前提引入
明确中，文件 = 内容 + 属性。
- 被打开的文件：
- 加载到内存中，通过 基础I/O操作（如 <font style="color:rgb(64, 64, 64);">read()</font>、<font style="color:rgb(64, 64, 64);">write()</font>）举行读写。
- 操作体系通过 文件形貌符（File Descriptor）管理打开的文件。
- 内存中的数据是临时状态，关闭文件后需生存回磁盘。
- 未打开的文件：
- 长期化存储在 磁盘 上，以二进制情势生存。
- 文件体系通过 目录结构 和 索引机制 纪录文件的位置。
以是磁盘上的存储需要文件体系举行管理维护。
明确硬件
机械磁盘、服务器、机柜、机房
机械磁盘是计算机中唯一的机械装备。
拆开后的磁盘内部俯视图如下：
盘片并不是光滑的，可以用磁铁的工作原理来想象，磁铁有南北极，可以用来代表二进制中的0和1，以是无数个小的磁铁在盘片表面汇聚，用不同的二进制序列来形成数据，然后通过磁头来读取数据，这样就是磁盘表面的工作原理。
服务器就是由网络装备和磁盘构成，每一个方块都是一个磁盘盒，企业级的服务器并不是全部的磁盘都是性能好的，对于长期不使用的数据会使用效率低的磁盘举行生存，低落本钱。
机柜用来放多台服务器。
机房用来管理机柜。机房本钱极高，只有大企业才会去建机房。
机房最怕的就是起火，这是由于磁受热后会消磁，昂贵的不是呆板，而是数据！
磁盘物理结构
磁盘的存储结构
拆开所看到俯视图的磁盘并不是真正的结构，磁盘现实上是有多个盘片，多个面构成，多少面临应多少个磁头。
每一面由磁道构成，磁道中对应的扇区就是磁盘存储数据的根本单位，一个扇区是512字节。以是当对扇区内数据举行操作时需要将整个扇区加载到内存。
全部的扇区都是同轴转动，形成柱面，当磁盘写入的时候是对柱面举行批量写入。磁头在传动臂的带动下，共进退，但是在工作的时候根据需要，部分磁头工作，部分不工作。当读取文件数据时，多个磁头在不同面举行读取或写入。
如何定位磁盘扇区–<font style="color:rgb(31,35,41);">CHS</font>地点定位
磁盘扇区的定位通过以下三步实现，涉及机械硬盘的物理结构和工作原理：
定位磁头（Head）
- 作用：选择要操作的盘面。
- 实现：
磁盘由多个叠放的盘片构成，每个盘片有两个磁头（上下面各一）。
通过激活对应编号的磁头（如 <font style="color:rgb(64, 64, 64);">Head 0</font>、<font style="color:rgb(64, 64, 64);">Head 1</font>），选择详细盘面举行读写。
- 示例：
若磁盘有 3 个盘片，则共有 6 个磁头（每面一个）。选择 <font style="color:rgb(64, 64, 64);">Head 3</font> 即操作第二个盘片的上表面。
确定柱面/磁道（Cylinder）
- 作用：确定磁头要访问的“同心圆轨道”。
- 实现：
- 全部盘片上雷同半径的磁道构成一个柱面（例如，6 个盘片的第 5 磁道共同构成 <font style="color:rgb(64, 64, 64);">Cylinder 5</font>）。
- 磁头臂横向移动，将磁头对齐到目标磁道的位置。
- 意义：
同一柱面不同盘面的数据可被快速连续读取，减少磁头移动耗时。
定位扇区（Sector）
- 作用：在磁道上找到详细的数据块。
- 实现：
- 磁盘高速旋转（如 7200 RPM），磁头静止在目标磁道上。
- 通过 扇区编号（如 <font style="color:rgb(64, 64, 64);">Sector 12</font>）或 时间标记，等待目标扇区旋转到磁头正下方。
- 触发读写操作。
假如读写失败，等待下次旋转抵达，一直失败就一直等待，读写的正确率就是企业级磁盘和桌面级磁盘的区别，也有本钱和代价决定。
- 关键点：
- 扇区是磁盘最小存储单位（传统为 512 字节，当代硬盘支持 4K 字节）。
- 扇区位置由磁盘旋转速率和控制器时序控制。
完整流程示例
假设要读取 <font style="color:rgb(64, 64, 64);">Cylinder 100, Head 2, Sector 45</font> 的数据：
- 移动磁头臂到第 100 号柱面。
- 激活第 2 号磁头，选择对应盘面。
- 磁盘旋转至第 45 号扇区经过磁头时，读取数据。
⽂件 = 内容+属性 都是数据，⽆⾮就是占据那⼏个扇区的问题。能定位⼀个扇区了，能不能定位多个扇
区呢？
扇区是从磁盘读出和写⼊信息的最⼩单位，通常⼤⼩为 512 字节。
- 磁头（head）数：每个盘⽚⼀般有上下两⾯，分别对应1个磁头，共2个磁头
- 磁道（track）数：磁道是从盘⽚外圈往内圈编号0磁道，1磁道…，靠近主轴的同⼼圆⽤于停靠磁 头，不存储数据。
- 柱⾯（cylinder）数：磁道构成柱⾯，数目上等同于磁道个数
- 扇区（sector）数：每个磁道都被切分成很多扇形地区，每道的扇区数目雷同
- 圆盘（platter）数：就是盘⽚的数目
磁盘容量 = 磁头数 × 磁道(柱⾯)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数
柱⾯（cylinder），磁头（head），扇区（sector），显然可以定位数据了，这就是数据定位(寻址)⽅
式之⼀，CHS寻址⽅式。
磁盘的逻辑结构
明确过程
当磁带卷起来的时候也类似于磁盘那样由磁道构成的同心圆，但是拉出来后就是线性结构。
