[Linux] 硬盘构造与分区

　　首先让咱们从物理结构上了解一下硬盘的存储原理。

 

　　硬盘构造示意图：

　　

 

　　1. head：磁头，磁盘盘面上的磁头，有几个磁头，就有几个盘面。从0开始编号，最大255，表示总共256个磁头。

　　2. cylinder：柱面。每一个盘面上的磁道叠加起来，看起来就像一个柱体，所以被称为柱面。对于单个磁盘盘面来讲，一个柱面就是一个磁道，许多的同心圆磁道构成一个盘面。从0开始编号，最大1023，表示总共1024个磁道。

　　3. sector：扇区。每一个磁道上能够划分为若干段，每一段称为一个扇区，扇区是磁盘最小存储单位，通常每一个扇区存储 512 个字节数据。从1开始编号，最大63，表示63个扇区。

 

　　扇区示意图：

　　

　　你能够将一个硬盘想象为这么一栋圆柱体建筑，建筑有若干层，每一层正反面都是是一个圆形的田径场，这就是磁盘；每一个田径场是由 N 个跑道组成，这就是磁道；每一个田径场都有一个运输运动员进出场的接驳车，这就是磁头；用 N 条直径将整个田径场划分为 2N 个扇形，每条磁道都被直径划分为 2N 段，每条磁道的每一段就是扇区；每个运动员就是一个字节，每个扇区能够容纳 512 个运动员。

　　

　　硬盘（圆柱体建筑）示意图：

 

　　单个磁盘单面（田径场）示意图：

 

　　了解了 head, cylinder, sector 是什么后，就能够计算出硬盘容量。

 

　　例如如下硬盘信息：

$ 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

 

　　以上信息显示硬盘大小为 31914983424 bytes，约为 31.9 GB。

　　该硬盘共有 4 个磁头，973968 个柱面，16 个扇区，每一个扇区可存储 512 字节。

　　硬盘容量 = 4 heads × 973968 cylinders × 16 sectors × 512 bytes = 31914983424 bytes = 30.436 GB

 

　　扇区大小为 512 字节，但咱们实际上存储的东西最小颗粒也可能会大于 512 字节，所以在进行格式化时，咱们能够选择分配单元大小，即逻辑区块 Block，例如咱们指定格式化时数据最小存储单位为 1024 字节，那么一个 Block 就是 1024 字节，即 1 个Block 等于 2 个 sectors。

 

　　硬盘容量是如何增加的？

 

　　（机械）硬盘容量虽然愈来愈大，但基本的构造原理没有太大变化。

　　随着制造工艺技术提供，磁碟愈来愈薄，磁头也愈来愈小，这样一个硬盘储存器就能够装下愈来愈多的磁片，因为磁片表面密度愈来愈高，也就是磁道和扇区也愈来愈多，容量天然愈来愈大。

　　另外还有一种叫作多区记录技术，在此技术以前，每一个磁道都是被相同直径划分，这就意味着每一个磁道上的扇区是同样多的，外围的扇区明显比内围的扇区要宽，这就浪费了不少磁道长度。在多区记录技术引入后，外围的磁道就能够划分更多的扇区，从而增长容量。

 

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　　以上就是硬盘的物理构造，硬盘只是存储介质，下面就让咱们在硬盘上规划出数据的存储方案，这就是对硬盘进行分区。

 

　　硬盘分区概念有三种，分别是主分区（primary partition）、扩展分区（extended partition）、逻辑分区（logical partition）。

 

　　在物理磁盘这个意义层面上，只有主分区和扩展分区，若是全部分区容量之和小于磁盘容量，剩余的部分就是未分配空间（unallocated disk）。硬盘分区信息保存在分区表（partition table）中，对操做系统而言，未分配空间是文件系统以外的不可用区域。

 

　　对于硬盘而言，最多有四个分区，最少有一个分区，其中至少得包含一个主分区，至多包含一个扩展分区。

 

　　分区是什么？为何要有分区？

 

　　分区就是将一个硬盘划分为若干连续的储存区域，分区表保存硬盘分区的索引，分区信息保存在分区表中。若是一个硬盘上只有一个分区，那么整个文件系统位于一个分区中，即整个文件系统存储在一个连续区域。若是该存储区域出现损坏，那么文件系统将受到破坏，用户可能丢失全部数据。对于文件系统而言，将系统数据和用户数据分开保存在不一样分区，能够避免用户数据增加以至填满整个硬盘，从而致使系统崩溃或挂起。若是使用多个分区，也能够根据存储的文件对象不一样，选择使用不一样容量的最小存储单元进行分区格式化。　

 

　　什么是主分区和扩展分区？

 

　　在 Windows 平台下激活的主分区是硬盘的启动分区，通常是 C 盘，也是硬盘的第一个分区。在 Linux 平台主分区和扩展分区均可以用以安装操做系统核心。

　　主分区属于原子分区，不能再将其划分不一样区域来使用，数据直接保存在主分区的存储单元上。扩展分区不能直接用于储存数据，必须将扩展分区划分为更小的存储单元，即逻辑分区，数据都是保存在逻辑分区中。

　　主分区和逻辑分区比如是文件，而扩展分区比如是目录，硬盘空间主要由主分区、扩展分区（由逻辑分区组成）、未分配空间组成。

　　通常来讲，先分出主分区，剩下的就都划为扩展分区，没有必要的话，通常不留未分配空间以避免浪费硬盘空间。

　　总的说来，一个硬盘只能划分为四个分区（主分区和扩展分区），一个主分区就是一个分区，一个扩展分区能够划分为任意数量的逻辑分区。

 

　　什么是主引导扇区？

 

　　主引导扇区是位于磁盘最前面一段保存引导（loader）代码的区域，该代码也被称为主引导记录（MBR，Main Boot Record），这段代码的做用在于让磁盘操做系统（DOS）对磁盘进行读写时分区合法性判断、分区引导信息定位，它也是由磁盘操做系统（DOS）在对磁盘进行初始化的时候产生。

 

　　该磁盘区域不属于主分区和扩展分区，所以主引导程序更不属于硬盘上安装的任何操做系统。它做为磁盘上一个很是小的特殊区域独立存在，不会被分区空间内的格式化命令所擦除。该磁盘区域主要能够分为三个部分：

　　1. 主引导程序（即主引导记录 MBR），空间大小为 446 个字节。它会在硬盘启动后，将系统控制权转交给在分区表中登记的操做系统，让操做系统能够操做磁盘。

　　2. 分区表（DPT，Disk Partition Table），由四个分区表构成（每一个 16 字节，这也就是为何硬盘至多只有四个分区）。

　　3. 结束标识（2字节），值为 AA55（十六进制）。

 

　　简而言之，主引导程序的做用就是在硬盘启动后，引导电脑设备进入安装在硬盘上的操做系统程序。

 

 

1. 硬盘的扇面、磁道、扇区