Ext系列文件系统(一)

1.理解硬件

磁盘，服务器，机柜，机房

机器磁盘是计算机中的唯一机械设备

磁盘--外设，速度慢，容量大，价格便宜

 

磁盘是由一颗一颗极小磁铁组成，磁铁有正负极就可以用正负极来表示0于1，则一个磁盘就可以存储很多个0与1，以前的光盘能放电影就是上面的0与1构成信息。

2.磁盘的物理结构

3.磁盘的存储结构

扇区:磁盘存储数据的基本单位，512字节，块设备

定位一个扇区方法：可以先定位磁头(Header)，接着是要访问哪一个柱面/磁道(Cylinder)

最后定位一个扇区(Sector)

4.CHS地址定位

文件=内容+属性 都是数据，会占用几个扇区，能定位一个扇区，也能定位多个扇区。

扇区是从磁盘读出读出和写入信息最小单位，通常大小为512字节。

磁头数：每一个磁盘一般都有上下面，分别对应1个磁头，一共有俩个磁头

磁道数：磁道是从盘片外圈往内圈编号0磁道，1磁道依次递增，靠近主轴的同心圆用于停靠磁头，不存储数据。

柱面数：磁道构成柱面，数量等同于磁道个数

扇区数：每个磁道都被切分成很多扇形区域，每道的扇区数量相同

圆盘数：盘片的数量

磁盘容量=磁头数*磁道数*每道扇区数*每扇区字节数

补充：传动臂上的磁头是共进退的

柱面，磁头，扇区三个已知就可以定位数据了，这就是数据定位方法之一，CHS寻址方式。

关于CHS寻址：对早期的磁盘非常有效，知道用哪个磁头，读取那个柱面上的第几个扇区就可以读取到数据了。但是CHS模式支持的硬盘容量有限，因为系统用8bit来存储磁头地址，用10bit来存储柱面地址，用6bit来存储扇区地址，而一个扇区共有512Byte,就可以计算出寻址一块硬盘最大容量为2^8*2^10*2^6*512B=10485760MB(1MB=1048576B,大概是10GB)

5.磁盘的逻辑结构

磁带上面可以存储数据结构，但是逻辑上可以把磁带拉直，变成一个线性结构，那么磁带的逻辑存储结构也可以类似于：

那么磁盘的本质虽然是硬质的，但是逻辑上可以把磁盘想象成卷在一起的磁带，那么磁盘的逻辑存储结构可以类似于一数组形式，每一个扇区可以用下标访问，这种地址也叫LBA

柱面是一个逻辑上的概念，每一面上半径相同的磁道在逻辑上构成柱面。

所以，磁盘物理上分了很多面，但是可以看成：磁盘整体由柱面卷起来的。

6.磁盘的真实情况

磁道：某一盘面某一个盘面展开：

柱面：

整个磁盘所有盘面的同一个磁道，即柱面展开：

整盘：

由此要寻址一个扇区：先找到那一个柱面，在确定柱面内哪一个磁道，在确定扇区。每一个扇区都有一个下标，叫做LBA(Logical Block Adress)地址，其实就是线性地址。

7.CHS&&LBA地址

CHS转成LBA:

磁头数*每磁道扇区数=单个柱面的扇区总数

LBA=柱面号C*单个柱面的扇区总数+磁头号H*每磁道扇区数+扇区号S-1

扇区号通常是从1开始的，而在LBA中，地址是从0开始的

柱面和磁道都是从0开始编号的

总柱面，磁道个数，扇区总数等信息，在磁盘内部会自动维护，上层开机时会获取到这些参数。

LBA转成CHS：

柱面号C=LBA//(磁头数*每道扇区数)

磁头号H=(LBA%(磁头数*每道扇区数))//每道扇区数

扇区号S=(LBA%每道扇区数)+1

//表示除取整数

所以对于磁盘使用者来说，根本不关心CHS地址，而是直接使用LBA地址，磁盘内部会自己转换。

从现在开始，磁盘就是一个元素是扇区的一位数组，数组的下标就是每一个扇区的LBA地址。OS使用磁盘可以用一个数字访问磁盘扇区。

8.引入文件系统

引入块概念

硬盘是典型的块设备，操作系统读取硬盘数据的时候，其实是不会一个个扇区的读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个块(block)。

硬盘的每个分区是被划分为一个一个的块，一个块的大小是由格式化的时候确定的，并且不可以更改，最常见的是4KB,即连续八个扇区组成一个块。块是文件存取的最小单位。

磁盘可以看成一个三维数组，三维数组再看出一个一维数组，数组下标就是LBA，每个元素都是扇区

每个扇区都有LBA，那么8个扇区一个块，每一个块的地址也可以计算出来。

已知LBA:块号=LBA/8

已知块号:LBA=块号*8+n(n是第几块扇区)

引入分区的概念

磁盘可以被分成多个分区，以windows观点来看，可能会有一块磁盘并且将它分成CDE盘，则C,D,E就是分区，分区实质上说就是对硬盘的一种格式化。但是Linux的设备都是以文件形式存在，则如何分区呢？

柱面是分区的最小单位，可以利用参考柱面号码的方式来进行分区，本质就是设置每个区的起始柱面和结束柱面的号码。此时可以将硬盘上的柱面进行平铺，想象成一个大平面，