[Linux] 硬盤構造與分區

　　首先讓咱們從物理結構上了解一下硬盤的存儲原理。

 

　　硬盤構造示意圖：

　　

 

　　1. head：磁頭，磁盤盤面上的磁頭，有幾個磁頭，就有幾個盤面。從0開始編號，最大255，表示總共256個磁頭。

　　2. cylinder：柱面。每一個盤面上的磁道疊加起來，看起來就像一個柱體，所以被稱爲柱面。對於單個磁盤盤面來講，一個柱面就是一個磁道，許多的同心圓磁道構成一個盤面。從0開始編號，最大1023，表示總共1024個磁道。

　　3. sector：扇區。每一個磁道上能夠劃分爲若干段，每一段稱爲一個扇區，扇區是磁盤最小存儲單位，通常每一個扇區存儲 512 個字節數據。從1開始編號，最大63，表示63個扇區。

 

　　扇區示意圖：

　　

　　你能夠將一個硬盤想象爲這麼一棟圓柱體建築，建築有若干層，每一層正反面都是是一個圓形的田徑場，這就是磁盤；每一個田徑場是由 N 個跑道組成，這就是磁道；每一個田徑場都有一個運輸運動員進出場的接駁車，這就是磁頭；用 N 條直徑將整個田徑場劃分爲 2N 個扇形，每條磁道都被直徑劃分爲 2N 段，每條磁道的每一段就是扇區；每個運動員就是一個字節，每個扇區能夠容納 512 個運動員。

　　

　　硬盤（圓柱體建築）示意圖：

 

　　單個磁盤單面（田徑場）示意圖：

 

　　瞭解了 head, cylinder, sector 是什麼後，就能夠計算出硬盤容量。

 

　　例如如下硬盤信息：

$ sudo fdisk /dev/mmcblk0 -l

Disk /dev/mmcblk0: 31.9 GB, 31914983424 bytes 4 heads, 16 sectors/track, 973968 cylinders, total 62333952 sectors Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes Disk identifier: 0x00062524 Device Boot Start End Blocks Id System /dev/mmcblk0p1 2048 43007 20480 6 FAT16 /dev/mmcblk0p2 43008 62332927 31144960 83 Linux

 

　　以上信息顯示硬盤大小爲 31914983424 bytes，約爲 31.9 GB。

　　該硬盤共有 4 個磁頭，973968 個柱面，16 個扇區，每一個扇區可存儲 512 字節。

　　硬盤容量 = 4 heads × 973968 cylinders × 16 sectors × 512 bytes = 31914983424 bytes = 30.436 GB

 

　　扇區大小爲 512 字節，但咱們實際上存儲的東西最小顆粒也可能會大於 512 字節，所以在進行格式化時，咱們能夠選擇分配單元大小，即邏輯區塊 Block，例如咱們指定格式化時數據最小存儲單位爲 1024 字節，那麼一個 Block 就是 1024 字節，即 1 個Block 等於 2 個 sectors。

 

　　硬盤容量是如何增加的？

 

　　（機械）硬盤容量雖然愈來愈大，但基本的構造原理沒有太大變化。

　　隨着製造工藝技術提供，磁碟愈來愈薄，磁頭也愈來愈小，這樣一個硬盤儲存器就能夠裝下愈來愈多的磁片，因爲磁片表面密度愈來愈高，也就是磁道和扇區也愈來愈多，容量天然愈來愈大。

　　另外還有一種叫作多區記錄技術，在此技術以前，每一個磁道都是被相同直徑劃分，這就意味着每一個磁道上的扇區是同樣多的，外圍的扇區明顯比內圍的扇區要寬，這就浪費了不少磁道長度。在多區記錄技術引入後，外圍的磁道就能夠劃分更多的扇區，從而增長容量。

 

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　　以上就是硬盤的物理構造，硬盤只是存儲介質，下面就讓咱們在硬盤上規劃出數據的存儲方案，這就是對硬盤進行分區。

