《数据在外设中的存储》

【一】磁盘的物理结构

        我们现在很少看到磁盘了，我们电脑使用的大部分使用的是nvme协议的固态硬盘，差一点的使用的是sata固态接口的硬盘了，磁盘在我们电脑上尤其是笔记本电脑上是很少存在的，难道磁盘真的穷途末路了吗？显然不是，在企业端，磁盘依旧是主流，这是为什么呢？因为出于成本和稳定性考虑。

        相同容量的固态和磁盘，固态的价格要比磁盘高上三倍以上，且固态是一个电子元器件，如果遭受到了不可逆的损伤，数据恢复的可能性为0，且长时间断电的情况下，固态内的数据会出现短暂丢失且不能恢复的情况，这个在硬盘上几乎是不可能存在的问题，因为硬盘是纯物理结构，只要中间的盘片不存在损坏的情况下，修复是非常简单的事情，且便宜。

        硬盘的组成结构：磁头，盘面，马达，硬件+伺服系统

磁头：每一个面都有一个磁头，记住是面，这就说明了，写入的时候是两个磁头配合写入的，且磁头=面数，磁头是共进退的。

盘面：就是用来存储数据的介质。

马达：盘面中间的马达控制磁盘的摆动，磁头上的马达控制磁头的摆动。

硬件电路+伺服系统：就是用来控制向磁盘中读写数据的集成电路块。

注意：磁头和盘面之间是没有接触的，是为了防止磁盘抖动时，磁头跟着抖动

【二】磁盘的存储结构

        磁盘寻址的时候，基本单位不是bit，更不是byte，而是使用一块扇形区域被称为扇区（512byte），那么在 单面上如何定位一个扇区呢？

        磁盘中定位任何一个扇区，采用的硬件基本定位方式：CHS定位法！，磁头在摆动的时候，就是确认在哪一个磁道，然后定位磁头也就是定位在哪个盘面上，最后定位在哪一个扇区。

【三】磁盘的逻辑结构

        磁盘在物理上是一个小光碟，是圆形的，但是在逻辑上可以抽象为类似胶带一样，卷起来成为了一个圆形。扯出来就是一个线性结构。

 你看这玩意想不想一个数组？其实操作系统对磁盘的管理真就和数组差不多，所以当我们需要区找到一个扇区，我们只需要去找到对应的扇区下标就行了，操作系统内部，我们把这个地址称之为LBA地址。

        这还有一个致命问题：为什么OS要进行逻辑抽象呢？直接使用CHS不行吗？

这里有两个主要的原因：1.便于管理     2.不想让OS的代码和硬件强耦合

【四】磁盘存储的基本单位

        虽然磁盘的访问的基本单位是512字节，但是依旧很小，OS内的文件系统会单独定制一套多扇区读取的机制，如2KB，4KB，其实以4kb是最常见的，你读取的时候你哪怕只读取1bt的内存，你也需要将4kb的内存读入，如有必要在写回去罢了。

        

上图是磁盘文件系统图（在Linux下的），磁盘是典型的块设备，硬盘分区被划分为一个个的block，一个block的大小是由格式化的时候确定的，且不可更改，而启动快（boot block）的大小是确定的。

block group：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，其实就是政府管理各区的例子是一样的。

super block：存放文件系统本生的结构信息，记载的主要信息有：block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，最近一次校验磁盘的时间等其他文件系统的相关信息，super block被破坏就相当于整个文件系统被破坏了。

GDT：块组描述符，描述块组的属性信息

block bitmap：记录着Data bitmap中哪个数据块被占用，哪个数据库没有被占用。

inode 位图：每一个bit表示一个inode是否空闲可用

i节点表：存放文件属性

数据区：存放文件内容

【五】创建一个新文件主要有以下4个操作

1.存储操作

        内核闲找到一个空闲的节点，内核把文件信息写进去

2.存储数据

        该文件需要三个磁盘块，内核找到内核缓冲区的数据以此复制进去

3.记录分配情况

        文件内容按照顺序村粗，内核在inode的磁盘分区记载了上述的块列表

4.添加文件名到目录

        新的文件名叫abc，Linux如何在当前的目录中记载这个文件？内核将如何添加到目录文件，文件名和inode之间的对应关系将文件名和文件内容属性链接起来。

        以上就是这期的全部内容了，如果哪里有问题的话还请位于评论区斧正，如果觉得写的还不错的话，还请给个一键三连，毕竟码字不易。