以是磁盘也可以类比成这样的线性结构，将磁道断开，然后拉直形成线性结构，每一个结构存储单位是一个扇区。
一个磁道就是如下结构。
多个磁道链接到一起就是如下结构。
这样每⼀个扇区，就有了⼀个线性地点(实在就是数组下标)，这种地点叫做LBA。
每个磁道的扇区从1开始，磁头和柱面从0开始。
现实上还是使用CHS定位，但是在逻辑上可以这么认为，有几个盘面就是几个数组，每个数组就是多个磁道构成的。
以是磁盘这样看来，就是线性结构！现在定位一个位置只需要一个数字（数组下标）。
真实过程
⼀个细节：传动臂上的磁头是共进退的
柱⾯是⼀个逻辑上的概念，实在就是每⼀⾯上，雷同半径的磁道逻辑上构成柱⾯。
以是，磁盘物理上分了很多⾯，但是在我们看来，逻辑上，磁盘团体是由“柱⾯”卷起来的。
以是磁盘真实环境是：
即：⼀维数组
柱⾯：
整个磁盘全部盘⾯的同⼀个磁道，即柱⾯展开：
就类似于将一个圆柱的侧面剪开。
柱⾯上的每个磁道的扇区个数是⼀样的，形成的结构就是⼆维数组。
整盘：
整个磁盘不就是多张⼆维的扇区数组表。
全部，寻址⼀个扇区：先找到哪⼀个柱⾯(Cylinder) ,在确定柱⾯内哪⼀个磁道(实在就是磁头位置，
Head)，在确定扇区（Sector），以是就有了CHS。
实在全部都是⼀维数组，对柱面和磁道也举行编号，全部连接在一起也是一个一维数组。
以是，每⼀个扇区都有⼀个下标，我们叫做LBA(Logical Block Address)地点,实在就是线性地点。以是怎么计算得到这个LBA地点呢？
在操作体系看来，只需指定逻辑块号，无需关心磁盘物理结构，通过LBA地点即可。
LBA 为操作体系提供同一接口，屏蔽物理细节。转换工作由磁盘固件完成，通过电路伺服体系，操作体系只需操作逻辑地点。
OS为什么要使用LBA呢？
不同磁盘的物理结构差异巨大（例如，柱面数、磁头数、扇区数不同）。若操作体系直接使用 CHS，需适配全部硬盘型号，极为复杂。而使用LBA，操作体系只需指定逻辑块号，无需关心磁盘物理结构。
CHS与LBA转换
CHS 转 LBA 的公式推导：
假设已知以下磁盘参数：
- - **<font style="color:rgb(64, 64, 64);">每磁道扇区数</font>**<font style="color:rgb(64, 64, 64);">：</font>`<font style="color:rgb(64, 64, 64);">S</font>`
- - **<font style="color:rgb(64, 64, 64);">磁头数</font>**<font style="color:rgb(64, 64, 64);">：</font>`<font style="color:rgb(64, 64, 64);">H</font>`
- - **<font style="color:rgb(64, 64, 64);">当前 CHS 地址</font>**<font style="color:rgb(64, 64, 64);">：</font>`<font style="color:rgb(64, 64, 64);">(C, H, S)</font>`
- 磁头数 × 每磁道扇区数 = 单个柱⾯的扇区总数
- LBA = 柱⾯号C × 单个柱⾯的扇区总数 + 磁头号H × 每磁道扇区数 + 扇区号S - 1
- 即：LBA = 柱⾯号C × (磁头数 × 每磁道扇区数) + 磁头号H × 每磁道扇区数 + 扇区号S - 1
- 扇区号通常是从1开始的，⽽在LBA中，地点是从0开始的
- 柱⾯和磁道都是从0开始编号的
总柱⾯，磁道个数，扇区总数等信息，在磁盘内部会⾃动维护，上层开机的时候，会获取到这些参数。
LBA 转 CHS 的公式推导：
已知：
- - **<font style="color:rgb(64, 64, 64);">LBA 地址</font>**<font style="color:rgb(64, 64, 64);">：</font>`<font style="color:rgb(64, 64, 64);">LBA</font>`
- - **<font style="color:rgb(64, 64, 64);">磁盘参数</font>**<font style="color:rgb(64, 64, 64);">：</font>`<font style="color:rgb(64, 64, 64);">H</font>`<font style="color:rgb(64, 64, 64);">（磁头数）、</font>`<font style="color:rgb(64, 64, 64);">S</font>`<font style="color:rgb(64, 64, 64);">（每磁道扇区数）</font>
- 柱⾯号C = LBA // (磁头数*每磁道扇区数)【就是单个柱⾯的扇区总数】
- 磁头号H = (LBA % (磁头数*每磁道扇区数)) // 每磁道扇区数
- 扇区号S = (LBA % 每磁道扇区数) + 1
- <font style="color:rgb(31,35,41);">"//"</font>: 表⽰除取整
从此以后，在磁盘使⽤者看来，根本就不关⼼CHS地点，⽽是直接使⽤LBA地点，磁盘内部⾃⼰
转换。
以是，从现在开始，磁盘就是⼀个元素为扇区的⼀维数组，数组的下标就是每⼀个扇区的LBA地点。OS使⽤磁盘，就可以⽤⼀个数字访问磁盘扇区了。
一维数组和三维数组的转换。
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。 |
