Linux磁盘

1、磁盘的接口类型与命名方式

　　磁盘接口分为SATA、SCSI、SAS、PCI-E、光纤FC通道。常见的设备在Linux中的命名如下：

设备	设备在Linux内的文件名
IDE硬盘	/dev/hd[a-d]
SCSI/SATA/USB硬盘	/dev/sd[a-p]
U盘	/dev/sd[a-p]
软驱	/dev/fd[0-1]
打印机	25针：/dev/lp[0-2] USB：/dev/usb/lp[0-15]
当前CD ROM/DVD ROM	/dev/cdrom

 

　　1.1 IDE接口

　　IDE的接口是40个针39个口，防插反。一个IDE扁平线缆可以连接两个IDE设备，通常主机提供两个IDE接口，所以最多连接4个IDE设备。这两个IDE接口又被称为IDE1（primary）和IDE2（secondary）。每条IDE扁平线缆上的IDE设备被分为Master（主设备）和Slave（从设备）。这四个IDE设备的文件名如下表：

 

IDE/Jumper	Master	Slave
IDE1（Primary）	/dev/hda	/dev/hdb
IDE2（Secondary）	/dev/hdc	/dev/hdd

 

　　1.2SATA接口

　　SATA口的磁盘又叫串口磁盘。

　　SATA接口磁盘的命名方式不同于IDE的顺序命名，而是依照Linux内核检测到磁盘的顺序。例如：

　　一个PC有两个SATA盘和一个USB盘，主板上有6个SATA插槽，将这两个SATA盘分别插在主板上的SATA1和SATA5，那么这三块盘在Linux中的文件名依次是：

　　SATA1插槽上磁盘的文件名：/dev/sda

　　SATA2插槽上磁盘的文件名：/dev/sdb

       USB盘（需要开机完成后才能被识别）：/dev/sdc

 

2、磁盘的组成

　　磁盘主要由机械臂、机械轴、盘片、磁头、主轴组成。数据的写入实在盘片上，盘片分为扇区（Sector）和柱面（Cylinder）。

　　每个扇区的大小为512bytes。在磁盘的最外圈，离主轴最远的磁道为0磁道，磁盘存放数据是从0磁道开始的。其中第一个扇区记录了磁盘的重要信息。磁盘的第一个扇区主要记录了：

• 主引导记录（Main Boot Record）：安装引导加载程序的地方。共446bytes。在0磁头0磁道1扇区。
• 分区表（partition table）：记录整块磁盘的分区状态。共64bytes。
• 分区结束标识（55AA）：其值为AA55，存储时低位在前，高位在后，即看上去是55AA（十六进制）。

标准MBR结构如下：

地址	描述	长度（字节）
0	代码区	440（最大446）
440	选用磁盘标志	4
444	一般为空值; 0x0000	2
446	标准MBR分区表规划（四个16 byte的主分区表入口）	64
511	MBR有效标志：0x55AA	2

 

磁盘分区表

　　文件系统是以柱面为单位存储数据的。分区的最小单位也是柱面。

 　　扇区和柱面：

1. 　磁头数等于盘面数，一块磁盘由2-14个盘片
2. 　同一个盘面，以盘片中心为圆心，每个不同半径的圆形轨迹就是一个磁道
3. 　不同盘面相同磁道组成一个圆柱体就是柱面
4. 　不同盘面的磁道被划分成多个扇形区域，每个区域就是一个扇区
5. 　一个柱面包含多个磁道，一个磁道包含多个扇区
6. 　数据信息记录可表示为三个条件：某磁头、某磁道（柱面）、某扇区

　　分区表：

　　　　默认的分区表只能写入4组分区信息，即：4个主分区（Primary）或3个主分区（Primary）和一个扩展分区（Extend），扩展分区里面可以分出逻辑分区。

 

　　

　　分区的重要性：

　　　　1、数据的安全性：在整理数据时，可以将待整理分区的数据移动到其他分区，避免数据丢失。

　　　　2、系统性能：由于数据存储的最小单位是柱面，所以当需要读取存储在同一柱面的数据时，只会读取这一柱面，提高了读取速度和性能。

 

 　　扩展分区和逻辑分区：

　　　　扩展分区的目的是使用额外的扇区记录分区信息

　　　　扩展分区不能被格式化，只有主分区和逻辑分区可以格式化后作为数据访问的分区。逻辑分区的编号从5开始，逻辑分区的数量限制依据操作系统的不同，在Linux中，IDE硬盘最多有59个逻辑分区（编号5-63），SATA盘最多有11个逻辑分区（编号5-15）。

 

　　注意：主分区和逻辑分区是不能整合在一起的。除非将扩展分区全部破坏，但是会影响到其他的逻辑分区。

 

 

什么是CHS寻址

 

很久以前， 硬盘的容量还非常小的时候，人们采用与软盘类似的结构生产硬盘。也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数。由此产生了所谓的CSH 3D参数 (Disk Geometry)。即磁头数(Heads)，柱面数(Cylinders)，扇区数(Sectors)，以及相应CHS寻址方式。

 

CHS寻址模式将硬盘划分为磁头（Heads）、柱面(Cylinder)、扇区(Sector)。

 

• 磁头(Heads)：每张磁片的正反两面各有一个磁头，一个磁头对应一张磁片的一个面。因此，用第几磁 头就可以表示数据在哪个磁面。

• 柱面(Cylinder)：所有磁片中半径相同的同心磁道构成“柱面"，意思是这一系列的磁道垂直叠在一起，就形成一个柱面的形状。简单地理解，柱面数=磁道数。

• 扇区(Sector)：将磁道划分为若干个小的区段，就是扇区。虽然很小，但实际是一个扇子的形状，故称为扇区。每个扇区的容量为512字节。

 

 

CHS寻址的最大容量

 

CHS寻址方式的容量由CHS三个参数决定：

 

• 磁头数最大为255 (用 8 个二进制位存储)。从0开始编号。
• 柱面数最大为1023(用 10 个二进制位存储)。从0开始编号。
• 扇区数最大数 63(用 6个二进制位存储)。从1始编号。

 

所以CHS寻址方式的最大寻址范围为：
255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 GB ( 1M =1048576 Bytes )

 

或硬盘厂商常用的单位：
255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 GB ( 1M =1000000 Bytes )

 

CHS寻址的缺点

 

显然，由于要求每个磁道的扇区数相等，而外道的周长要大于内道，所以外道的记录密度要远低于内道，不仅造成了硬盘空间的浪费，也限制了硬盘的容量。为了解决这一问题，进一步提高硬盘容量，人们改用等密度结构生产硬盘。也就是说，外圈磁道的扇区比内圈磁道多，采用这种结构后，硬盘不再具有实际的CHS参数，寻址方式也改为线性寻址，即以扇区为单位进行寻址。
但一些古老的软件仍然使用CHS寻址方式(如使用BIOSInt13H接口的软件)，为了兼容这样的程序，在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器，可以通过它将老式CHS参数翻译成新的线性参数。