Linux学习-36-文件系统管理-硬盘结构

10 Linux文件系统管理

• 之前在安装Linux的时候已经对 Linux 的分区方法和文件系统进行了介绍。不过那种分区方法是在安装系统的同时使用图形界面进行分区，如果添加了一块硬盘，那么当然要有不重新安装系统就可以分区的方法。
• 文件系统即分区：原先每个分区只能格式化为一个文件系统，所以我们可以认为文件系统就是指分区。不过随着技术的进步，现在一个文件系统可以由几个分区组成，或者一个分区可以格式化为几个不同的文件系统，所以我们已经不能把文件系统和分区等同对待了。

10.1 硬盘结构

• 在 Linux 系统中，文件系统是创建在硬盘上的，硬盘是计算机的主要外部存储设备。计算机中的存储设备种类非常多，常见的主要有光盘、硬盘、U 盘等，甚至还有网络存储设备 SAN、NAS 等，不过使用最多的还是硬盘。
• 如果从存储数据的介质上来区分，硬盘可分为机械硬盘（Hard Disk Drive, HDD）和固态硬盘（Solid State Disk, SSD），机械硬盘采用磁性碟片来存储数据，而固态硬盘通过闪存颗粒来存储数据。

10.1.1 机械硬盘(HDD)

• 机械硬盘主要由磁盘盘片、磁头、主轴与传动轴等组成，数据就存放在磁盘盘片中。硬盘是上下双磁头，盘片在两个磁头中间高速旋转

• 机械硬盘是上下盘面同时进数据读取的。而且机械硬盘的旋转速度很高（目前机械硬盘的常见转速是 7200 r/min），所以机械硬盘在读取或写入数据时，非常害怕晃动和磕碰。另外，因为机械硬盘的超高转速，如果内部有灰尘，则会造成磁头或盘片的损坏，所以机械硬盘内部是封闭的，如果不是在无尘环境下，则禁止拆开机械硬盘。

• 机械硬盘的逻辑结构，数据是写入磁盘盘片的，机械硬盘的逻辑结构主要分为磁道、扇区和拄面。
  

• 磁道：每个盘片都在逻辑上有很多的同心圆，最外面的同心圆就是 0 磁道。每个同心圆称作磁道（注意，磁道只是逻辑结构，在盘面上并没有真正的同心圆）。硬盘的磁道密度非常高，通常一面上就有上千个磁道。但是相邻的磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近会相互产生影响。

• 扇区：在磁盘上每个同心圆是磁道，从圆心向外呈放射状地产生分割线，将每个磁道等分为若干弧段，每个弧段就是一个扇区。每个扇区的大小是固定的，为 512Byte。扇区也是磁盘的最小存储单位。

• 柱面：如果硬盘是由多个盘片组成的，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，那么所有盘片都会从外向内进行磁道编号，最外侧的就是 0 磁道。具有相同编号的磁道会形成一个圆柱，这个圆柱就被称作磁盘的柱面，

• 硬盘的大小是使用"磁头数 x 柱面数 x 扇区数 x 每个扇区的大小"这样的公式来计算的。其中，磁头数（Heads）表示硬盘共有几个磁头，也可以理解为硬盘有几个盘面，然后乘以 2；柱面数（Cylinders）表示硬盘每面盘片有几条磁道；扇区数（Sectors）表示每条磁道上有几个扇区；每个扇区的大小一般是 512Byte。

• 硬盘的接口：机械硬盘通过接口与计算机主板进行连接。硬盘的读取和写入速度与接口有很大关系。对于机械硬盘的读取和写入功能，接口的性能很差，则同样会影响机械硬盘的性能。

• 目前，常见的机械硬盘接口有以下几种：

  • IDE 硬盘接口（Integrated Drive Eectronics，并口，即电子集成驱动器）也称作 “ATA硬盘” 或 “PATA硬盘”，是早期机械硬盘的主要接口，ATA-7 硬盘的理论速度可以达到 133MB/sec（此速度为理论平均值）。
  • SATA 接口（Serial ATA，串口），是速度更高的硬盘标准，具备了更高的传输速度，并具备了更强的纠错能力。目前已经是 SATA 3.0，理论传输速度达到600MB/sec（此速度为理论平均值）。
    
  • SCSI 接口（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口），广泛应用在中高端服务器与工作站上，具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU 占用率低及热插拔等优点，Ultra 640理论传输速度达到 640MB/s，如图 7 所示。
    

11.1.2 固态硬盘（SSD）

• 固态硬盘和传统的机械硬盘最大的区别就是不再采用盘片进行数据存储，而采用存储芯片进行数据存储。固态硬盘的存储芯片主要分为两种：一种是采用闪存作为存储介质的；另一种是采用DRAM作为存储介质的。目前使用较多的主要是采用闪存作为存储介质的固态硬盘，如图 8 所示。
  

• 固态硬盘VS机械硬盘对比

固态硬盘因为丟弃了机械硬盘的物理结构，所以相比机械硬盘具有了低能耗、无噪声、抗震动、低散热、体积小和速度快的优势；不过价格相比机械硬盘更高，而且使用寿命有限。

参考文献:
深度探究硬盘的内部结构
Linux 磁盘管理

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