前言
我们的计算机是有五大部件组成：输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器。其中运算器和控制器我们称之为CPU 。其实我们的计算机只要拥有了CPU和内存，就可以独立完成计算任务了。但是内存属于随机存储设备，断电会导致数据的丢失。因此，我们需要其它存储设备来弥补内存这个不足，如：磁盘、光盘等。
本文中，我们就来介绍一些关于磁盘的基础知识。
一、设备文件
1、设备类型：
块设备：block，存取单位“块”，磁盘。
字符设备：char，存取单位“字符”，键盘。
2、设备文件：
关联至一个设备驱动程序，进而能够跟与之对应硬件设备进行通信。
3、设备号码：
主设备号：major number，标识设备类型
次设备号：minor number，标识同一类型下的不同设备
4、硬盘接口类型
- 并行：IDE：133MB/s
SCSI：640MB/s
- 串口：SATA：6Gbps
SAS：6Gbps
USB：480MB/s
5、机械硬盘和固态硬盘
- 机械硬盘
Hard Disk Drive，机械硬盘就是传统普通硬盘，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几部分组成。机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。数据通过磁头由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，也可以通过相反方式读取。硬盘为精密设备，进入硬盘的空气必须过滤。
- 固态硬盘
Solid State Drive，用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、 DRAM芯片）组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。
6.1 SCSI，SATA，SAS，IDE，USB命名方式：/dev/sd
6.1.1不同磁盘标识：a-z，aa，ab……
/dev/sda，/dev/sdb……
6.1.2 同一设备上的不同分区：1，2……
/dev/sda1，/dev/sda2……
6.2 虚拟磁盘：/dev/vd
7、磁盘储存术语
head：磁头
track：磁道
cylinder：柱面
sector：扇区
注：一个硬盘有256(2^8)个扇面(上下两面所以一共512个扇面)
一个扇面有1024(2^10)个磁道
一个磁道有64(2^6)个扇区
机械硬盘结构
8、寻址方式
8.1 CHS寻址方式
CHS是一个三元组，组成如下：
- 一共24个bit位。
- 其中前10位表示cylinder，中间8位表示head，后面6位表示sector。
- 最大寻址空间8GB
知道了磁头数、柱面数、扇区数，就可以很容易地确定数据保存在硬盘的哪个位置。也很容易确定硬盘的容量，其计算公式是：
硬盘容量=磁头数×柱面数×扇区数×512字节
8.2 LBA寻址方式
- LBA是一个整数，通过转换成CHS格式完成磁盘具体寻址
- LBA采用48个bit位寻址
- 最大寻址空间128PB
8.3 CHS和LBA地址互换
8.3.1 CHS转成LBA：
#lba=(#c*H+#h)*S+#s-1
其中：
8.3.2 LBA转成CHS
- #c=#lba/(S*H)
- #h=(#lba/S)%H
- #s=(#lba%S)+1
其中：
- /是整数除法
- %是取整数除法中的余数
- 请注意，当今的磁盘使用ZBR(Zone Bit Recording, 等密度记录)方式，实际的每轨扇区数得根据它是哪一轨。不过磁盘还是会提供这个参数来符合公式，内部再自动调整。
8.4 补充扩展
a、CHS方式寻址是在传统的扇区分布下进行的，即过盘片中心画直线来分扇区，具体如下图所示：
而LBA转换为CHS寻址则使用的ZBR（Zone Bit Recording）方式分配扇区，即圆周上的扇区长短都一样。
b、磁盘在经过磁盘低级格式化程序格式化后，才出现有扇区、磁道这些对象（一个柱面是由各个盘面上的同一位置的磁道组成的，所以柱面不是磁盘低级格式化程序直接产生出来的对象，而是由磁道这个对象引申出来的一个概念）的。
（不同的）磁盘低级格式化程序采用不同的寻址方式算法时，盘面划分后的图像也不一样（如上图）。
