（圖片來源博客源尖尖毛草博客）

傳統的機配磁盤由盤片、機械臂、馬達構成。 一塊磁盤會有多個盤片。

• 磁道：盤片上一圈圈灰色同心圓。
• 扇區：磁道上一段圓弧，盤片上最小的物理存儲單位，主要有512B和4KB兩種格式。

(圖片來源：博客園尖尖毛草博客）

• 柱面：扇區組成一個圓，上圖中藍色部分。 一個盤片上下兩面都可讀寫，使用兩個磁頭讀寫。

計算存儲容量=存儲容量＝磁頭數×磁道(柱面)數×每道扇區數×每扇區字節數磁道扇區柱面三個參數計算存儲容量 = 存儲容量 ＝ 磁頭數 × 磁道(柱面)數 × 每道扇區數 × 每扇區字節數磁道 扇區 柱面 三個參數計算存儲容量=存儲容量＝磁頭數×磁道(柱面)數×每道扇區數×每扇區字節數磁道扇區柱面三個參數

老式磁盤中，每個磁道的扇區數是相等的，所以越往圓心存儲密度越高。現代磁盤改為等密度結構，外圍磁道的扇區數量大于内圈磁道，尋址方式也改為以扇區為單位的線性尋址。 為了與老式3D尋址兼容，現代磁盤控制器使用地址翻譯器把3D尋址參數轉為線性參數。

早期的分區以柱面為最小分區單位；現在的分區通常使用扇區為最小分區單位。每個扇區有一個自己的号碼。磁盤分區表主要有MBR和GPT兩種格式，GPT格式可以支持2T以上容量。

• 主分區：一塊硬盤取多4個主分區。主分區激活就可以用來啟動。
• 擴展分區：早期設計的硬盤隻能分4個分區。後來建了sda4做為擴展分區，稱為邏輯分區。
• 邏輯分區可以有很多個。
• Linux限制，一塊硬盤主分區 擴展分區 最多隻有4個。計算機的分區多于4個餘下空間不能使用。

早期的Linux為了兼容Windows的磁盤，使用了支持Windows的MBR。MBR全稱是Master Boot Record，通常放在磁盤的第一個扇區。這個扇區通常為512字節大小，當中包括兩種東西：

• 主引導記錄：446字節
• 分區表：64字節，最多隻能有4組記錄區，每組記錄區記錄該區起止柱面号碼。

sudo dd if=/dev/sda of=~/bootsector bs=512 count=1

使用vim -b ~/bootsector打開查看 （在vim命令模式下輸入:%!xxd 顯示16進制模式）

末尾的55aa是标志位，圖中選中的 8020開始即第一個分區信息，

• 第1字節80 表示是活動分區（00表示非活動分區）
• 第5字節83表示分區類型是Linux分區（8e為Linux LVM分區）

如果要改動文件，可以使用

sudo dd if=~/bootsector of=/dev/sda bs=512 count=1

寫回磁盤。

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <libgen.h> #include <unistd.h> static void usage(char *prog_name) { fprintf(stderr, "usage: %s device start count\n", prog_name); fprintf(stderr, "example: %s /dev/sda 0 512\n", prog_name); } int main(int argc, char *argv[]) { char buf[4096]; int fd = 0; int i = 0; int j = 0; int start = 0; int count = 0; char *device = NULL; if(argc != 4){ usage(basename(argv[0])); exit(1); } device = argv[1]; start = atol(argv[2]); count = atol(argv[3]); // 把磁盤像文件一樣打開 fd = open(device, O_RDONLY); if(-1 == fd){ fprintf(stderr, "cannot open device"); exit(1); } // 找到起始位置 if(lseek(fd, start, SEEK_SET) != start){ fprintf(stderr, "cannot seek at %d", start); exit(1); } // 挨個字節讀出來 while(count > 0){ int size = count > sizeof(buf) ? sizeof(buf) : count; read(fd, buf, size); /* 每行顯示16個字節 每兩個字節間以空格分開 */ for(i = 0; i < size/16; i ){ fprintf(stdout,"x:", i*16 start); for(j = 0; j < 16; j ){ fprintf(stdout, " x", (int)buf[i*16 j] & 0xFF); } fprintf(stdout,"\n"); fflush(stdout); } count -= size; start = size; } }

gcc編譯運行：

分區記錄裡分一個擴展分區出來，然後在擴展分區前幾個扇區用來再記錄邏輯分區。Linux的SATA硬盤邏輯分區可以突破63個。

由于 MBR分區 每個分區表隻有16字節，一個分區被限制最大隻能使用2.2TB的磁盤。GPT将扇區以邏輯區塊（Logincal Block Address，LBA）來處理，一個LBA默認512字節，第一個LBA就是LBA0.

• GPT使用了34個LBA來記錄分區信息
• GPT把磁盤的最後34個LBA拿來作備份。
• LBA0：用來兼容MBR，存儲了啟動引導程序。
• LBA1：GPT表頭記錄
• LBA2-33：實際記錄分區信息，每個LBA放4組分區記錄，每組記錄用到128字節空間。GPT分區表對單一分區容量限制達8ZB(1ZB=230TB)GPT 沒有了主分區、邏輯分區的區分 。

• 老的ide接口，使用 /dev/hd開頭，現在已經很少使用；
• 現在物理磁盤一般模拟成 /dev/sd[a-p]格式，第一塊磁盤為/dev/sda；分區的文件名以第一塊磁盤為例，為/dev/sda[1-128]。
• 虛拟機的磁盤通常是 /dev/vd[a-p] （比如用阿裡的ECS）
• 磁盤陣列通常是 /dev/md[0-128]
• LVM是 /dev/VGNAME/LVNAME

Linux較早的文件系統使用的是ext2。centos6： 以ext4為主 。centos7： 以xfs為主，大文件系統，日志型 ，文件可以修複。執行命令： cat /etc/fstab

每個存儲設備或存儲設備的分區被格式化為文件系統後有兩部分：block inode文件存儲在硬盤上，最小存儲單位是扇區，每個扇區可能是512Byte。但操作系統讀取硬盤時，不會一個一個扇區讀，而是一次性連續讀多個扇區，多個扇區稱為一個“塊”。多個扇區組成的塊，是文件存取的最小單位。“塊”的大小，常見的有4B，即連續8個扇區。塊用來存儲數據，而inode用來存儲這些數據元信息，主要包括：

• 文件大小
• 文件所屬用戶User ID
• 文件的Group ID
• 文件的讀/寫權限
• 文件的時間戳
• 鍊接數
• 文件數據Block的位置inode為每個文件進行信息索引，所以就有了inode的數值。操作系統根據指令，可以通過inode值快速找到相對應的文件。

使用stat命令可以查看文件的inode信息：

$ stat linux2-4.mov 16777220 3753644 -rw-r--r-- 1 apple staff 0 674287083 "Jul 9 23:49:23 2020" "Jul 9 23:07:22 2020" "Jul 9 23:07:23 2020" "Jul 9 23:07:08 2020" 4096 1344096 0 linux2-4.mov

硬盤在格式化的時候，操作系統會将硬盤分成兩個區域：數據區、inode區。每個inode節點的大小一般為128B或256B；inode節點的數量在格式化時給定，一般是每1K或每2K設置一個inode。

如果一塊1G的硬盤，每個inode節點大小為128B，每1K就設置一個inode，那inode占的空間會達到128M，占硬盤的12.8%。

df -i 命令可以查看每個硬盤分區的inode總數和已經使用的數量。