Linux文件系统深入理解

理解磁盘

当一个文件被打开时，他会加载到内存进行相应操作，而未被打开的文件则一直存放在磁盘（或者是固态硬盘，但是本篇文章是依据磁盘来讲的）上

磁盘物理结构

可以看到，磁盘有许多盘片，一个盘片有上下两个盘面，每一个盘面都需要有一个磁头去读写数据

每个盘面可以分割成许多的同心圆，这个同心圆称为磁道，盘片都是上下堆叠的，因此一个磁道在上，下或者上和下都存在其他盘面的磁道，这些相对位置相同的磁道组成柱面

一个磁道又可以分割为许多扇区（一个弧面），扇区是磁盘读写的基本单位

磁盘在工作时，盘片高速旋转，磁头左右摆动，这样就可以找到盘面上的任意位置了

磁盘如何找到一个指定的扇区

磁盘的基本单位是扇区，如果给扇区从0开始按顺序编号，那么就可以抽象成一个数组，扇区号就是下标，访问某个扇区给定下标后，磁盘根据下标（扇区号）去寻找存储区域

首先找到对应的磁头（Header），在找到对应的磁道（柱面，Cylinder），在找到对应的扇区（Sector），这三步也称作CHS 定址法。

如果知道盘面数量，磁道数量，扇区数量，就可以通过扇区号找到指定扇区

举例：

假设一个磁盘有8个盘面，一个盘面有10个磁道，一个磁道被分为8个扇区，即一个盘面80个扇区。要找到扇区号为346的扇区

磁头号 H = 346 / 80 = 4

磁道号 C = （346 % 80）/ 8 = 26 / 8 = 3

磁道内扇区号 S = （346 % 8）% 8 = 2

即找到4号磁头3号磁道2号扇区就为扇区号为346的扇区

操作系统管理磁盘

一般来说，操作系统和磁盘交互的时候，最基本的单位是4KB，也称作数据块，假设一个磁盘的一个扇区大小为512字节，那么一个数据块就是8个扇区，

操作系统读取数据时，首先确定数据所在的块地址（逻辑块地址，LBA），根据块号计算出扇区号，交由磁盘，磁盘根据CHS定址法找到指定扇区，接着连续读取8个扇区交给操作系统，

操作系统在根据数据的扇区号计算出块内地址，进行操作

续读取8个扇区交给操作系统，

操作系统在根据数据的扇区号计算出块内地址，进行操作

对于操作系统而言，管理磁盘时可以将磁盘看成以数据快为基本元素的数组，但是一个磁盘可能很大，管理起来可能很困难，因此可以将磁盘划分成更小的分区，将管理一个分区的方法用于管理其他分区，就可以对磁盘进行整体管理。Windows操作系统中的c盘，d盘就是对磁盘（或者是固态硬盘）的分区。