硬盘初识
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
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存储字节数 |
内容及含义 |
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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 |
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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 |
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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。
