硬盘初识

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了硬盘初识相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

机械硬盘和固态硬盘

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，在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。数据通过磁头由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

 

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设备文件

 

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

硬盘有价，数据无价，目前SSD不能完全取代HHD

 

硬盘接口类型

并行：

IDE： 133MB/s

SCSI： 640MB/s

串口：

SATA： 6Gbps

SAS： 6Gbps

USB： 480MB/s

rpm: rotations

per minute

 

硬盘存储术语

   head：磁头

track：磁道

cylinder: 柱面

sector: 扇区， 512bytes（mbr）

 

在linux设备上，磁盘是有设备编号的

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

磁盘设备的设备文件命名： /dev/DEV_FILE

SCSI, SATA, SAS, IDE,USB: /dev/sd

虚拟磁盘： /dev/vd

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, ...

/dev/sda1, /dev/sda5

机械硬盘结构

CHS/LBA寻址

CHS

C:cylinder

H:head

S:sector

    采用24bit位寻址

    其中前10位表示cylinder，中间8位表示head，后面6位表示sector。

 

一个柱面大小：

512bytes(sector) * 2^6(sector/track) * 2^8(head)

=8388608bytes=8192Kb=8Mb

      最大寻址空间8GB

LBA（logical block addressing）

LBA是一个整数，通过转换成CHS格式完成磁盘具体寻址

LBA采用48个bit位寻址

最大寻址空间128PB

 

由于CHS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时，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

 

CHS与LBA转换

   #c、#h、#s分别是磁柱、磁头、扇区的编号

#lba是逻辑区块编号

H=heads per cylinder，每个磁柱的磁头数

S=sectors per track，每磁道的扇区数

#lba=(#c*H+#h)*S+#s-1

LBA可用以下公式对应到CHS:

#c=#lba/(S*H)

#h=(#lba/S)%H

#s=(#lba%S)+1

例如:

CHS总数=[600, 10, 84]，求#lba=1234所对应的CHS编号:

 

#c=1234/(84*10)=1

#h=(1234/84)%10=4

#s=(1234%84)+1=59

所以：

#chs=(1, 4, 59)

磁盘分区

为什么分区

   优化I/O性能

实现磁盘空间配额限制

提高修复速度

隔离系统和程序

安装多个OS

采用不同文件系统

分区方式

   两种分区方式： MBR， GPT

MBR分区格式

MBR: Master Boot Record， 1982年， 使用32位表示扇区数， 分区不超过2T

如何分区：按柱面

0磁道0扇区： 512bytes

446bytes: boot loader

64bytes：分区表

16bytes: 标识一个分区

2bytes: 55AA

4个主分区； 3主分区+1扩展(N个逻辑分区)

 

标准的MBR结构

位址

功能

描述

0000-0088

主引导程序

主引导程序

0089-01BD

出错信息数据区

出错区

01BE-01CD

分区1（16字节）

 

 

分区表

01CE-01DD

分区2（16字节）

01DE-01ED

分区3（16字节）

01EE-01FD

分区4（16字节）

01FE

55

 

结束标志

01FF

aa

 

硬盘分区结构信息

存储字节数

内容及含义

第1字节

引导标志，值为80H表示活动分区，00H表示非活动分区

第2,3,4字节

本分区的起始磁头号，扇区号，柱面号。其中：

磁头号-第2字节

扇区号-第3字节的低六位

柱面号-第3字节高2位，第4字节8位

第5字节

分区类型符：

00H-表示该分区未使用

06H-FAT16基本分区

0BH-FAT32基本分区

05H-扩展分区

07H-NTFS分区

0FH-（LBA模式）扩展分区（83H为linux分区）

第6,7,8字节

本分区的结束磁头号，扇区号，柱面号。其中：

磁头号-第6字节

扇区号-第7字节的低六位

柱面号-第7字节高2位，第8字节8位

第9,10,11,12字节

分区起始相对扇区号

第13,14,15,16字节

分区总的扇区数

 

GPT分区格式

GPT:GUID（Globals Unique Identifiers）

partitiontable 支持128个分区，使用64位，支持8Z（512Byte/block ） 64Z （4096Byte/block）使用128位UUID(Universally Unique Identifier) 表示磁盘和分区 GPT分区表自动备份在头和尾两份，并有CRC校验位UEFI (统一扩展固件接口)硬件支持GPT，使操作系统启动

 

GPT的分区信息是在分区中，而不象MBR一样在主引导扇区，为保护GPT不受MBR类磁盘管理软件的危害，GPT在主引导扇区建立了一个保护分区（Protective MBR）的MBR分区表（此分区并不必要），这种分区的类型标识为0xEE，这个保护分区的大小在Windows下为128MB，Mac OS X下为200MB，在Window磁盘管理器里名为GPT保护分区，可让MBR类磁盘管理软件把GPT看成一个未知格式的分区，而不是错误地当成一个未分区的磁盘。

另外，为了保护分区表，GPT的分区信息在每个分区的头部和尾部各保存了一份，以便分区表丢失以后进行恢复。