 

　　硬盤分區概念有三種，分別是主分區（primary partition）、擴展分區（extended partition）、邏輯分區（logical partition）。

 

　　在物理磁盤這個意義層面上，只有主分區和擴展分區，若是全部分區容量之和小於磁盤容量，剩餘的部分就是未分配空間（unallocated disk）。硬盤分區信息保存在分區表（partition table）中，對操做系統而言，未分配空間是文件系統以外的不可用區域。

 

　　對於硬盤而言，最多有四個分區，最少有一個分區，其中至少得包含一個主分區，至多包含一個擴展分區。

 

　　分區是什麼？爲何要有分區？

 

　　分區就是將一個硬盤劃分爲若干連續的儲存區域，分區表保存硬盤分區的索引，分區信息保存在分區表中。若是一個硬盤上只有一個分區，那麼整個文件系統位於一個分區中，即整個文件系統存儲在一個連續區域。若是該存儲區域出現損壞，那麼文件系統將受到破壞，用戶可能丟失全部數據。對於文件系統而言，將系統數據和用戶數據分開保存在不一樣分區，能夠避免用戶數據增加以至填滿整個硬盤，從而致使系統崩潰或掛起。若是使用多個分區，也能夠根據存儲的文件對象不一樣，選擇使用不一樣容量的最小存儲單元進行分區格式化。　

 

　　什麼是主分區和擴展分區？

 

　　在 Windows 平臺下激活的主分區是硬盤的啓動分區，通常是 C 盤，也是硬盤的第一個分區。在 Linux 平臺主分區和擴展分區均可以用以安裝操做系統核心。

　　主分區屬於原子分區，不能再將其劃分不一樣區域來使用，數據直接保存在主分區的存儲單元上。擴展分區不能直接用於儲存數據，必須將擴展分區劃分爲更小的存儲單元，即邏輯分區，數據都是保存在邏輯分區中。

　　主分區和邏輯分區比如是文件，而擴展分區比如是目錄，硬盤空間主要由主分區、擴展分區（由邏輯分區組成）、未分配空間組成。

　　通常來講，先分出主分區，剩下的就都劃爲擴展分區，沒有必要的話，通常不留未分配空間以避免浪費硬盤空間。

　　總的說來，一個硬盤只能劃分爲四個分區（主分區和擴展分區），一個主分區就是一個分區，一個擴展分區能夠劃分爲任意數量的邏輯分區。

 

　　什麼是主引導扇區？

 

　　主引導扇區是位於磁盤最前面一段保存引導（loader）代碼的區域，該代碼也被稱爲主引導記錄（MBR，Main Boot Record），這段代碼的做用在於讓磁盤操做系統（DOS）對磁盤進行讀寫時分區合法性判斷、分區引導信息定位，它也是由磁盤操做系統（DOS）在對磁盤進行初始化的時候產生。

 

　　該磁盤區域不屬於主分區和擴展分區，所以主引導程序更不屬於硬盤上安裝的任何操做系統。它做爲磁盤上一個很是小的特殊區域獨立存在，不會被分區空間內的格式化命令所擦除。該磁盤區域主要能夠分爲三個部分：

　　1. 主引導程序（即主引導記錄 MBR），空間大小爲 446 個字節。它會在硬盤啓動後，將系統控制權轉交給在分區表中登記的操做系統，讓操做系統能夠操做磁盤。

　　2. 分區表（DPT，Disk Partition Table），由四個分區表構成（每一個 16 字節，這也就是爲何硬盤至多隻有四個分區）。

　　3. 結束標識（2字節），值爲 AA55（十六進制）。

 

　　簡而言之，主引導程序的做用就是在硬盤啓動後，引導電腦設備進入安裝在硬盤上的操做系統程序。

 

 

1. 硬盤的扇面、磁道、扇區