程io，4kb这一内存开出来叫做一个数据块，由八个扇区组成。

所以io的基本单位是八个扇区--》4kb -- 》数据块

那么就可以引入块号的概念：

块号*8 + 【1，8】就可以找到扇区，一块等于八个LBA的地址。

所以可以抽象成：磁盘是以块为单位的一维数组。

5，分区管理

一个盘里由500GB如何做管理？

这就和一个国家如何管理一片国土一样，需要划分各个区域，比如说每个划分为多个省，省可以划分为多个市。

磁盘也可以分区，如果做过分盘的知道一个电脑只有一个盘，但是它可以分成c盘d盘。

这样我们只用管理好一个分区就可以同一个方法管理好多个分区

磁盘分完区之后可以分组！

这样就可以细化为只用管理好一组其他复制其管理方式就行。

6，初见磁盘中组内划分

我们知道，一个文件等于内容加属性

属性也是数据，是通过结构体的方式构建出来（inode）

一个文件只有一个inode，inode是一个文件数据属性的集合。

每个inode都有自己的唯一编号（不重复）：

组内有一个区域叫inodetable，里面管理了一组里的所有属性集，

数据就存在datablock中，里面全是划分好的4kb大小的块

Linux中文件属性和文件内容分开存储。

图中BootBlock里存与开机相关我们不管，剩下的Block group中就是存数据的地方。