开发者学堂课程【Linux 磁盘与文件系统管理：磁盘存储和文件系统】学习笔记，与课程紧密联系，让用户快速学习知识。
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磁盘存储和文件系统
本章学习磁盘的管理以及文件系统相应的功能。
拿到一个新的物理磁盘，如何使用磁盘？如何在新的磁盘放置数据，管理数据？
在管理磁盘时，可以用传统的方式：创建分区、格式化、分配。
Linux也是类似的，首先分区、指定系统、将之前的分区挂载到文件夹。
目录：
一、设备文件
二、设备类型
三、设备号码
四、硬盘接口类型
五、机械硬盘结构
六、硬盘储存术语
七、ZBR（Zoned Bit Recording）（打破不平衡）
八、机械硬盘和固定硬盘
九、设备文件
十、机械硬盘结构
十一、固态硬盘和机械硬盘
十二、CHS和LBA
十三、分区类型
十四、磁盘分区
首先来介绍一下磁盘的基本概念:在使用磁盘时，有一些专业术语，例如：sectors、cylinders、track；柱面=512*sectors/track*head 数。track 磁道.
这些术语在了解之后才会更好的使用 Linux 系统。所以下面我们来了解 Linux 的硬盘结构。
一、设备文件：
设备在 Linux 内有很多文件，不同文件的开口各有不同，对应的设备也不同。
l/0 Ports: 1/0 设备地址
一切皆文件：open(), read(), write(), close()
二、设备类型：
块设备：block，存取单位“块”,磁盘（通常具有缓存，而且是随机的；大部分表现为物理上看的见的设备；）
字符设备：char，存取单位 “字符”，键盘（具有一定的顺序；大部分表现为逻辑上的设备例如：null、zero、tty）
上述两个设备存放的不是大小，而是两个数字；前者是设备的主要编号（类别），后者是设备的次要编号（序号）。
设备的名称可人为指定。操作：（cp -a /dev/null）
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。
三、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
当设备名对应的主要编号和次要编号相同时，那么代表的是同一个设备。
四、硬盘接口类型
1、并行：
IDE: 133MB/S（早期）
SCSI: 640MB/S（老硬盘）
B 指以字节为单位；
2、串口：
SATA: 6Gbps（最大传输速度，版本不同，速度不同）
SAS: 6Gbps（生产中常用）
bps 指每秒钟传递多少位；
USB: 480MB/S
3、rpm（影响速度的指标，指每分钟转速）:
rotations
per minute
五、机械硬盘结构
磁头悬浮在盘片上面，可以读取数据；
转速越快，读取越快；
轴上带有马达，可以高速旋转；
六、硬盘储存术语
track 磁道。（许多圈，类似于操场跑道）
排在外面的圈编号较小；从外到内依次减小；
磁道又被分为许多小块，叫做扇区（sector 512 字节）；
外圈到内圈的扇区是相同的，想要增大磁盘存放的密度，尽可能在每个磁道划分更多的扇区（但是拥有极限）；
区位记录磁盘扇区结构
七、ZBR（Zoned Bit Recording）（打破不平衡）
旋转相同的角度，外圈读取的更多；
Head（磁头）：盘面的数量和磁头的数量相同；
整个硬盘的总容量：512*sectors/track*track数
*head 数；
Cylinder 柱面=512*sectors/track*head 数。
早期以柱面为单位划分分区；
CHS 硬盘三维。
sectors/track：6bit 000000 111111 63（一个磁道存放最多扇区数0-63）
Track/cylinder:10bit 2^10=1024(每个盘面的磁道数和柱面数相同)；
head 数：8bit 255
早期总容量：512*63*1024*255
八、机械硬盘和固定硬盘
1、机械硬盘 (HDD)：
Hard Disk Drive，即是传统普通硬盘，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，缓存等几个部分组成。
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，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
2、固态硬盘(SSD)：
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（一旦损坏，不可修复）
3、相较于HDD，SSD在防震抗摔、传输速率、功耗、重量、噪音上有明显优势，SSD传输速率性能是HDD的2倍；
相较于SSD，HDD在价格、容量、使用寿命上占有绝对优势
磁盘有价，数据无价，目前SSD不能完全取代HHD。
九、设备文件
1、磁盘设备的设备文件命名：
/dev/DEV FILE
SCSI, SATA, SAS, IDE,USB: /dev/sd
虛拟磁盘
/dev/vd
2、不同磁盘标识：
a-Z,aa,ab
/dev/sda, /dev/sdb,
同一设备上的不同分区：
1,2,（主分区可直接用来存放数据1-4、拓展分区可以用来划分小分区+主分区<=4、逻辑分区n）
/dev/sda1, /dev/sda5
3、硬盘存储术语
head：磁头
track：磁道
cylinder：柱面
sector：扇区，512bytes
十、机械硬盘结构
十一、固态硬盘和机械硬盘
全部为电子芯片，没有接口；
十二、CHS 和 LBA
1、CHS
（1）采用24bit 位寻址
（2）其中前10位表示 cylinder，中间8位表示 head，后面6位表示 sector
（3）最大寻址空间 8GB
2、BA (logical block addressing)
（1）LBA 是一个整数，通过转换成CHS格式完成磁盘具体寻址
（2）ATA-1 规范中定义了28位寻址模式，以每扇区512位组来计算，ATA-1所定义的28位 LBA 上限达到 128 GiB。
2002年 ATA-6规范采用48位 LBA，同样以每扇区512位组计算容量上限可达128 Petabytes；（k,m,g,t,p,e,z,y,b,n,d）
4、由于CHS(8G以内)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；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。
十三、分区类型
使用分区空间（方便管理数据）
（1）设备识别
（2）设备分区（将不同数据隔离，互相不会产生干扰）
（3）创建文件系统
（4）标记文件系统
（5）在 /etc/fstab 文件中创建条目
（6）挂载新的文件系统
十四、磁盘分区
1、为什么分区？
（1）优化1/0性能
（2）实现磁盘空间配额限制
（3）提高修复速度
（4）隔离系统和程序
（5）安装多个 os
（6）采用不同文件系统
2、分区
（1）两种分区方式：MBR（早期为 dos），GPT（在计算机管理看分区）
（2）MBR: Master Boot Record, 1982年，使用32位表示扇区数分区不超过2T
（3）如何分区：按柱面
（4）0磁道0扇区：512bytes
446bytes: boot loader
64bytes：分区表，其中每 16bytes 标识一个分区
2bytes: 55AA
（5）4个主分区;3主分区+1扩展(N个逻揖分区)
MBR分区结构
GTP分区结构
