一、浅谈磁盘

磁盘作为计算机硬件里，唯一的机械设备。在数据存储的领域，有着不可磨灭的作用。相较于，保持通电情况下具有保持数据的不丢失的内存，磁盘能够"永久性"地存储数据。

磁盘是计算机主要的存储介质，可以存储大量的二进制数据，并且断电后也能保持数据不丢失。早期计算机使用的磁盘是软磁盘（Floppy Disk，简称软盘），如今常用的磁盘是硬磁盘(Hard disk，简称硬盘)。

磁盘作为外设，访问肯定会很慢！因此，它常常被拿来同内存的访问读取速度相比较,

内存访问速度是纳秒级（10的-9次方）
硬盘的访问速度是微秒级（10的-3次方）

对比内存与磁盘从访问方式上:

顺序访问：这种情况下，内存访问速度仅仅是硬盘访问速度的6~7倍
随机访问：这种情况下，内存访问速度就要比硬盘访问速度快上10万倍以上

但是很多时候，在企业中，并不会因为磁盘的访问速度而将其淘汰掉！毕竟，内存的成本造价远超于硬盘的成本，硬盘仍然能以更大的容量，成为存储的主流。

(1)磁盘的存储结构

俯视结构;

盘片结构;

侧视图;

有了上面盘片寻址的基础，也就不难理解下面的图。

我们都知道，计算机只认识二进制数据。那么磁盘是如何读写的呢？它是如何区别0,1的呢？

硬盘的盘片上具有磁性，利用磁头进行影响这些带磁的物质排列顺序。磁铁圈影响它们的带电状况，来表示0,1。(显然这里的专业性，不在本篇所讲)。

(2)磁盘的逻辑结构

①LBA地址

如果你有无穷大的力气，掰直由铝合金打造的硬盘;正如拉常 “老古董”磁带般轻松;

逻辑区块地址(Logical Block Address, LBA)是描述计算机存储设备上数据所在区块的通用机制，一般用在像硬盘这样的辅助记忆设备。LBA可以意指某个数据区块的地址或是某个地址所指向的数据区块。

那么操作系统如何进行 LAB的地址转换呢？下面我就小小地举个例子;

为什么需要抽象成逻辑地址？按照磁盘寻址的地址(CHS)难道不香吗?

1.其原因一肯定在于:抽象成LAB地址一定是便于OS进行管理的。其次这与后面操作系统与磁盘进行的数据交互的大小也相关(之后会提及)。

2.其原因二在于:软件与硬件层面上的解耦。

②inode

虽然，磁盘寻址按照扇区(512byte)进行，但是这依旧很小！！当要读取足够大的数据时，显然不够有效地减少IO的次数。OS文件系统定制了对多个扇区进行读取: 1KB\2KB\4KB为基本本单位。哪怕！你就仅仅要读取或者写入1byte，OS也按照以页(Page)为单位，将数据进行load，并为你写回磁盘！

这里当然又是局部性原理“救”了我们。

一个计算机程序倾向于引用邻近于其最近引用过的数据项的数据项。从效率上能够提高cpu高速缓存的命中率。从程序安全上，有可能程序在进行磁盘数据交互时的字节大小，超过了物理内存的总大小，因为其"倾向于较小的活动页面集合上的工作",接下来会对这个工作集命中，而不会产生额外的磁盘流量。

我们大多数笔记本都只携带了一个硬盘(固态),只不过这个硬盘被划分为了多个区。

那么为什么要么做呢？

举个例子:

我们大中国的领土面积有九百六十多万平方千米，但是我们并不是"一方"管理这庞大的区域面积。而是分为34个省会，四川省、云南省、陕西省……,同时省下面又分了很多个市级，四川省成都市、四川省内江市……。

同样的,幼稚园初中高中只有班主任，但到了大学就有辅导员。初高中没有各级学院，但到了大学就有经济、护理、电子信息学院等等。

这么做的目的就是为了方便管理！

然而，计算机里的磁盘分区，远远比不上那些行政区划的管理！因为一方水土，一方文化。不是靠模板就能治理好的！

对于磁盘而言，500GB和100GB的区别相差无几！管理好500G大小的磁盘就等于只需要管理好100GB大小的磁盘大小！其余的照着复制粘贴即可！

Block Group：ext2文件系统会根据分区的大小划分为数个Block Group。而每个Block Group都有着相同的结构组成。政府管理各区的例子
Super Block:存放文件系统本身的结构信息。记录的信息主要有:bolck 和 inode的总量,未使用的block和inode的数量，一个block和inode的大小，最近一次挂载的时间，最近一次写入数据的时间，最近一次检验磁盘的时间等其他文件系统的相关信息。Super Block的信息被破坏，可以说整个文件系统结构就被破坏了。

Group Descriptor Table：块组描述符，描述块组属性信息，有兴趣的同学可以在了解一下块位图（Block Bitmap）：Block Bitmap中记录着Data Block中哪个数据块已经被占用，哪个数据块没有被占用。

inode Bitmap:每个bit表示一个inode是否空闲可用
Data Blocks：存放文件内容