磁盘的逻辑结构

Posted 2020-11-01 直木

　　老式磁盘，它是由一个个盘片组成的，我们先从个盘片结构讲起。如图1所示，图中的一圈圈灰色同心圆为一条条磁道，从圆心向外画直线，可以将磁道划分为若干个弧段，每个磁道上一个弧段被称之为一个扇区（图中绿色部分）。扇区是磁盘的最小组成单元，通常是512字节。

      

　　　　　　　　　　　图1 老式磁盘一个盘片的结构 

图2展示了由一个个盘片组成的磁盘立体结构，一个盘片上下两面都是可读写的，图中蓝色部分叫柱面（cylinder）。

    

　　　　　　　　　  　图2 老式磁盘的整体结构

　　以上文字和图片出自：http://www.cnblogs.com/joydinghappy/archive/2012/05/21/2511948.html  ，我觉得图片和文字非常清楚和容易理解。

下面给出磁盘的几个概念：

1、磁头（Head）：硬盘的盘体是由多个盘片重叠在一起构成的。硬盘“磁面”的概念与软盘类似，它是指一个盘片的两个面，每个盘片有上下两个磁面。在硬盘中，一个磁面对应一个读写磁头，所以，一般来说在对硬盘进行读写操作时，不再称磁面0、磁面1、磁面2，而是称磁头0、磁头1、磁头2。

2、磁道（Track）：磁盘在格式化时会划分成许多同心圆，其同心圆轨迹称为磁道。

3、 柱面(Cylinder)：由于硬盘的盘体是由多个盘片重叠在一起构成，每个盘片的每个面都被划分成不同半径的同心圆磁道，整个盘体中所有磁面的半径相同的同心磁道就称为“柱面”。

4、扇区(Sector)：如果将每一个磁道视为一个圆环，再把该圆环等分成若干个扇形小区，该等分的小区就是磁盘存取数据的最基本的单位“扇区”。

 

　　硬盘在存储数据之前，一般需经过低级格式化、分区、高级格式化这三个步骤之后才能使用。其作用是在物理硬盘上建立一定的数据逻辑结构。

下面给出三个步骤的作用及相关的概念。并在最后以创建虚拟磁盘的过程具体地显示一下这三个步骤。

 

1.低级格式化（物理格式化）：它的作用是检测硬盘磁介质，划分磁道，为每个磁道划分扇区，并根据用户选定的交叉因子安排扇区在磁道中的排列顺序等。

2.分区：一块硬盘，就是所有容量都划分给一个分区，也要显式的进行这个操作来指定。所以，对硬盘做完低级格式化后，必须进行分区操作，通过分区来完成主引导记录的写入。也正是这个原因，很多独立发行的低级格式化软件，也同时是一个分区软件，可以完成硬盘分区功能。

 3.高级格式化（逻辑格式化）：通过格式化处理来为硬盘建立引导区（BOOT），文件分配表（FAT）和数据存储区（DATA）（这是FAT文件系统），只有格式化以后，硬盘才能在电脑中正常使用。这是因为各种操作系统都必须按照一定的方式来管理磁盘，而只有格式化才能使磁盘的结构能被操作系统认识。

 

 

>>基本分区、扩展分区与逻辑分区：

1）基本分区：基本分区（主分区）是物理磁盘中可以被标记为激活，并且被系统用来启动计算机的磁盘分区。

2）扩展分区：扩展分区是为了突破一个硬盘上只能有4个分区的限制而制定的，一个硬盘只能有一个扩展分区。

3）逻辑分区：扩展分区是不能直接用的，他是以逻辑分区的方式来使用的，所以说扩展分区可分成若干逻辑分区。他们的关系是包含的关系，所有的逻辑分区都是扩展分区的一部分 。