一个磁盘，比如，原先使用的CHS寻址方式，后来可以修改为LBA寻址方式，当然这样盘面划分后的图像也变了，总之，一个磁盘可以修改它的寻址方式。
c、还有，由于CHS寻址方式的寻址空间在大概8GB以内，所以在磁盘容量小于大概8GB时，可以使用CHS寻址方式或是LBA寻址方式；在磁盘容量大于大概8GB时，则只能使用LBA寻址方式。
二、磁盘分区
1、为什么分区？分区的优点有哪些？
- 优化I/O性能
- 实现磁盘空间配额限制
- 提高修复速度
- 隔离系统和程序
- 安装多个OS
- 采用不同文件系统
2、分区方式
2.1 MBR分区方式
2.1.1 简介
MBR是一种按柱面分区的方式，使用32位表示扇区数，分区不超过2T。可以分4个主分区，其中3个主分区加一个扩展分区（包含N个逻辑分区）。
0磁道0扇区总大小为512bytes，
446bytes：boot loader
64bytes：分区表
16byte：标识一个分区
2bytes：55AA（结束位）
2.1.2 MBR硬盘分区结构图
2.1.3 标准的MBR结构表
|
位址 |
功能 |
描述 |
|
0000-0088 |
主引导程序 |
主引导程序 |
|
0089-01BD |
出错信息数据区 |
出错区 |
|
01BE-01CD |
分区1(16字节) |
分区表 |
|
01CE-01DD |
分区2(16字节) |
|
|
01DE-01ED |
分区3(16字节) |
|
|
01EE-01FD |
分区4(16字节) |
|
|
01FE |
55 |
结束标志 |
|
01FF |
aa |
对应到我电脑中的分区：
2.1.4 MBR硬盘分区结构信息
|
存贮字节位 |
内容及含义 |
|
第1字节 |
引导标志，若值为80H表示活动分区，若值为00H表示非活动分区。 |
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第2、3、4字节 |
本分区的其实磁头号、扇区号、柱面号。其中： 磁头号—第2字节； 扇区号—第3字节的低6位； 柱面号—第3字节高2位+第4字节8位。 |
|
第5字节 |
分区类型符。 00H—表示该分区未用(即没有指定)； 06H—FAT16基本分区； 0BH—FAT32基本分区； 05H—扩展分区； 07H—NTFS分区； 0FH—(LBA模式)扩展分区(83H为Linux分区等)。 |
|
第6、7、8字节 |
本分区的结束磁头号、扇区号、柱面号。其中： 磁头号—第6字节； 扇区号—第7字节的低6位； 柱面号—第7字节高2位+第8字节8位。 |
|
第9、10、11、12字节 |
本分区之前已用了的扇区数。 |
|
第13、14、15、16字节 |
本分区的总扇区数。 |
2.2 GPT分区
2.2.1 简介
GPT分区支持128个分区，使用64位，支持8Z(512Byte/block)和64Z(4096Byte/block)。
使用128位UUID表示磁盘和分区GPT分区表自动备份在头和尾两份，并有CRC校验位。
2.2.2 保护MBR
保护MBR包含一个DOS分区表(LBA0)，只包含一个类型值为0xEE的分区项，在小于2TB的磁盘上，大小为整个磁盘；在更大的磁盘上，它的大小固定为2TB。它的作用是阻止不能识别GPT分区的磁盘工具试图对其进行格式化等操作，所以该扇区被称为“保护MBR”。
2.2.3 EFI
EFI部分又可以 4个区域：EFI信息区（GPT头）、分区表、GPT分区、备份区域。
EFI信息区（GPT头）
起始于磁盘的LBA1，通常也只占用这个单一扇区。其作用是定义分区表的位置和大小。GPT头还包含头和分区表的校验和，这样就可以及时发现错误。
分区表
分区表区域包含分区表项。这个区域由GPT头定义，一般占用磁盘的LBA2~LBA33扇区。分区表中的每个分区项由起始地址、结束地址、类型值、名字、属性标志、GUID值组成。分区表建立后，128位的GUID对系统来说是唯一的。
GPT分区
最大的区域，由分配给分区的扇区组成。这个区域的起始和结束地址由GPT头定义。
备份区
备份区域位于磁盘的尾部，包含GPT头和分区表的备份。它占用GPT结束扇区和EFI结束扇区之间的33个扇区。其中最后一个扇区用来备份1号扇区的EFI信息，其余的32个扇区用来备份LBA2~LBA3扇区的分区表。
以上，如有不足之处还请大家多多指教喏ヾ(◍°∇°◍)ﾉﾞ