【Linux】磁盘文件

思维导图

学习目标

       了解磁盘的物理结构和存储结构，并将其存储结构进行抽象！！

一、了解一下磁盘及其物理结构

1.1 计算机只认识二进制

       什么是二进制？？0，1是被规定出来的，在计算机里面我们用高低电平规定0， 1，或者表示有或区等……因此，0， 1在物理中有不同的表示。

1.2 磁盘的物理结构

• 盘片：一个磁盘（如一个 1T 的机械硬盘）由多个盘片（如下图中的 0 号盘片）叠加而成。盘片的表面涂有磁性物质，这些磁性物质用来记录二进制数据。因为正反两面都可涂上磁性物质，故一个盘片可能会有两个盘面。
• 磁头：硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。
• 磁道：每个盘片被划分为一个个磁道 
• 扇区：每个磁道又划分为一个个扇区

1.3 盘片和磁头的关系

1. 盘片和磁头有一定的距离
2. 磁头悬浮在盘片上，距离很近
3. 磁盘中不能有灰尘，避免损伤盘片
4. 盘片和磁头容易进行损坏，不能有巨大的碰撞

1.4 磁盘的分类

• 桌面级磁盘（民用）
• 企业级磁盘（企业）

1.5 磁盘的放置位置

       放置磁盘的位置，因为磁盘在运行中，磁盘会发热，所以磁盘大多数在水中，利用水的流动将热气带走。

1.6 磁盘的速度

       磁盘是机械设备，磁盘还是一个外设，速度是很慢的，因此磁盘的速度会比较慢，差距很大。磁盘的性价比高！

二、磁盘的存储结构

2.1 磁盘的存储结构

• 盘片：一个磁盘（如一个 1T 的机械硬盘）由多个盘片（如下图中的 0 号盘片）叠加而成。盘片的表面涂有磁性物质，这些磁性物质用来记录二进制数据。因为正反两面都可涂上磁性物质，故一个盘片可能会有两个盘面。
• 磁头：硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。
• 磁道：每个盘片被划分为一个个磁道 
• 扇区：每个磁道又划分为一个个扇区
• 一个盘片上有n个磁道，一个磁道上有m个扇区

       读写的基本单位是扇区，扇区的容量一般为512字节。怎么理解读写的基本单位是扇区呢？？即使只修改一个比特的数据，我们也要将512字节的数据进行更新。

2.2 如何在磁盘中找到特定位置的数据？

       在这之前，我们先来看一看结构的英语单词：磁头（Head），柱面（Cylinder），扇区（Sector），这个方法称之为CHS定址法。

具体步骤：

1. 先确定数据在哪一个面上，确定磁头（Head）
2. 然后，在确定数据在哪个磁道（柱面）上，缩小磁道的半径（Cylinder）
3. 最后确定数据在哪一个扇区中（Sector）

三、对磁盘的存储进行逻辑抽象

3.1 为什么要对磁盘的存储进行逻辑抽象？

       如果OS直接使用CHS，会导致耦合度太高，并且要方便内核进行磁盘管理。

3.2 利用磁带来引入对磁盘的抽象理解

       在以前的时候，会有一个磁带的东西。我很喜欢将磁带中的那一圈圈的东西给拉直，这样，我们就将圆形存储结构变成了线性存储结构。

       一般来说，操作系统直接访问4KB（8个连续的扇区）