　　实际上在早期的硬盘分区中并没有主分区、扩展分区和逻辑分区的概念，每个分区的类型都是现在所称的主分区。在MBR分区模式中，硬盘只能分4个分区，而4个分区肯定不够用，所以就催生了扩展分区和逻辑分区的概念，而之前的分区类型便起名为主分区了。

>>为什么（主分区+扩展分区）最多只能有4个？

　　这是MBR决定的，由于硬盘的主引导记录中仅仅为分区表保留了64个字节的存储空间，而每个分区的参数占据16个字节，故主引导扇区中总计只能存储4个分区的数据。也就是说，一块物理硬盘只能划分为4个主分区磁盘。

如下图，我在虚拟机中进行试验，进行分区。结果如下（磁盘0由3个主分区+1个扩展分区组成）

 

>>卷集：

　　卷集是将一个或多个物理硬盘上的未格式化的自由空间组合成一个逻辑卷，做为一个整体来访问，为其分配一个盘符，就像一个单独的分区一样来格式化和存储数据。

　　“卷”的概念在FAT中引入时，支持将一个物理磁盘分成4个逻辑磁盘，每个逻辑磁盘就是一个卷（也称为分区），也就是说每个卷都是一个能够被单独格式化和使用的逻辑单元，供文件系统分配空间时使用。一个卷中包含了文件系统信息、一组文件以及空闲空间。每个卷都专门划出一个单独区域来存放自己的目录和FAT表，以及自己的逻辑驱动器字母。

　　卷是Windows系统的一种磁盘管理方式，目的是把硬盘空间从物理硬盘的管理方式中跳出来，进行更方便的统一管理分配。比如我们有一个8GB的硬盘和一个20GB的硬盘，想要分成一个12GB和一个16GB的两个逻辑盘，用物理分区的方式就没法做到，但用卷来管理就可以做到。

 

>>分区与卷的区别：

　　硬盘有好多种工作模式，其中在普通的模式下运行时，专业上将它称为“基本磁盘”，通常家庭计算机里的硬盘都是运行在“基本磁盘”模式（如下图win7磁盘管理窗口中所示），在这种模式下，卷与分区没有根本的区别，你尽可以认为一个卷就是一个分区，这种卷在专业上称之为简单卷。

        

　　分区和卷的区别在于，磁盘类型有基本磁盘和动态磁盘。卷只能在动态磁盘中，且有五种，分别叫简单卷、跨区卷、带区卷、镜像卷和 RAID-5 卷，每种卷之间存在很大的差异，而分区只能在基本磁盘中，虽然有三种称呼，主分区，扩展分区，逻辑分区，但是他们没有太大的差异，不过由于分区和简单卷比较相似，所以Windows 7以后，将分区和简单卷都标记为了简单卷(所以在win7中给可用空间分区也就是新建简单卷)。

 

>>基本磁盘和动态磁盘：

　　“基本磁盘”非常常见，我们平时使用的磁盘类型基本上都是“基本磁盘”。“基本磁盘”受26个英文字母的限制，也就是说磁盘的盘符只能是26个英文字母中的一个。因为A、B已经被软驱占用，实际上磁盘可用的盘符只有C～Z 24个。另外，在“基本磁盘”上只能建立四个主分区（注意是主分区，而不是扩展分区）；

　　另一种磁盘类型是“动态磁盘”。“动态磁盘”不受26个英文字母的限制，它是用“卷”来命名的。“动态磁盘”的最大优点是可以将磁盘容量扩展到非邻近的磁盘空间。正是这个特点可以帮助我们解决上面的那个问题。

 

>>磁盘的数据组织结构：

　　首先是MBR，然后是各个分区。每个分区在高级格式化的时候建立文件系统，不同文件系统，各个分区内部组织结构不同。如FAT的结构如下：

 

>>创建虚拟磁盘

1）右键计算机-->管理-->右键磁盘管理-->创建vhd-->初始化磁盘(低级格式化)

 2）分区

 

3）高级格式化

重复以上步骤，多个分区，结果如下：